高効率抽出のための深部共晶溶媒

深部共晶溶媒(DES)および天然深部共晶溶媒(NADES)は、抽出溶媒として様々な面で利点があり、従来の有機溶媒に代わる有望な溶媒である。深部共晶溶媒は、超音波抽出との組み合わせで優れた効果を発揮し、高品質の抽出物を高い収率で得ることができます。天然深部共晶溶媒を使用した超音波抽出の詳細をご覧ください。

超音波処理は深部共晶溶媒による抽出をどのように改善するか？

深部共晶溶媒や天然深部共晶溶媒を用いた超音波プローブ型抽出は、生物活性化合物の抽出にいくつかの利点をもたらす。主な利点のひとつは、天然由来のフェノール化合物やその他の植物化学物質の抽出効率が向上することである。深部共晶溶媒は高い抽出効率で知られており、超音波アシスト抽出によってさらに抽出効率を高めることができる。毒性がないため、医薬品や食品に最適な溶媒である。このため、深部共晶溶媒を用いた超音波抽出は、生物活性化合物を回収するためのグリーンで持続可能な方法となる。超音波処理と深部共晶溶媒の相乗的使用は、様々な生物活性化合物の高い収率をもたらすことが科学的に証明されている。全体として、深部共晶溶媒と天然深部共晶溶媒を用いた超音波プローブ型抽出は、生物活性化合物の抽出において、より効率的で環境に優しいアプローチを提供する。

深部共晶溶媒（DES）とは？

深部共晶溶媒（DES）は、カルボン酸や他の再生可能な化合物を含む、少なくとも1つの水素結合アクセプター（HBA）と1つの水素結合ドナー（HBD）の混合物である。Caiら（2019）によると、"HBAとHBDの間の強い水素結合相互作用は、DESの形成にとって最も重要な要因である"。[Cai et al.］
水素結合供与体としては、糖、アミノ酸、カルボン酸（安息香酸、クエン酸、コハク酸など）、アミン（尿素、ベンズアミドなど）などの化合物がよく用いられる。水素結合供与体の化学的相互作用ポテンシャルは、深部共晶溶媒の形成と効率に寄与する主要な要因である。塩化コリンや塩化亜鉛のようなハロゲン化物塩も水素結合供与体と併用することができる。他の塩化コリンベースの深部共晶溶媒は、マロン酸、フェノールまたはグリセリンと形成される。強い水素結合相互作用の結果、深部共晶溶媒の融点は個々の成分と比較して著しく低下する。従来の溶媒（エタノール、メタノール、ヘキサン、ブタンなど）とは対照的に、深部共晶溶媒は不揮発性であり、蒸気圧が非常に低いため、ほとんど引火しない。深部共晶溶媒の毒性は低く、生分解性は高く、必要な前駆体は安価で、容易に豊富に入手でき、再生可能である。
天然深部共晶溶媒（NADES）は、すべての前駆物質が天然資源から供給されるため、さらに環境に優しい。また、深部共晶溶媒は、溶質の化学的性質と深部共晶溶媒を作るために使用される化学種に基づいて、溶解力を調整することができる。一部の天然深部共晶溶媒は高い粘度を示すため、バッチ抽出にはあまり適していない。しかし、粘度の高い天然深部共晶溶媒は、超音波フロースルー抽出の溶媒としてうまく適用できる。

下の表は、植物化学物質の抽出のための天然深部共晶溶媒（NADES）のいくつかの例示的な組成を示している：

深部共晶溶媒による超音波抽出はどのように機能するのか？

超音波抽出は、高強度低周波超音波のソノメカニカル効果に基づいている。超音波による植物性化合物（生理活性物質）の抽出を促進・強化するために、高出力の超音波を超音波プローブ（超音波ホーンまたはソノトロードとも呼ばれる）を介して液体媒体、すなわち植物性原料と（天然の）深部共晶溶媒からなるスラリーに結合させる。超音波は液体中を伝わり、低圧と高圧のサイクルを交互に作り出します。低圧サイクルの間、微小な真空気泡（いわゆるキャビテーション気泡）が発生し、数回の圧力サイクルを経て成長する。気泡が成長するサイクルの間、液体中の溶存ガスが真空気泡に入り込み、真空気泡は成長するガス気泡へと変化する。数サイクルかけて成長した真空バブルは、それ以上エネルギーを吸収できない大きさに達し、高圧サイクル中に激しく内破する。気泡の爆縮は、それぞれ4000Kと1000atmに達する非常に高い温度と圧力、およびそれに対応する高い温度差と圧力差を含む、強烈なキャビテーション力によって特徴付けられる。これらの超音波によって発生する乱流とせん断力によって植物細胞は破壊され、細胞内の生理活性化合物が（天然の）深部共晶溶媒中に放出される。超音波抽出は、植物の細胞構造を開き、植物材料と溶媒間の物質移動を強めます。それにより、超音波抽出は天然深部共晶溶媒の有効性を促進する。天然の）深部共晶溶媒を用いた超音波抽出は、非常に短い処理時間で非常に高い収率をもたらします。

パワー超音波は、植物の細胞構造を破壊し、生物活性化合物を放出し、植物材料と溶媒（例えば、深部共晶溶媒）の間の物質移動を促進する。

超音波抽出と（天然）深部共晶溶媒の組み合わせは、超音波のプロセス強化力と深部共晶溶媒の顕著な可溶化効果および卓越した設計性を組み合わせる機会を提供します。超音波抽出の優れた効率性、 超音波発生装置は、水の抽出にも使用されている。.
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深部共晶溶媒用の高性能超音波抽出機

超音波抽出は信頼性の高い処理技術であり、様々な植物やあらゆる溶媒からの高品質抽出物の製造を容易にし、加速します。超音波抽出は（天然）深部共晶溶媒との相性が非常に良く、その優れた可溶化力、抽出液のデザイン性、持続可能性、生分解性、環境親和性から好まれている。パワー超音波のプロセス増強と（天然）深部共晶溶媒の利点の組み合わせは、このプロセス技術に多くの面で優位性を与えている。Hielscher Ultrasonicsの製品ラインアップは、コンパクトなラボ用超音波発生装置から工業用抽出システムまで、フルレンジをカバーしています。もちろん、これらは全て深部共晶溶媒による抽出に適しています。
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下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：