Ultraskaņas ekstrakcija ar dziļajiem eutektiskajiem šķīdinātājiem

Dziļie eutektiskie šķīdinātāji (DES) un dabiskie dziļie eutektiskie šķīdinātāji (NADES) ir efektīvi, pielāgojami un videi draudzīgi ekstrakcijas līdzekļi augu izcelsmes vielām, pārtikas produktiem, uztura bagātinātājiem, kosmētikai un farmaceitiskajām sastāvdaļām. Hielscher zondes tipa ultraskaņas iekārtas pastiprina DES ekstrakciju, paātrinot masas pārnesi, izjaucot augu šūnu struktūras un uzlabojot šķīdinātāja iekļūšanu – pat strādājot ar viskozām šķīdinātāju sistēmām, piemēram, uz glicerīna bāzes veidotiem NADES.

Neatkarīgi no tā, vai laboratorijā veicat šķīdinātāju sastāvu pārbaudi, optimizējat ekstrakcijas parametrus konkrētai fitoķīmiskai vielai vai pāriet uz nepārtrauktu ražošanu, Hielscher ultraskaņas ekstraktori nodrošina reproducējamu amplitūdas kontroli, stabilu darbību 24 stundas diennaktī, 7 dienas nedēļā, kā arī skalējamu apstrādi no mililitriem līdz rūpnieciskām plūsmām.

Kāpēc ekstraktu ražotāji izvēlas Hielscher DES ekstrakcijai

• Augstāka ekstrakcijas efektivitāte polifenoliem, flavonoīdiem, kanabinoīdiem, terpeņiem, antokianīniem un citiem bioaktīvajiem savienojumiem
• Ātrāka ekstrakcija salīdzinājumā ar tradicionālo macerāciju un ekstrakciju ar šķīdinātāju maisītājā tvertnē
• Saderīgs ar DES, NADES, glicerīnu, ūdeni, etanolu un jaukto šķīdinātāju sistēmām
• Augstas viskozitātes šķīdinātāju efektīva apstrāde, izmantojot augstas amplitūdas ultraskaņas apstrādi ar zondi
• Partiju, recirkulācijas un nepārtrauktas caurplūdes sistēmas
• Precīza amplitūdas, enerģijas patēriņa, temperatūras un procesa ilguma kontrole
• Viegla ražošanas apjoma palielināšana no priekšizpētes posma līdz eksperimentālajai un pilna apjoma rūpnieciskajai ražošanai

Kāpēc ultraskaņas apstrāde uzlabo DES un NADES ekstrakciju

Ultraskaņas zondes tipa ekstrakcija, izmantojot dziļus eutektiskus šķīdinātājus un dabiskos dziļos eutektiskos šķīdinātājus, var piedāvāt vairākas priekšrocības bioaktīvo savienojumu ekstrakcijai. Viena no galvenajām priekšrocībām ir fenola savienojumu un citu fitoķīmisko vielu paaugstināta ekstrakcijas efektivitāte no dabīgiem avotiem. Dziļi eutektiskie šķīdinātāji ir pazīstami ar augstu ekstrakcijas efektivitāti, ko var pat uzlabot ar ultrasoniski atbalstītu ekstrakciju. Sakarā ar to, ka tie nav toksiski, tie ir lielisks šķīdinātāja risinājums farmaceitiskiem un pārtikas produktiem. Tas padara ultraskaņas ekstrakciju, izmantojot dziļus eutektiskus šķīdinātājus, zaļu un ilgtspējīgu metodi bioaktīvo savienojumu atgūšanai. Zinātniski pierādīts, ka ultrasonikācijas sinerģiska izmantošana ar dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem rada lielāku dažādu bioaktīvo savienojumu ražu. Kopumā ultraskaņas zondes tipa ekstrakcija, izmantojot dziļus eutektiskus šķīdinātājus un dabiskos dziļos eutektiskos šķīdinātājus, nodrošina efektīvāku un videi draudzīgāku pieeju bioaktīvo savienojumu ekstrakcijai.

Antocianīnu ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot DES

Antocianīni ir vērtīgi dabīgi pigmenti un antioksidanti, kas sastopami melnajās burkānos, ogās, vīnogās, purpura kukurūzā un citos augu materiālos. Dziļie eutektiskie šķīdinātāji ir īpaši piemēroti antocianīnu ekstrakcijai, jo to ūdeņraža saites tīklu var pielāgot, lai tas atbilstu šo krāsvielu polaritātes un stabilitātes prasībām. Kombinējot ar zondes tipa ultraskaņas apstrādi, DES ekstrakcija kļūst ievērojami efektīvāka: ultraskaņas kavitācija izjauc augu šūnu struktūras, uzlabo šķīdinātāja iekļūšanu un paātrina antokianīnu atbrīvošanos ekstrakcijas vidē. Pētījums par melno burkānu antokianīniem, izmantojot ultraskaņas iekārtu UP400St, liecina, ka uz holīna hlorīda bāzes veidoti DES, īpaši kombinācijā ar ultraskaņas palīdzību veiktu ekstrakciju, var nodrošināt ilgtspējīgu un efektīvu alternatīvu tradicionālajai ekstrakcijai ar paskābinātu etanolu vai metanolu. (sk. Türker et al., 2021)

Polifenolu ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot DES

Polifenoli, tostarp flavonoīdi, fenolskābes un ar tām saistītie antioksidanti, ir svarīgas mērķmolekulas augu, pārtikas, uztura bagātinātāju un kosmētikas ekstrakcijā. Glicerīna bāzes dziļie eutektiskie šķīdinātāji ir īpaši pievilcīgi polifenolu atgūšanai, jo to polaritāte un spēja veidot ūdeņraža saites veicina fenola savienojumu šķīdību. Zondes tipa ultraskaņa vēl vairāk pastiprina procesu, palielinot masas pārnesi, samazinot ekstrakcijas laiku un uzlabojot kontaktu starp DES un augu matricu.
Pētījumā tika izmantots glicerīna-amonija acetāta DES, veicot ultraskaņas palīdzētu ekstrakciju ar optimizētiem parametriem, piemēram, temperatūru, DES koncentrāciju un ultraskaņas amplitūdu. Rezultāti liecināja, ka ultraskaņas DES ekstrakcija ļāva efektīvi iegūt kopējos fenolus, flavonoīdus un antioksidantu aktivitāti no ķīniešu koka augļiem, pierādot ultraskaņas ekstrakcijas potenciālu, izmantojot DES kā videi draudzīgu ekstrakcijas metodi rūpnieciskai augu pārstrādei. (sk. Jamshed et al., 2022)

Kas ir dziļi eutektiskie šķīdinātāji (DES)?

Dziļie eutektiskie šķīdinātāji (DES) ir vismaz viena ūdeņraža saites akceptora (HBA) un viena ūdeņraža saites donora (HBD) maisījumi, tostarp karbonskābes un citi atjaunojamie savienojumi. Saskaņā ar Cai et al. (2019), “Spēcīgā ūdeņraža saites mijiedarbība starp HBA un HBD ir vissvarīgākais faktors DES veidošanās procesā.” [Cai u.c. 2019]
Ūdeņraža saites donoriem bieži izmanto tādus savienojumus kā cukuri, aminoskābes, karbonskābes (piemēram, benzoskābe, citronskābe, dzintarskābe) vai amīnus (piemēram, urīnviela, benzamīds). Ūdeņraža saites donoru ķīmiskās mijiedarbības potenciāls ir galvenie faktori, kas veicina dziļu eutektisko šķīdinātāju veidošanos un efektivitāti. Halogenīdu sāļus, piemēram, holīna hlorīdu vai cinka hlorīdu, var izmantot arī kopā ar ūdeņraža saites donoriem. Citi dziļi eutektiskie šķīdinātāji uz holīna hlorīda bāzes veidojas ar malonskābi, fenolu vai glicerīnu. Spēcīgas ūdeņraža savienošanas mijiedarbības rezultātā dziļo eutektisko šķīdinātāju kušanas temperatūra ir ievērojami samazināta, salīdzinot ar atsevišķām sastāvdaļām. Atšķirībā no parastajiem šķīdinātājiem (piemēram, etanola, metanola, heksāna, butāna u.c.) dziļie eutektiskie šķīdinātāji nav gaistoši šķīdinātāji, kas nozīmē, ka tiem ir ļoti zems tvaika spiediens un tādējādi tie ir grūti uzliesmojoši. Dziļo eutektisko šķīdinātāju toksicitāte ir zema, to bionoārdīšanās spēja ir augsta, un nepieciešamie prekursori ir lēti, viegli un bagātīgi pieejami, kā arī atjaunojami.
Dabiskie dziļie eutektiskie šķīdinātāji (NADES) ir vēl videi draudzīgāki, jo visi prekursori tiek iegūti no dabīgiem avotiem. Dziļie eutektiskie šķīdinātāji piedāvā arī regulējamu maksātspēju, pamatojoties uz izšķīdušās vielas ķīmiju un sugām, ko izmanto, lai izveidotu dziļus eutektiskus šķīdinātājus. Dažiem dabīgiem dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem piemīt augsta viskozitāte, un tāpēc tie nav ļoti piemēroti partijas ekstrakcijai. Tomēr dabiskos dziļos eutektiskos šķīdinātājus ar augstāku viskozitāti var veiksmīgi izmantot kā šķīdinātājus ultraskaņas caurplūdes ekstrakcijā.

Zemāk redzamajā tabulā parādīti daži dabisko dziļo eutektisko šķīdinātāju (NADES) paraugi fitoķīmisko vielu ekstrakcijai:

Kā darbojas ultraskaņas ekstrakcija ar dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem?

Ultraskaņas ekstrakcija ir balstīta uz augstas intensitātes, zemas frekvences ultraskaņas sonomehānisko iedarbību. Lai veicinātu un pastiprinātu botānisko savienojumu (t.i., bioaktīvo vielu) ekstrakciju, izmantojot ultrasonication, lieljaudas ultraskaņas viļņi tiek savienoti ar ultraskaņas zondi (ko sauc arī par ultraskaņas ragu vai sonotrodu) šķidrā vidē, t.i. virca, kas sastāv no botāniskās izejvielas un (dabiskā) dziļā eutektiskā šķīdinātāja. Ultraskaņas viļņi pārvietojas pa šķidrumu un rada mainīgus zema spiediena / augstspiediena ciklus. Zema spiediena ciklu laikā tiek izveidoti minūšu vakuuma burbuļi (tā sauktie kavitācijas burbuļi), kas aug vairākos spiediena ciklos. Šo burbuļu augšanas ciklu laikā šķidrumā izšķīdušās gāzes nonāk vakuuma burbulī tā, ka vakuuma burbulis pārvēršas augošos gāzes burbuļos. Pēc augšanas vairākos ciklos vakuuma burbuļi sasniedz noteiktu izmēru, pie kura tie nevar absorbēt vairāk enerģijas, lai augstspiediena cikla laikā tie vardarbīgi implodētu. Burbuļu implosiju raksturo intensīvi kavitācijas spēki, ieskaitot ļoti augstu temperatūru un spiedienu, kas sasniedz attiecīgi līdz 4000K un 1000atm; kā arī atbilstošas augstas temperatūras un spiediena starpības. Šīs ultrasoniski radītās turbulences un bīdes spēki izjauc augu šūnas un atbrīvo intracelulāros bioaktīvos savienojumus (dabiskajā) dziļajā eutektiskajā šķīdinātājā. Ultraskaņas ekstrakcija atver botānisko vielu šūnu struktūru un pastiprina masas pārnesi starp augu materiālu un šķīdinātāju. Tādējādi ultraskaņas apstrāde veicina dabisko dziļo eutektisko šķīdinātāju efektivitāti. Ultraskaņas ekstrakcija ar (dabīgiem) dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem rada ārkārtīgi augstu ražu ļoti īsā apstrādes laikā.

Jaudas ultraskaņas viļņi traucē botānisko vielu šūnu struktūru, atbrīvo bioaktīvos savienojumus un veicina masas pārnesi starp augu materiālu un šķīdinātāju (piemēram, dziļi eutektiskie šķīdinātāji).

Ultraskaņas ekstrakcijas kombinācija ar (dabīgiem) dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem dod jums iespēju apvienot ultraskaņas procesa pastiprināšanas spēku ar ievērojamu šķīdību un izcilu dziļo eutektisko šķīdinātāju projektējamību. Sakarā ar ultraskaņas ekstrakcijas augstāko efektivitāti, Ultrasonikatori tiek veiksmīgi izmantoti arī ūdens ieguvei.
Sazinieties ar mums tagad, lai uzzinātu vairāk par spēcīgo ultraskaņas ekstrakcijas lietojumprogrammu, izmantojot dziļus eutektiskus šķīdinātājus!

Ultraskaņas ekstraktori laboratorijas, eksperimentālajai un rūpnieciskajai DES ekstrakcijai

Ultraskaņas ekstrakcija ir uzticama apstrādes tehnoloģija, kas atvieglo un paātrina augstas kvalitātes ekstraktu ražošanu no dažādiem botāniskajiem, kā arī jebkura šķīdinātāja. Ultraskaņas ekstrakcija ir ļoti saderīga ar (dabīgiem) dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem, kas ir labvēlīgi, pateicoties to lieliskajai šķīdināšanas spējai, ekstrakta projektējamībai, ilgtspējībai, bionoārdīšanās spējai un videi draudzīgumam. Jaudas ultraskaņas procesa intensifikācijas kombinācija ar (dabisko) dziļo eutektisko šķīdinātāju priekšrocībām nodrošina šī procesa tehnoloģijas pārākumu daudzos līmeņos. Hielscher Ultrasonics portfelis aptver pilnu diapazonu no kompaktiem laboratorijas ultrasonikatoriem līdz rūpnieciskām ekstrakcijas sistēmām. Visi no tiem, protams, ir piemēroti ekstrakcijai ar dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem.
Mūsu ilggadējie pieredzējušie darbinieki palīdzēs jums no priekšizpētes un procesa optimizācijas līdz jūsu ultraskaņas sistēmas uzstādīšanai galīgajā ražošanas līmenī.