გამხსნელები მცენარეებიდან ულტრაბგერითი ექსტრაქციისთვის

• ულტრაბგერით ექსტრაქციას აქვს მრავალი უპირატესობა, როგორიცაა მაღალი გამოსავლიანობა, ექსტრაქციის მაღალი სიჩქარე, ეკოლოგიური სისუფთავე და დაბალი ენერგომოხმარება.
• ერთ-ერთი უძლიერესი სარგებელი არის წყლის გამოყენება ექსტრაქციის გარემოდ. თუმცა, ულტრაბგერითი დამუშავება შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალფეროვან გამხსნელთა სისტემებთან ერთად, რათა მიღწეულ იქნას უმაღლესი შედეგები სამიზნე ექსტრაქტისთვის.
• მცენარეული ბიოაქტიური ნივთიერებების ულტრაბგერითი ექსტრაქციისთვის საუკეთესო გამხსნელი ირჩევა საწყისი მასალის გათვალისწინებით.

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია

ცნობილია, რომ ულტრაბგერა არღვევს უჯრედულ სტრუქტურებს და აუმჯობესებს მასათა გადატანას, რითაც ზრდის ბიოკომპონენტების (მაგ. ფენოლები, კაროტინოიდები) ექსტრაქციის შესაძლებლობას.
რადგან ულტრაბგერითი დამუშავების მექანიკური ეფექტები მნიშვნელოვნად აძლიერებს ექსტრაქციის პროცესს გაუმჯობესებული მასათა გადატანის ხარჯზე, ორგანული გამხსნელების გამოყენება ხშირად ზედმეტია. ეს ნიშნავს, რომ ულტრაბგერითი ექსტრაქციისთვის წყალი ხშირად საკმარისი ექსტრაქციის გარემოა, რომელსაც აქვს მრავალი უპირატესობა, როგორიცაა დაბალი ფასი, უსაფრთხოება, ხელმისაწვდომობა და ეკოლოგიური სისუფთავე.
თუმცა, კონკრეტული ბიოაქტიური კომპონენტებისთვის საუკეთესო შედეგები შესაძლოა მიღწეულ იქნას ულტრაბგერითი ექსტრაქციისა და აქროლადი გამხსნელის კომბინაციით.
სწორი გამხსნელის არჩევისთვის უნდა გათვალისწინებულ იქნას საწყისი მასალა (მაგ. ახალი ან გამხმარი, მაცერირებული/დაფქული ან ფხვნილისებრი მცენარეული მასალა) და სამიზნე ნივთიერებები (მაგ. ლიპოფილური, ჰიდროფილური).
 

ქვემოთ მოცემულ ცხრილში ჩამოთვლილია რამდენიმე გამხსნელი, რომლებიც კარგად დამკვიდრებული ექსტრაქციის გამხსნელებია და გამოიყენება მცენარეული მასალიდან ულტრაბგერითი ექსტრაქციისთვის.

ძლიერი ულტრაბგერითი ტალღები არღვევენ ბიოლოგიური სტრუქტურების უჯრედულ მატრიცას და ათავისუფლებენ ბიოაქტიურ კომპონენტებს. მასათა გადატანა მცენარეულ მასალასა და გამხსნელს შორის ინტენსიფიცირდება. ამ მექანიზმების გამო, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მაღალეფექტურია მცენარეული ექსტრაქციისთვის.

ექსტრაქციისთვის განკუთვნილი ულტრაბგერითი სონიკატორები

ლაბორატორიული და მაგიდის ზომის ულტრაბგერითი მოწყობილობებიდან სრულად სამრეწველო ულტრაბგერითი ექსტრაქციის სისტემებამდე – Hielscher Ultrasonics არის თქვენი დიდი ხნის გამოცდილების მქონე პარტნიორი, როდესაც საქმე ეხება მძლავრ და საიმედო ულტრაბგერით მოწყობილობებს წარმატებული ექსტრაქციის პროცესებისთვის.
ჩვენი ულტრაბგერითი სისტემები ფართოდ გამოიყენება ბიოქიმიურ ლაბორატორიებსა და ფარმაცევტული წარმოების ქარხნებში. ულტრაბგერითი სონოტროდები და რეაქტორები ავტოკლავირებადია და აკმაყოფილებენ ფარმაცევტული წარმოების სტანდარტებს.

Hielscher-ის სამრეწველო სონიკატორებს შეუძლიათ უზრუნველყონ ძალიან მაღალი ამპლიტუდები უჯრედული მატრიცების დასარღვევად და სამიზნე ნივთიერებების გამოსათავისუფლებლად. 200µm-მდე ამპლიტუდები მარტივად შეიძლება უწყვეტად იყოს გამოყენებული 24/7 რეჟიმში. Hielscher-ის ულტრაბგერითი სონიკატორების სიმძლავრე და გამძლეობა უზრუნველყოფს მაღალ გამოსავლიანობას, სწრაფ ექსტრაქციის სიჩქარეს და უფრო სრულყოფილ ექსტრაქციას – აღემატება ტრადიციულ ექსტრაქციის პროცესებს.
ჩვენი ულტრაბგერითი პროცესორები შეიძლება გაერთიანდეს ტრადიციულ ექსტრაქციის მეთოდებთან, როგორიცაა სოქსლეტის ექსტრაქცია ან ზეკრიტიკული CO2 ექსტრაქცია. არსებულ წარმოების ხაზებში რეტროფიტირება მარტივად შესაძლებელია.

ლიტერატურა / რეფერენსები

• Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.

საინტერესო ფაქტები

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია კავიტაციის გზით

ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღები ქმნიან აკუსტიკურ კავიტაციას სითხეებში. კავიტაციური ძვრის ძალები არღვევენ უჯრედის კედლებს და მემბრანებს, რის შედეგადაც უჯრედშიდა მასალა თავისუფლდება. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია უზრუნველყოფს გამხსნელის უფრო ღრმა შეღწევას მცენარეულ ქსოვილში და აუმჯობესებს მასის გადატანას. ამრიგად, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია მნიშვნელოვნად აინტენსიფიცირებს ექსტრაქციის პროცესს, რაც იწვევს უფრო მაღალ გამოსავლიანობას, უფრო სწრაფ ექსტრაქციის სიჩქარეს და უფრო სრულყოფილ ექსტრაქციას.

გამხსნელთა სისტემები

მცენარეული მასალიდან ბიოაქტიური ნაერთების ექსტრაქციისთვის ხელმისაწვდომია გამხსნელთა სხვადასხვა სისტემა. ჰიდროფილური ნაერთების ექსტრაქციისთვის, ძირითადად, ირჩევენ პოლარულ გამხსნელებს, როგორიცაა მეთანოლი, ეთანოლი ან ეთილაცეტატი, ხოლო ლიპოფილური ნაერთების (მაგ. ლიპიდების) ექსტრაქციისთვის უპირატესობა ენიჭებათ ისეთ გამხსნელთა სისტემებს, როგორიცაა დიქლორმეთანი ან დიქლორმეთანი/მეთანოლი (v/v 1:1). ქლოროფილის ექსტრაქციისთვის ხშირად იყენებენ ჰექსანს როგორც გამხსნელს.

რა არის ბიოაქტიური ნაერთები?

ბიოაქტიური ნაერთები ან ფიტოქიმიკატები განისაზღვრება, როგორც ნივთიერებები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ცოცხალ ორგანიზმებზე, ქსოვილებზე ან უჯრედებზე. ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებები მოიცავს ანტიბიოტიკებს, ფერმენტებს და ვიტამინებს. ბიოაქტიური ნივთიერებები, როგორიცაა კაროტინოიდები და პოლიფენოლები, შეიძლება ექსტრაქციის გზით მივიღოთ, მაგალითად, ხილიდან, ფოთლებიდან და ბოსტნეულიდან, ხოლო ფიტოსტეროლები მცენარეულ ზეთებშია აღმოჩენილი.
მცენარეული წარმოშობის ბიოაქტიური ნაერთები მოიცავს ფლავონოიდებს, კოფეინს, კაროტინოიდებს, ქოლინს, დითიოლთიონებს, ფიტოსტეროლებს, პოლისაქარიდებს, ფიტოესტროგენებს, გლუკოზინოლატებს, პოლიფენოლებს და ანთოციანინებს. ბევრი ბიოაქტიური ნივთიერება ფასდება როგორც ანტიოქსიდანტური მოქმედების მქონე და ამიტომ ისინი ჯანმრთელობისთვის სასარგებლოდ მიიჩნევა.

როგორ ავირჩიოთ საუკეთესო ექსტრაქციის გამხსნელი?

ქვემოთ მოცემული რეკომენდაციები დაგეხმარებათ შეარჩიოთ შესაბამისი გამხსნელი ულტრაბგერითი მცენარეული ექსტრაქციისთვის. ვინაიდან ულტრაბგერითი დამუშავება თავსებადია ნებისმიერ სტანდარტულ გამხსნელთან, შეგიძლიათ აირჩიოთ გამხსნელი, რომელიც ყველაზე იდეალურია თქვენი მცენარეული საწყისი მასალისთვის, სამიზნე ფიტოქიმიკატებისთვის და ეკონომიკური ეფექტურობისთვის.

• სელექციურობა: აირჩიეთ გამხსნელი, რომელიც სპეციფიკურად ხსნის სასურველ ნაერთებს, მაგრამ არასასურველ კომპონენტებს არ ხსნის. მაგალითად, გამოიყენეთ ეთანოლი პოლარული ნაერთებისთვის, როგორიცაა ალკალოიდები და ფლავონოიდები.
• ხსნადობა: “მსგავსი მსგავსს ხსნის” პრინციპის საფუძველზე, აირჩიეთ გამხსნელი, რომლის პოლარობაც მსგავსია გახსნილი ნივთიერების პოლარობისა. პოლარული გამხსნელები (მაგ., წყალი, ეთანოლი) ხსნიან პოლარულ ნაერთებს, ხოლო არაპოლარული გამხსნელები (მაგ., ჰექსანი) ხსნიან არაპოლარულ ნაერთებს, როგორიცაა ლიპიდები და ზეთები.
• ფასი: გაითვალისწინეთ გამხსნელის ეკონომიკური ეფექტურობა. ზოგიერთი გამხსნელი შეიძლება იყოს უფრო ძვირადღირებული, მაგრამ უზრუნველყოფდეს უფრო მაღალ გამოსავლიანობას ან უკეთეს სელექციურობას, რაც აბალანსებს ექსტრაქციის ჯამურ ღირებულებას.
• უსაფრთხოება: დარწმუნდით, რომ გამხსნელი უსაფრთხოა გამოყენებისა და მოპყრობისთვის. ფაქტორებს შორისაა ტოქსიკურობა, ანთებადობა და გარემოზე ზემოქმედება. მაგალითად, წყალი და ეთანოლი უფრო უსაფრთხო არჩევანია ქლოროფორმთან ან ტოლუოლთან შედარებით.

პოლარობა და გამხსნელის შერჩევა
მსგავსებისა და ურთიერთშერწყმის კანონის თანახმად, გამხსნელები, რომელთა პოლარობის მნიშვნელობა ახლოსაა ნივთიერების პოლარობასთან, სავარაუდოდ, უკეთესად იმუშავებენ. აქ არის რამდენიმე მაგალითი:

• პოლარული გამხსნელები: წყალი, ეთანოლი, მეთანოლი – გამოიყენება პოლარული ნაერთების, როგორიცაა ალკალოიდები, ფლავონოიდები, გლიკოზიდები და ცილები, ამოსაღებად.
• ზომიერად პოლარული გამხსნელები: აცეტონი, ეთილის აცეტატი, იზოპროპანოლი – შესაფერისია ნაერთების ფართო სპექტრის, მათ შორის ფენოლებისა და ზოგიერთი ალკალოიდის, ამოსაღებად.
• არაპოლარული გამხსნელები: ჰექსანი, ტოლუოლი, ნავთობის ეთერი – იდეალურია არაპოლარული ნაერთების, როგორიცაა ლიპიდები, ცვილები, ტერპენები და ეთერზეთები, ამოსაღებად.

გამხსნელის გამოყენების მაგალითები

• ეთანოლი: ბოტანიკური ექსტრაქციისთვის ყველაზე გავრცელებული გამხსნელების ერთ-ერთი. როგორც პოლარული გამხსნელი, ეთანოლი ახდენს პოლარული ნაერთების, როგორიცაა ალკალოიდები და ფლავონოიდები, გახსნას.
• წყალი: უნივერსალური გამხსნელი, ხშირად გამოიყენება ჰიდროფილური ნაერთების, როგორიცაა პოლისაქარიდები, ცილები და ზოგიერთი გლიკოზიდი, ამოსაღებად.
• მეთანოლი: მაღალპოლარული გამხსნელი, ეფექტურია მცენარეული ნაერთების ფართო სპექტრის, მათ შორის ფენოლების, ფლავონოიდების და ზოგიერთი ალკალოიდის, ამოსაღებად.
• ჰექსანი: არაპოლარული გამხსნელი, ძირითადად გამოიყენება არაპოლარული ნაერთების, როგორიცაა ლიპიდები, ცვილები და ეთერზეთები, ამოსაღებად.
• აცეტონი: პოლარული აპროტული გამხსნელი, აცეტონი ეფექტურია ბოტანიკური ნაერთების ფართო სპექტრის, განსაკუთრებით კი იმ ნაერთების, რომლებიც ნაკლებად პოლარულია ვიდრე წყლით ან მეთანოლით ამოღებული ნაერთები, ამოსაღებად.
• იზოპროპანოლი: ეთანოლის მსგავსი პოლარული გამხსნელი, ხშირად გამოიყენება ეთერზეთების, ფისების და ზოგიერთი ალკალოიდის ამოსაღებად.
• ქლოროფორმი: არაპოლარული გამხსნელი, ეფექტურია ალკალოიდების, ტერპენოიდების და ზოგიერთი გლიკოზიდის ამოსაღებად. ნაკლებად გამოიყენება მისი ტოქსიკურობის გამო.
• ეთილის აცეტატი: ზომიერად პოლარული გამხსნელი, გამოიყენება ნაერთების რიგის, მათ შორის ფლავონოიდების, ალკალოიდების და ფენოლების, ამოსაღებად.
• ტოლუოლი: არაპოლარული გამხსნელი, გამოიყენება არაპოლარული ნაერთების, როგორიცაა ეთერზეთები, ტერპენები და ცვილები, ამოსაღებად.
• ბუტანოლი: ზომიერად პოლარული გამხსნელი, ეფექტურია საშუალო პოლარობის ნაერთების, მათ შორის ზოგიერთი გლიკოზიდის და საპონინების, ამოსაღებად.
• ნავთობის ეთერი: არაპოლარული გამხსნელი, ძირითადად გამოიყენება ცხიმების, ზეთების და სხვა არაპოლარული ნაერთების ამოსაღებად მცენარეული მასალებიდან.

შემდეგი გამხსნელები გამოიკვლიეს კვლევებში, რომლებიც იკვლევდნენ კონკრეტული მცენარეული მასალებისა და ფიტოქიმიკატების ულტრაბგერით ექსტრაქციას.

რა არის ორგანული გამხსნელები?

ორგანული გამხსნელი არის აქროლადი ორგანული ნაერთის (VOC) ტიპი. VOC-ები არის ორგანული ქიმიკატები, რომლებიც ოთახის ტემპერატურაზე აქროლადი ხდებიან.
გამხსნელებად გამოყენებული ორგანული ნაერთები მოიცავს:

• არომატული ნაერთები, მაგ. ბენზოლი და ტოლუოლი
• ალკოჰოლები, მაგ. მეთანოლი
• ესტერები და ეთერები
• კეტონები, მაგ. აცეტონი
• ამინები
• ნიტრირებული და ჰალოგენირებული ნახშირწყალბადები

ბევრი ორგანული გამხსნელი კლასიფიცირდება როგორც ტოქსიკური ან კანცეროგენული. არასწორი მოპყრობის შემთხვევაში, ისინი საშიშია ადამიანებისთვის და შეუძლიათ დააბინძურონ ჰაერი, წყალი და ნიადაგი. ულტრაბგერითი ექსტრაქციის მძლავრი მექანიზმის გამო, ორგანული გამხსნელების გამოყენება შესაძლებელია თავიდან იქნას აცილებული მათი უფრო მსუბუქი, არატოქსიკური გამხსნელებით ჩანაცვლებით.