Ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot dziļos eitektiskos šķīdinātājus

Dziļie eitektiskie šķīdinātāji (DES) un dabiskie dziļie eitektiskie šķīdinātāji (NADES) ir efektīvas, pielāgojamas un videi draudzīgas ekstrakcijas vides augu materiālu, pārtikas produktu, nutraceitisko līdzekļu, kosmētikas un farmaceitisko sastāvdaļu ekstrakcijai. Hielscher zondes tipa ultraskaņas iekārtas intensificē ekstrakciju ar DES, paātrinot masas pārnesi, sagraujot augu šūnu struktūras un uzlabojot šķīdinātāja iespiešanos – arī strādājot ar viskozām šķīdinātāju sistēmām, piemēram, NADES uz glicerīna bāzes.

Neatkarīgi no tā, vai laboratorijā atlasāt šķīdinātāju formulējumus, optimizējat ekstrakcijas parametrus konkrētam fitoķīmiskam savienojumam vai palielināt mērogu līdz nepārtrauktai ražošanai plūsmā, Hielscher ultraskaņas ekstraktori nodrošina reproducējamu amplitūdas kontroli, uzticamu darbību 24/7 un mērogojamu apstrādi no mililitriem līdz rūpnieciskiem plūsmas ātrumiem.

Kāpēc ekstraktu ražotāji ekstrakcijai ar DES izvēlas Hielscher

• Augstāka polifenolu, flavonoīdu, kanabinoīdu, terpēnu, antociānu un citu bioaktīvo savienojumu ekstrakcijas efektivitāte
• Ātrāka ekstrakcija salīdzinājumā ar tradicionālo macerāciju un ekstrakciju ar šķīdinātāju tvertnē ar maisītāju
• Saderība ar DES, NADES, glicerīnu, ūdeni, etanolu un jauktām šķīdinātāju sistēmām
• Efektīva augstas viskozitātes šķīdinātāju apstrāde, izmantojot lielas amplitūdas ultraskaņu ar zondi
• Periodiskas apstrādes, recirkulācijas un nepārtrauktas caurplūdes konfigurācijas
• Precīza amplitūdas, ievadītās enerģijas, temperatūras un procesa ilguma kontrole
• Viegla mēroga palielināšana no tehniskās iespējamības pārbaudēm līdz pilotražošanai un pilna mēroga rūpnieciskai ražošanai

Kāpēc apstrāde ar ultraskaņu uzlabo ekstrakciju ar DES un NADES

Ekstrakcija ar zondes tipa ultraskaņas iekārtu, izmantojot dziļos eitektiskos šķīdinātājus un dabiskos dziļos eitektiskos šķīdinātājus, var sniegt vairākas priekšrocības bioaktīvo savienojumu ekstrakcijā. Viena no galvenajām priekšrocībām ir paaugstināta fenola savienojumu un citu fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijas efektivitāte no dabiskiem avotiem. Dziļie eitektiskie šķīdinātāji ir pazīstami ar augstu ekstrakcijas efektivitāti, ko var vēl vairāk palielināt ar ultraskaņas veicinātu ekstrakciju. Tā kā šie šķīdinātāji nav toksiski, tie ir lieliska izvēle farmaceitiskajiem un pārtikas produktiem. Tādējādi ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot dziļos eitektiskos šķīdinātājus, ir videi draudzīga un ilgtspējīga bioaktīvo savienojumu iegūšanas metode. Ir zinātniski pierādīts, ka apstrādes ar ultraskaņu un dziļo eitektisko šķīdinātāju sinerģiska izmantošana nodrošina lielāku dažādu bioaktīvo savienojumu iznākumu. Kopumā ekstrakcija ar zondes tipa ultraskaņas iekārtu, izmantojot dziļos eitektiskos šķīdinātājus un dabiskos dziļos eitektiskos šķīdinātājus, nodrošina efektīvāku un videi draudzīgāku pieeju bioaktīvo savienojumu ekstrakcijai.

Antociānu ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot DES

Antociāni ir vērtīgi dabiski pigmenti un antioksidanti, kas sastopami melnajos burkānos, ogās, vīnogās, violetajā kukurūzā un citos augu materiālos. Dziļie eitektiskie šķīdinātāji ir labi piemēroti antociānu ekstrakcijai, jo to ūdeņraža saišu tīklu var pielāgot šo krāsvielu polaritātes un stabilitātes prasībām. Apvienojot ekstrakciju ar DES un apstrādi ar zondes tipa ultraskaņas iekārtu, ekstrakcija kļūst ievērojami efektīvāka: ultraskaņas kavitācija sagrauj augu šūnu struktūras, uzlabo šķīdinātāja iespiešanos un paātrina antociānu izdalīšanos ekstrakcijas vidē. Pētījums par melno burkānu antociāniem, kurā izmantota ultraskaņas iekārta UP400St, liecina, ka DES uz holīna hlorīda bāzes, īpaši apvienojumā ar ultraskaņas veicinātu ekstrakciju, var nodrošināt ilgtspējīgu un efektīvu alternatīvu tradicionālajai ekstrakcijai ar paskābinātu etanolu vai metanolu. (sal. Türker et al., 2021)

Polifenolu ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot DES

Polifenoli, tostarp flavonoīdi, fenolskābes un radniecīgi antioksidatīvi savienojumi, ir svarīgas mērķmolekulas augu izejvielu, pārtikas, nutraceitisko produktu un kosmētikas sastāvdaļu ekstrakcijā. Dziļi eitektiskie šķīdinātāji uz glicerīna bāzes ir īpaši pievilcīgi polifenolu iegūšanai, jo to polaritāte un spēja veidot ūdeņraža saites veicina fenolu savienojumu šķīdināšanu. Apstrāde ar ultraskaņas zondi vēl vairāk intensificē procesu, palielinot masas pārnesi, saīsinot ekstrakcijas laiku un uzlabojot saskari starp DES un augu matricu.
Kādā pētījumā tika izmantots glicerīna un amonija acetāta DES kombinācijā ar ultraskaņas veicinātu ekstrakciju, optimizējot tādus parametrus kā temperatūra, DES koncentrācija un ultraskaņas amplitūda. Rezultāts parādīja, ka ultraskaņas ekstrakcija ar DES ļāva efektīvi iegūt kopējos fenolus un flavonoīdus, kā arī antioksidatīvo aktivitāti no azedaraha melijas augļiem, apliecinot ultraskaņas ekstrakcijas ar DES potenciālu kā videi draudzīgai ekstrakcijas metodei augu izejvielu rūpnieciskā apstrādē. (sal. Jamshed et al., 2022)

Kas ir dziļi eitektiskie šķīdinātāji (DES)?

Dziļi eitektiskie šķīdinātāji (DESs) ir vismaz viena ūdeņraža saites akceptora (HBA) un viena ūdeņraža saites donora (HBD) maisījumi, kuru sastāvā ir arī karbonskābes un citi atjaunojami savienojumi. Saskaņā ar Cai et al. (2019), “spēcīgā mijiedarbība starp HBA un HBD, veidojoties ūdeņraža saitēm, ir svarīgākais DESs veidošanās faktors.” [Cai et al. 2019]
Par ūdeņraža saišu donoriem bieži izmanto tādus savienojumus kā cukuri, aminoskābes, karbonskābes (piemēram, benzoskābe, citronskābe, dzintarskābe) vai amīni (piemēram, urīnviela, benzamīds). Ūdeņraža saišu donoru ķīmiskās mijiedarbības potenciāls ir galvenais faktors, kas veicina dziļi eitektisko šķīdinātāju veidošanos un efektivitāti. Kopā ar ūdeņraža saišu donoriem var izmantot arī halogenīdu sāļus, piemēram, holīna hlorīdu vai cinka hlorīdu. Citus dziļi eitektiskos šķīdinātājus uz holīna hlorīda bāzes veido ar malonskābi, fenolu vai glicerīnu. Spēcīgās mijiedarbības dēļ, kas rodas, veidojoties ūdeņraža saitēm, dziļi eitektisko šķīdinātāju kušanas temperatūra ir ievērojami zemāka nekā to atsevišķajām sastāvdaļām. Atšķirībā no parastajiem šķīdinātājiem (piemēram, etanola, metanola, heksāna, butāna u. c.) dziļi eitektiskie šķīdinātāji ir negaistoši, proti, tiem ir ļoti zems tvaika spiediens, un tādēļ tie ir grūti uzliesmojoši. Dziļi eitektisko šķīdinātāju toksiskums ir zems, to bioloģiskās noārdīšanās spēja ir augsta, un nepieciešamās izejvielas ir lētas, viegli un bagātīgi pieejamas, kā arī atjaunojamas.
Dabiskie dziļi eitektiskie šķīdinātāji (NADES) ir vēl videi draudzīgāki, jo visas izejvielas iegūst no dabiskiem avotiem. Dziļi eitektisko šķīdinātāju šķīdināšanas spēju var arī pielāgot atkarībā no izšķīdināmās vielas ķīmiskajām īpašībām un ķīmiskajām vielām, ko izmanto dziļi eitektisko šķīdinātāju veidošanai. Dažiem dabiskajiem dziļi eitektiskajiem šķīdinātājiem ir augsta viskozitāte, tādēļ tie nav īpaši piemēroti periodiskai ekstrakcijai. Tomēr dabiskos dziļi eitektiskos šķīdinātājus ar augstāku viskozitāti var sekmīgi izmantot kā šķīdinātājus ultraskaņas ekstrakcijā caurplūdes režīmā.

Tālāk redzamajā tabulā ir sniegti daži dabisko dziļi eitektisko šķīdinātāju (NADES) sastāva piemēri fitoķīmisko vielu ekstrakcijai:

Kā darbojas ultraskaņas ekstrakcija ar dziļi eitektiskajiem šķīdinātājiem?

Ultraskaņas ekstrakcijas pamatā ir augstas intensitātes zemfrekvences ultraskaņas sonomehāniskā iedarbība. Lai ar ultraskaņu veicinātu un intensificētu augu savienojumu (t. i., bioaktīvo vielu) ekstrakciju, lielas jaudas ultraskaņas viļņus ar ultraskaņas zondi (sauktu arī par ultraskaņas ragu vai sonotrodi) ievada šķidrā vidē, proti, suspensijā, kas sastāv no augu izejvielas un (dabiskā) dziļi eitektiskā šķīdinātāja. Ultraskaņas viļņi izplatās šķidrumā un rada pārmaiņus zema un augsta spiediena ciklus. Zema spiediena ciklos veidojas sīki vakuuma burbulīši (tā dēvētie kavitācijas burbulīši), kas vairāku spiediena ciklu laikā aug. Šajos burbulīšu augšanas ciklos šķidrumā izšķīdušās gāzes nonāk vakuuma burbulītī, tādējādi vakuuma burbulīši pārvēršas augošos gāzes burbulīšos. Pēc augšanas vairāku ciklu laikā vakuuma burbulīši sasniedz noteiktu izmēru, kurā tie vairs nespēj absorbēt enerģiju, tāpēc augsta spiediena ciklā tie strauji sabrūk uz iekšu. Burbuļa sabrukumu raksturo intensīvi kavitācijas spēki, tostarp ļoti augsta temperatūra un spiediens, kas sasniedz attiecīgi līdz 4000K un 1000atm, kā arī atbilstoši lielas temperatūras un spiediena starpības. Šī ultraskaņas radītā turbulence un bīdes spēki sagrauj augu šūnas un atbrīvo šūnās esošos bioaktīvos savienojumus (dabiskajā) dziļi eitektiskajā šķīdinātājā. Ultraskaņas ekstrakcija atver augu šūnu struktūru un intensificē masas pārnesi starp augu materiālu un šķīdinātāju. Tādējādi apstrāde ar ultraskaņu veicina dabisko dziļi eitektisko šķīdinātāju efektivitāti. Ultraskaņas ekstrakcija ar (dabiskajiem) dziļi eitektiskajiem šķīdinātājiem nodrošina ārkārtīgi augstu iznākumu ļoti īsā apstrādes laikā.

Lielas jaudas ultraskaņas viļņi sagrauj augu šūnu struktūru, atbrīvo bioaktīvos savienojumus un veicina masas pārnesi starp augu materiālu un šķīdinātāju (piemēram, dziļi eitektiskajiem šķīdinātājiem).

Ultraskaņas ekstrakcijas apvienošana ar (dabiskajiem) dziļi eitektiskajiem šķīdinātājiem sniedz iespēju apvienot ultraskaņas spēju intensificēt procesu ar dziļi eitektisko šķīdinātāju ievērojamo šķīdināšanas iedarbību un izcilajām sastāva pielāgošanas iespējām. Pateicoties ultraskaņas ekstrakcijas izcilajai efektivitātei, ultraskaņas apstrādes ierīces veiksmīgi izmanto arī ekstrakcijai ar ūdeni.
Sazinieties ar mums jau tagad, lai uzzinātu vairāk par efektīvas ultraskaņas ekstrakcijas izmantošanu ar dziļi eitektiskajiem šķīdinātājiem!

Ultraskaņas ekstraktori laboratorijas, izmēģinājuma un rūpnieciskai DES ekstrakcijai

Ultraskaņas ekstrakcija ir uzticama apstrādes tehnoloģija, kas atvieglo un paātrina augstas kvalitātes ekstraktu ražošanu no dažādām augu izejvielām, izmantojot jebkuru šķīdinātāju. Ultraskaņas ekstrakcija ir ļoti labi saderīga ar (dabiskajiem) dziļi eitektiskajiem šķīdinātājiem, kuru priekšrocības ir izcila šķīdināšanas spēja, iespēja pielāgot sastāvu ekstraktam, ilgtspēja, bionoārdāmība un videi draudzīgas īpašības. Lielas jaudas ultraskaņas radītās procesa intensifikācijas apvienošana ar (dabisko) dziļi eitektisko šķīdinātāju priekšrocībām nodrošina šīs apstrādes tehnoloģijas pārākumu daudzos aspektos. Hielscher Ultrasonics piedāvājums aptver visu diapazonu no kompaktām laboratorijas ultraskaņas apstrādes ierīcēm līdz rūpnieciskām ekstrakcijas sistēmām. Tās visas, protams, ir piemērotas ekstrakcijai ar dziļi eitektiskajiem šķīdinātājiem.
Mūsu darbinieki ar ilggadēju pieredzi palīdzēs jums visos posmos – no tehniskās iespējamības pārbaudēm un procesa optimizācijas līdz jūsu ultraskaņas sistēmas uzstādīšanai galīgajā ražošanas mērogā.