Solventi per l'estrazione a ultrasuoni dalle piante

• L'estrazione a ultrasuoni presenta numerosi vantaggi, come rese elevate, velocità di estrazione, rispetto dell'ambiente e basso consumo energetico.
• Uno dei vantaggi più evidenti è l'uso dell'acqua come mezzo di estrazione. Tuttavia, la sonicazione può essere utilizzata con diversi sistemi di solventi per ottenere risultati superiori per l'estratto desiderato.
• Il solvente ottimale per l'estrazione a ultrasuoni dei bioattivi vegetali viene scelto in base alla materia prima.

estrazione ad ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono noti per la loro capacità di disgregare le strutture cellulari e di migliorare il trasferimento di massa, aumentando così l'estraibilità dei biocomposti (ad esempio, fenoli e carotenoidi).
Poiché gli effetti meccanici della sonicazione migliorano notevolmente il processo di estrazione grazie al trasferimento di massa, l'uso di solventi organici è spesso superfluo. Ciò significa che per l'estrazione a ultrasuoni, l'acqua è spesso un mezzo di estrazione sufficiente che presenta molti vantaggi, come il fatto di essere poco costoso, non pericoloso, facilmente disponibile e rispettoso dell'ambiente.
Tuttavia, per specifici composti bioattivi, i migliori risultati possono essere ottenuti con l'estrazione a ultrasuoni in combinazione con un solvente volatile.
Per scegliere il solvente giusto, è necessario considerare la materia prima (ad esempio, materiale vegetale fresco o essiccato, macerato/macinato o in polvere) e le sostanze mirate (ad esempio, lipofile, idrofile).
 

La tabella seguente elenca diversi solventi, che sono solventi di estrazione ben consolidati e vengono utilizzati per l'estrazione a ultrasuoni da materiale vegetale.

Le potenti onde a ultrasuoni rompono la matrice cellulare delle strutture biologiche e rilasciano i composti bioattivi. Il trasferimento di massa tra il materiale vegetale e il solvente viene intensificato. Grazie a questi meccanismi, l'estrazione a ultrasuoni è altamente efficiente per l'estrazione botanica.

Ultrasuonatori per l'estrazione

Dai dispositivi a ultrasuoni da laboratorio e da banco fino ai sistemi di estrazione a ultrasuoni industriali. – Hielscher Ultrasonics è il vostro partner di lunga esperienza quando si tratta di dispositivi a ultrasuoni potenti e affidabili per processi di estrazione di successo.
I nostri sistemi a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati nei laboratori biochimici e negli impianti di produzione farmaceutica. I sonotrodi e i reattori a ultrasuoni sono autoclavabili e soddisfano gli standard della produzione farmaceutica.

I sonicatori industriali Hielscher possono erogare ampiezze molto elevate per disgregare le matrici cellulari e rilasciare sostanze mirate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. La potenza e la robustezza degli ultrasonici Hielscher garantiscono rese elevate, velocità di estrazione e un'estrazione più completa. – che superano i processi di estrazione convenzionali.
I nostri processori ad ultrasuoni possono essere combinati con i metodi di estrazione convenzionali, come ad esempio Estrazione Soxhlet o l'estrazione di CO2 supercritica. L'installazione a posteriori nelle linee di produzione esistenti può essere facilmente realizzata.

Letteratura / Riferimenti

Particolarità / Cose da sapere

Estrazione a ultrasuoni mediante cavitazione

Le intense onde ultrasonore generano cavitazione acustica nei liquidi. Le forze di taglio cavitazionali rompono la parete cellulare e le membrane in modo da liberare il materiale intracellulare. L'estrazione a ultrasuoni consente una maggiore penetrazione del solvente nel tessuto vegetale e migliora il trasferimento di massa. In questo modo, l'estrazione a ultrasuoni intensifica il processo di estrazione in modo significativo, ottenendo rese più elevate, tassi di estrazione più rapidi e un'estrazione più completa.

Sistemi a solvente

Per l'estrazione di composti bioattivi da materiale vegetale sono disponibili diversi sistemi di solventi. Per l'estrazione di composti idrofili, si scelgono per lo più solventi polari come metanolo, etanolo o etilacetato, mentre per l'estrazione di composti lipofili (ad esempio, lipidi) si preferiscono sistemi di solventi come diclorometano o diclorometano/metanolo (v/v 1:1). L'esano è spesso usato come solvente per l'estrazione della clorofilla.

Cosa sono i composti bioattivi?

I composti bioattivi o fitochimici sono definiti come sostanze che hanno un impatto su organismi, tessuti o cellule viventi. Le sostanze biologicamente attive includono antibiotici, enzimi e vitamine. Le sostanze bioattive come i carotenoidi e i polifenoli possono essere estratte, ad esempio, da frutta, foglie e verdure, mentre i fitosteroli si trovano negli oli vegetali.
I composti bioattivi di origine vegetale comprendono flavonoidi, caffeina, carotenoidi, colina, ditioltidi, fitosteroli, polisaccaridi, fitoestrogeni, glucosinolati, polifenoli e antociani. Molte sostanze bioattive sono apprezzate perché agiscono come antiossidanti e sono quindi considerate benefiche per la salute.

Come scegliere il miglior solvente di estrazione?

Le linee guida riportate di seguito aiutano a selezionare un solvente adatto per l'estrazione botanica a ultrasuoni. Poiché la sonicazione è compatibile con qualsiasi solvente standard, è possibile selezionare il solvente più adatto alla materia prima vegetale, alle sostanze fitochimiche desiderate e all'efficienza dei costi.

• Selettività: Selezionare un solvente che dissolva in modo specifico i composti desiderati lasciando indietro i componenti indesiderati. Ad esempio, utilizzare l'etanolo per i composti polari come gli alcaloidi e i flavonoidi.
• Solubilità: Sulla base del principio “come si dissolve come si dissolve,” scegliere un solvente con una polarità simile a quella del soluto. I solventi polari (ad esempio, acqua, etanolo) sciolgono i composti polari, mentre i solventi non polari (ad esempio, esano) sciolgono i composti non polari come i lipidi e gli oli.
• Costo: Considerare il rapporto costo-efficacia del solvente. Alcuni solventi potrebbero essere più costosi ma offrire rese più elevate o una migliore selettività, bilanciando il costo complessivo dell'estrazione.
• Sicurezza: Assicurarsi che il solvente sia sicuro per l'uso e la manipolazione. I fattori includono la tossicità, l'infiammabilità e l'impatto ambientale. Ad esempio, l'acqua e l'etanolo sono scelte più sicure rispetto al cloroformio o al toluene.

Polarità e selezione del solvente
Secondo la legge della somiglianza e dell'intermiscibilità, è probabile che i solventi con un valore di polarità vicino a quello del soluto abbiano prestazioni migliori. Ecco alcuni esempi:

• Solventi polari: Acqua, etanolo, metanolo – Si usa per estrarre composti polari come alcaloidi, flavonoidi, glicosidi e proteine.
• Solventi moderatamente polari: Acetone, Acetato di etile, Isopropanolo – È adatto all'estrazione di un'ampia gamma di composti, compresi i fenoli e alcuni alcaloidi.
• Solventi non polari: Esano, Toluene, Etere di Petrolio – Ideale per estrarre composti non polari come lipidi, cere, terpeni e oli essenziali.

Esempi di utilizzo di solventi

• Etanolo: È uno dei solventi più comuni per l'estrazione botanica. Essendo un solvente polare, l'etanolo scioglie i composti polari come gli alcaloidi e i flavonoidi.
• Acqua: Solvente universale, spesso utilizzato per estrarre composti idrofili come polisaccaridi, proteine e alcuni glicosidi.
• Metanolo: Un solvente altamente polare efficace per estrarre un'ampia gamma di composti vegetali, tra cui fenoli, flavonoidi e alcuni alcaloidi.
• Esano: Solvente non polare utilizzato principalmente per estrarre composti non polari come lipidi, cere e oli essenziali.
• Acetone: Solvente polare aprotico, l'acetone è efficace per estrarre un'ampia gamma di composti botanici, in particolare quelli meno polari di quelli estratti con acqua o metanolo.
• Isopropanolo: Un solvente polare simile all'etanolo, comunemente usato per estrarre oli essenziali, resine e alcuni alcaloidi.
• Cloroformio: Solvente non polare efficace per estrarre alcaloidi, terpenoidi e alcuni glicosidi. È meno utilizzato a causa della sua tossicità.
• Acetato di etile: Solvente moderatamente polare utilizzato per estrarre una serie di composti, tra cui flavonoidi, alcaloidi e fenoli.
• Toluene: Solvente non polare utilizzato per estrarre composti non polari come oli essenziali, terpeni e cere.
• Butanolo: Un solvente moderatamente polare efficace per estrarre composti a media polarità, compresi alcuni glicosidi e saponine.
• Etere di petrolio: Solvente non polare utilizzato principalmente per estrarre grassi, oli e altri composti non polari da materiali vegetali.

I seguenti solventi sono stati testati in studi di ricerca sull'estrazione a ultrasuoni di specifici materiali vegetali e sostanze fitochimiche.

Cosa sono i solventi organici?

Un solvente organico è un tipo di composto organico volatile (VOC). I COV sono sostanze chimiche organiche che evaporano a temperatura ambiente.
I composti organici utilizzati come solventi includono:

• composti aromatici, ad esempio benzene e toluene
• alcoli, ad esempio metanolo
• esteri ed eteri
• chetoni, ad esempio acetone
• ammine
• idrocarburi nitrati e alogenati

Molti solventi organici sono classificati come tossici o cancerogeni. In caso di manipolazione non corretta, possono essere pericolosi per l'uomo e possono contaminare l'aria, l'acqua e il suolo. Grazie al potente meccanismo dell'estrazione a ultrasuoni, è possibile evitare l'uso di solventi organici sostituendoli con solventi più blandi e non tossici.