심층 공융 용매를 이용한 초음파 추출

심층 공융 용매(DES)와 천연 심층 공융 용매(NADES)는 식물 원료, 식품, 기능성 식품, 화장품 및 의약품 성분을 위한 강력하고 조정 가능하며 환경친화적인 추출 매체입니다. Hielscher 프로브형 초음파 처리기는 물질 전달을 가속하고 식물 세포 구조를 파쇄하며 용매 침투를 개선하여 DES 추출을 강화합니다. 이는 글리세롤 기반 NADES와 같은 점성 용매 시스템을 사용하는 경우에도 마찬가지입니다.

실험실에서 용매 조성을 스크리닝하거나, 특정 식물화학물질의 추출 매개변수를 최적화하거나, 연속 인라인 생산으로 규모를 확대할 때 Hielscher 초음파 추출기는 재현성 있는 진폭 제어, 안정적인 24/7 가동, 밀리리터 규모부터 산업용 유량까지 확장 가능한 처리를 제공합니다.

추출물 생산업체가 DES 추출에 Hielscher를 선택하는 이유

• 폴리페놀, 플라보노이드, 칸나비노이드, 테르펜, 안토시아닌 및 기타 생리활성 화합물에 대한 더 높은 추출 효율
• 기존 침지 추출 및 교반 탱크 용매 추출보다 더 빠른 추출
• DES, NADES, 글리세린, 물, 에탄올 및 혼합 용매 시스템과 호환
• 고진폭 프로브 초음파 처리를 이용한 고점도 용매의 효과적인 처리
• 배치, 재순환 및 연속 통과식 구성
• 진폭, 에너지 투입량, 온도 및 공정 시간의 정밀 제어
• 타당성 시험부터 파일럿 및 본격적인 산업 생산까지 손쉬운 규모 확대

초음파 처리가 DES 및 NADES 추출을 개선하는 이유

심층 공융 용매와 천연 심층 공융 용매를 이용한 프로브형 초음파 추출은 생리활성 화합물 추출에 여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다. 주요 이점 중 하나는 천연 원료에서 페놀성 화합물과 기타 식물화학물질을 추출할 때 추출 효율이 높아진다는 점입니다. 심층 공융 용매는 높은 추출 효율로 알려져 있으며, 초음파 보조 추출을 통해 이 효율을 더욱 높일 수 있습니다. 독성이 없으므로 의약품과 식품에 사용하기에 매우 좋은 용매입니다. 따라서 심층 공융 용매를 이용한 초음파 추출은 생리활성 화합물을 회수하는 친환경적이고 지속 가능한 방법입니다. 초음파 처리와 심층 공융 용매를 상승적으로 함께 사용하면 다양한 생리활성 화합물의 수율이 높아진다는 사실이 과학적으로 입증되었습니다. 전반적으로 심층 공융 용매와 천연 심층 공융 용매를 이용한 프로브형 초음파 추출은 생리활성 화합물 추출에 더 효율적이고 환경친화적인 접근법을 제공합니다.

DES를 이용한 안토시아닌의 초음파 추출

안토시아닌은 흑당근, 베리류, 포도, 자색 옥수수 및 기타 식물 원료에 함유된 귀중한 천연 색소이자 항산화 물질입니다. 심층 공융 용매는 수소 결합 네트워크를 조정하여 이러한 색소 화합물의 극성 및 안정성 요건에 맞출 수 있으므로 안토시아닌 추출에 매우 적합합니다. 프로브형 초음파 처리와 결합하면 DES 추출의 효율이 크게 높아집니다. 초음파 캐비테이션은 식물 세포 구조를 파쇄하고 용매 침투를 개선하며 추출 매체로의 안토시아닌 방출을 가속합니다. 초음파 처리기 UP400St를 사용한 흑당근 안토시아닌 연구에 따르면, 염화콜린 기반 DES는 특히 초음파 보조 추출과 결합할 때 기존의 산성화 에탄올 또는 메탄올 추출을 대체할 지속 가능하고 효과적인 방법이 될 수 있습니다. (참조: Türker et al., 2021)

DES를 이용한 폴리페놀의 초음파 추출

플라보노이드, 페놀산 및 관련 항산화 화합물을 포함하는 폴리페놀은 식물 원료, 식품, 기능성 식품 및 화장품용 추출에서 중요한 표적 분자입니다. 글리세롤 기반 심층 공융 용매는 극성과 수소 결합 능력이 페놀 화합물의 가용화를 돕기 때문에 폴리페놀 회수에 특히 매력적입니다. 프로브형 초음파는 물질 전달을 증가시키고 추출 시간을 단축하며 DES와 식물 매트릭스 간의 접촉을 개선하여 공정을 더욱 강화합니다.
한 연구에서는 온도, DES 농도 및 초음파 진폭 등의 매개변수를 최적화한 조건에서 글리세롤–아세트산암모늄 DES를 사용하여 초음파 보조 추출을 수행했습니다. 연구 결과, 초음파 DES 추출을 통해 멀구슬나무 열매에서 총 페놀과 플라보노이드를 효율적으로 회수하고 항산화 활성을 확보할 수 있음이 확인되었으며, 이는 DES를 이용한 초음파 추출이 산업적 식물 원료 가공을 위한 친환경 추출 방법으로서 지닌 잠재력을 보여주었습니다. (참조: Jamshed et al., 2022)

심층 공융 용매(DES)란 무엇인가요?

심층 공융 용매(DES)는 카복실산과 기타 재생 가능한 화합물을 포함하여, 적어도 한 종류의 수소 결합 수용체(HBA)와 한 종류의 수소 결합 공여체(HBD)로 이루어진 혼합물입니다. Cai et al. (2019)에 따르면, “HBA와 HBD 사이의 강한 수소 결합 상호작용은 DES 형성에 가장 중요한 요인입니다.” [Cai et al. 2019]
수소 결합 공여체로는 당, 아미노산, 카복실산(예: 벤조산, 구연산, 숙신산) 또는 아민(예: 요소, 벤즈아미드)과 같은 화합물이 흔히 사용됩니다. 수소 결합 공여체의 화학적 상호작용 능력은 심층 공융 용매의 형성과 효율에 기여하는 주요 요인입니다. 염화콜린이나 염화아연과 같은 할로젠화물 염도 수소 결합 공여체와 함께 사용할 수 있습니다. 다른 염화콜린 기반 심층 공융 용매는 말론산, 페놀 또는 글리세린과 함께 형성됩니다. 강한 수소 결합 상호작용의 결과로, 심층 공융 용매의 녹는점은 개별 구성 성분에 비해 현저히 낮아집니다. 기존 용매(예: 에탄올, 메탄올, 헥산, 부탄 등)와 달리 심층 공융 용매는 비휘발성입니다. 즉, 증기압이 매우 낮아 불이 잘 붙지 않습니다. 심층 공융 용매는 독성이 낮고 생분해성이 높으며, 필요한 전구체는 저렴하고 쉽게 풍부하게 구할 수 있을 뿐 아니라 재생 가능합니다.
천연 심층 공융 용매(NADES)는 모든 전구체를 천연 자원에서 얻으므로 더욱 친환경적입니다. 심층 공융 용매는 또한 용질의 화학적 특성과 심층 공융 용매를 만드는 데 사용되는 화학종에 따라 용해력을 조절할 수 있습니다. 일부 천연 심층 공융 용매는 점도가 높아 배치 추출에 그다지 적합하지 않습니다. 그러나 점도가 높은 천연 심층 공융 용매도 초음파 유통식 추출에서는 용매로 성공적으로 사용할 수 있습니다.

아래 표는 식물 유래 화합물 추출을 위한 천연 심층 공융 용매(NADES)의 몇 가지 조성 예를 보여줍니다:

심층 공융 용매를 이용한 초음파 추출은 어떻게 작동하나요?

초음파 추출은 고강도 저주파 초음파의 음향기계적 효과를 기반으로 합니다. 초음파 처리를 통해 식물성 화합물(즉, 생리활성 물질)의 추출을 촉진하고 강화하기 위해, 초음파 프로브(초음파 혼 또는 소노트로드라고도 함)를 통해 고출력 초음파를 액체 매질, 즉 식물 원료와 (천연) 심층 공융 용매로 구성된 슬러리에 전달합니다. 초음파는 액체를 통과하면서 저압 / 고압 주기를 교대로 생성합니다. 저압 주기에는 미세한 진공 기포(캐비테이션 기포라고 함)가 생성되며, 이 기포는 여러 압력 주기에 걸쳐 성장합니다. 이러한 기포 성장 주기 동안 액체에 용해된 기체가 진공 기포 안으로 유입되어, 진공 기포는 점점 커지는 기체 기포로 변합니다. 여러 주기에 걸쳐 성장한 진공 기포는 더 이상 에너지를 흡수할 수 없는 특정 크기에 도달하며, 이에 따라 고압 주기 동안 격렬하게 내파합니다. 기포 내파는 각각 최대 4000K와 1000atm에 이르는 매우 높은 온도와 압력, 그리고 이에 상응하는 큰 온도차와 압력차를 수반하는 강력한 캐비테이션 힘을 특징으로 합니다. 초음파로 생성된 이러한 난류와 전단력은 식물 세포를 파쇄하고 세포 내 생리활성 화합물을 (천연) 심층 공융 용매로 방출합니다. 초음파 추출은 식물의 세포 구조를 열어 식물 재료와 용매 사이의 물질 전달을 강화합니다. 이를 통해 초음파 처리는 천연 심층 공융 용매의 효능을 높입니다. (천연) 심층 공융 용매를 이용한 초음파 추출은 매우 짧은 처리 시간 내에 대단히 높은 수율을 제공합니다.

고출력 초음파는 식물의 세포 구조를 파괴하고 생리활성 화합물을 방출하며, 식물 재료와 용매(예: 심층 공융 용매) 사이의 물질 전달을 촉진합니다.

초음파 추출과 (천연) 심층 공융 용매를 결합하면 초음파의 공정 강화 능력과 심층 공융 용매의 탁월한 가용화 효과 및 뛰어난 설계 가능성을 함께 활용할 수 있습니다. 초음파 추출의 우수한 효율성 덕분에, 초음파 처리기는 물을 이용한 추출에도 성공적으로 사용됩니다.
심층 공융 용매를 이용한 강력한 초음파 추출 응용에 대해 자세히 알아보려면 지금 문의하세요!

실험실, 파일럿 및 산업 규모 DES 추출용 초음파 추출기

초음파 추출은 모든 용매를 사용하여 다양한 식물에서 고품질 추출물을 생산하는 과정을 용이하게 하고 가속하는 신뢰할 수 있는 처리 기술입니다. 초음파 추출은 (천연) 심층 공융 용매와의 적합성이 매우 높으며, 이러한 용매는 탁월한 가용화 능력, 추출물에 맞춘 설계 가능성, 지속가능성, 생분해성 및 친환경성으로 인해 유리합니다. 고출력 초음파의 공정 강화 효과와 (천연) 심층 공융 용매의 장점을 결합하면 이 공정 기술은 여러 측면에서 우수성을 갖추게 됩니다. Hielscher Ultrasonics의 제품군은 소형 실험실용 초음파 처리기부터 산업용 추출 시스템까지 전 범위를 포괄합니다. 이들 모두는 물론 심층 공융 용매를 이용한 추출에 적합합니다.
오랜 경험을 갖춘 당사 직원들이 타당성 시험과 공정 최적화부터 최종 생산 단계의 초음파 시스템 설치까지 지원해 드립니다.