Šķīdinātāji ultraskaņas ekstrakcijai no augiem
- Ultraskaņas ekstrakcijai ir daudzas priekšrocības, piemēram, augsta raža, ātrs ekstrakcijas ātrums, videi draudzīgums un zems enerģijas patēriņš.
- Viens no spēcīgākajiem ieguvumiem ir ūdens kā ieguves vides izmantošana. Tomēr ultraskaņas apstrādi var izmantot ar kolektoru šķīdinātāju sistēmām, lai iegūtu izcilus rezultātus mērķa ekstraktam.
- Optimālais šķīdinātājs augu bioaktīvo vielu ultraskaņas ekstrakcijai tiek izvēlēts attiecībā uz izejvielu.
ultraskaņas ekstrakcija
Ir labi zināms, ka ultraskaņa traucē šūnu struktūras un uzlabo masas pārnesi, tādējādi palielinot biosavienojumu (piemēram, fenolu, karotinoīdu) ekstrahējamību.
Tā kā ultraskaņas mehāniskā iedarbība uzlabo ekstrakcijas procesu, pateicoties uzlabotai masas pārnesei, organisko šķīdinātāju izmantošana bieži ir lieka. Tas nozīmē, ka ultraskaņas ekstrakcijai ūdens bieži ir pietiekams ekstrakcijas līdzeklis, kam ir daudz priekšrocību, piemēram, lēts, nebīstams, viegli pieejams un videi draudzīgs.
Tomēr konkrētiem bioaktīviem savienojumiem vislabākos rezultātus var sasniegt ar ultraskaņas ekstrakciju kombinācijā ar gaistošu šķīdinātāju.
Lai izvēlētos pareizo šķīdinātāju, jāņem vērā izejviela (piemēram, svaigs vai kaltēts, macerēts/slīpēts vai pulverveida augu materiāls) un mērķvielas (piemēram, lipofīls, hidrofils).
Augu glicerīns ir ideāls ekstrakcijas šķīdinātājs, pateicoties tā netoksiskajām, nekairinošajām īpašībām un spējai saglabāt jutīgu bioaktīvo savienojumu stabilitāti un potenci. Gan tīra glicerīna, gan glicerīna un ūdens maisījumi ir noderīgi šķīdinātāji, lai ražotu ekstraktus piedevām un uztura bagātinātājiem, garšas ekstraktiem, pārtikas piedevām un kosmētikai.
UIP2000hdT sonikators botāniskai ekstrakcijai lielās partijās vai inline operācijās
Nākamajā tabulā uzskaitīti vairāki šķīdinātāji, kas ir labi izveidoti ekstrakcijas šķīdinātāji un tiek izmantoti ultraskaņas ekstrakcijai no augu materiāla.
| Etanola | Viens no visizplatītākajiem šķīdinātājiem botāniskajai ekstrakcijai. Kā polārs šķīdinātājs etanols izšķīdina polāros savienojumus, piemēram, alkaloīdus un flavonoīdus. |
| Ūdens | Universālais šķīdinātājs, ko bieži izmanto hidrofilu savienojumu, piemēram, polisaharīdu, olbaltumvielu un dažu glikozīdu, ekstrakcijai. |
| ūdens etanols | Etanola un ūdens maisījums, šis šķīdinātājs var ekstrahēt plašu polāro un vidēji polāro savienojumu klāstu, nodrošinot līdzsvaru starp etanola šķīdinātāja spēku un ūdens spēju ekstrahēt hidrofīlos savienojumus. Ūdens etanolu var pagatavot dažādās attiecībās, pielāgojot šķīdināšanas spēju mērķa savienojumiem. |
| Glicerīns | Ļoti polārs šķīdinātājs, kas ir noderīgs polāro savienojumu ekstrakcijai un var būt drošāka alternatīva citiem polārajiem šķīdinātājiem, ko bieži izmanto tinktūrās un ekstraktos, kas paredzēti iekšējam patēriņam. Lasiet vairāk par fitoķīmisko vielu ieguvi glicerīnā, izmantojot ultraskaņu! |
| metanols | Ļoti polārs šķīdinātājs, kas efektīvi ekstrahē plašu augu savienojumu klāstu, tostarp fenolus, flavonoīdus un dažus alkaloīdus. |
| Heksāna | Nepolārs šķīdinātājs, ko galvenokārt izmanto nepolāru savienojumu, piemēram, lipīdu, vasku un ēterisko eļļu, ekstrakcijai. |
| Acetona | Polārais aprotiskais šķīdinātājs, acetons ir efektīvs, lai ekstrahētu plašu botānisko savienojumu klāstu, īpaši tos, kas ir mazāk polāri nekā tie, kas iegūti ar ūdeni vai metanolu. |
| Izopropanols | Polārs šķīdinātājs, kas līdzīgs etanolam, ko parasti izmanto ēterisko eļļu, sveķu un dažu alkaloīdu ekstrakcijai. |
| Hloroforma | Nepolārs šķīdinātājs, kas efektīvi ekstrahē alkaloīdus, terpenoīdus un dažus glikozīdus. To retāk lieto toksicitātes dēļ. |
| Etilacetāta | Vidēji polārs šķīdinātājs, ko izmanto, lai ekstrahētu virkni savienojumu, tostarp flavonoīdus, alkaloīdus un fenolus. |
| Toluols | Nepolārs šķīdinātājs, ko izmanto, lai ekstrahētu polārus savienojumus, piemēram, ēteriskās eļļas, terpēnus un vaskus. |
| Butanols | Vidēji polārs šķīdinātājs, kas efektīvi ekstrahē vidējas polaritātes savienojumus, tostarp dažus glikozīdus un saponīnus. |
| Naftas ēteris | Nepolārs šķīdinātājs, ko galvenokārt izmanto tauku, eļļu un citu nepolāru savienojumu ekstrakcijai no augu materiāliem. |
Spēcīgi ultraskaņas viļņi traucē bioloģisko struktūru šūnu matricu un atbrīvo bioaktīvos savienojumus. Tiek pastiprināta masas pārnešana starp augu materiālu un šķīdinātāju. Šo mehānismu dēļ ultraskaņas ekstrakcija ir ļoti efektīva botāniskajai ekstrakcijai.
UP400ST ultraskaņas homogenizators Augu ekstrakcijai ļauj izmantot jūsu izvēlēto šķīdinātāju.
Ultrasonikatori ekstrakcijai
No laboratorijas un stenda ultraskaņas ierīcēm līdz pilnībā rūpnieciskām ultraskaņas ekstrakcijas sistēmām – Hielscher Ultrasonics ir jūs jau sen pieredzējis partneris, kad runa ir par spēcīgām un uzticamām ultraskaņas ierīcēm veiksmīgiem ekstrakcijas procesiem.
Mūsu ultraskaņas sistēmas tiek plaši izmantotas bioķīmiskajās laboratorijās un farmaceitiskās ražošanas rūpnīcās. Ultraskaņas sonotrodes un reaktori ir autoklavējami un atbilst farmaceitiskās ražošanas standartiem.
Hielscher rūpnieciskie sonikatori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas, lai izjauktu šūnu matricas un atbrīvotu mērķa vielas. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Hielscher ultrasonikatoru jauda un izturība nodrošina augstu ražu, ātru ekstrakcijas ātrumu un pilnīgāku ekstrakciju – izceļot parastos ekstrakcijas procesus.
Mūsu ultraskaņas procesorus var apvienot ar parastajām ekstrakcijas metodēm, piemēram, Soksleta ekstrakcija vai superkritiskā CO2 ekstrakcija. Modernizēšanu esošajās ražošanas līnijās var viegli veikt.
Literatūra? Atsauces
- 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.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Ultraskaņas ekstrakcija ar kavitāciju
Intensīvi ultraskaņas viļņi rada akustiskā kavitācija šķidrumos. Kavitācijas bīdes spēki izjauc šūnu sienu un membrānas tā, lai intracelulārais materiāls tiktu atbrīvots. Ultraskaņas ekstrakcija nodrošina lielāku šķīdinātāja iekļūšanu augu audos un uzlabo masas pārnesi. Tādējādi ultraskaņas ekstrakcija ievērojami pastiprina ekstrakcijas procesu, kā rezultātā tiek iegūta augstāka raža, ātrāks ekstrakcijas ātrums un pilnīgāka ekstrakcija.
Šķīdinātāju sistēmas
Bioaktīvo savienojumu ekstrakcijai no augu materiāla ir pieejamas dažādas šķīdinātāju sistēmas. Hidrofīlo savienojumu ekstrakcijai izvēlas galvenokārt polāros šķīdinātājus, piemēram, metanolu, etanolu vai etilacetātu, savukārt lipofīlo savienojumu (piemēram, lipīdu) ekstrakcijai priekšroka dodama tādām šķīdinātāju sistēmām kā dihlormetāns vai dihlormetāns/metanols (v/v 1:1). Heksānu bieži izmanto kā šķīdinātāju hlorofila ekstrakcijai.
Kas ir bioaktīvie savienojumi?
Bioaktīvos savienojumus jeb fitoķīmiskās vielas definē kā vielas, kas ietekmē dzīvos organismus, audus vai šūnas. Bioloģiski aktīvās vielas ietver antibiotikas, fermentus un vitamīnus. Bioaktīvās vielas, piemēram, karotinoīdus un polifenolus, var ekstrahēt, piemēram, no augļiem, lapām un dārzeņiem, savukārt fitosterīni ir atrodami augu eļļās.
Augu izcelsmes bioaktīvie savienojumi ietver flavonoīdus, kofeīnu, karotinoīdus, holīnu, ditioltionus, fitosterīnus, polisaharīdus, fitoestrogēnus, glikozinolātus, polifenolus un antocianīnus. Daudzas bioaktīvās vielas tiek novērtētas kā antioksidanti, un tāpēc tās tiek uzskatītas par veselībai labvēlīgām.
Kā izvēlēties labāko ekstrakcijas šķīdinātāju?
Tālāk sniegtās vadlīnijas palīdz jums izvēlēties piemērotu šķīdinātāju ultraskaņas botāniskajai ekstrakcijai. Tā kā ultraskaņas apstrāde ir saderīga ar jebkuru standarta šķīdinātāju, jūs varat izvēlēties šķīdinātāju, kas ir ideāli piemērots jūsu augu izejvielām, mērķtiecīgajām fitoķīmiskajām vielām un rentabilitātei.
- Selektivitāti: Izvēlieties šķīdinātāju, kas īpaši izšķīdina vēlamos savienojumus, atstājot nevēlamus komponentus. Piemēram, izmantojiet etanolu polāriem savienojumiem, piemēram, alkaloīdiem un flavonoīdiem.
- Šķīdība: Pamatojoties uz principu “tāpat kā izšķīst,” Izvēlieties šķīdinātāju, kura polaritāte ir līdzīga izšķīdušās vielas polaritātei. Polārie šķīdinātāji (piemēram, ūdens, etanols) izšķīdina polāros savienojumus, bet nepolārie šķīdinātāji (piemēram, heksāns) izšķīdina nepolāros savienojumus, piemēram, lipīdus un eļļas.
- Cena: Apsveriet šķīdinātāja rentabilitāti. Daži šķīdinātāji var būt dārgāki, bet piedāvā augstāku ražu vai labāku selektivitāti, līdzsvarojot kopējās ekstrakcijas izmaksas.
- Drošums: Pārliecinieties, ka šķīdinātājs ir drošs lietošanai un lietošanai. Faktori ietver toksicitāti, uzliesmojamību un ietekmi uz vidi. Piemēram, ūdens un etanols ir drošāka izvēle, salīdzinot ar hloroformu vai toluolu.
Polaritāte un šķīdinātāju izvēle
Saskaņā ar līdzības un starpformu likumu šķīdinātāji ar polaritātes vērtību, kas ir tuvu izšķīdušās vielas polaritātei, visticamāk, darbosies labāk. Šeit ir daži piemēri:
- Polārie šķīdinātāji: Ūdens, etanols, metanols – Izmanto polāro savienojumu, piemēram, alkaloīdu, flavonoīdu, glikozīdu un olbaltumvielu, ekstrakcijai.
- Mēreni polārie šķīdinātāji: Acetons, etilacetāts, izopropanols – Piemērots plaša spektra savienojumu, tostarp fenolu un dažu alkaloīdu, ekstrakcijai.
- Nepolārie šķīdinātāji: Heksāns, toluols, petrolēteris – Ideāli piemērots polāru savienojumu, piemēram, lipīdu, vasku, terpēnu un ēterisko eļļu, ekstrakcijai.
Šķīdinātāju izmantošanas piemēri
- Etanola: Viens no visizplatītākajiem šķīdinātājiem botāniskajai ekstrakcijai. Kā polārs šķīdinātājs etanols izšķīdina polāros savienojumus, piemēram, alkaloīdus un flavonoīdus.
- Ūdens: Universālais šķīdinātājs, ko bieži izmanto hidrofilu savienojumu, piemēram, polisaharīdu, olbaltumvielu un dažu glikozīdu, ekstrakcijai.
- Metanols: Ļoti polārs šķīdinātājs, kas efektīvi ekstrahē plašu augu savienojumu klāstu, tostarp fenolus, flavonoīdus un dažus alkaloīdus.
- Heksāna: Nepolārs šķīdinātājs, ko galvenokārt izmanto nepolāru savienojumu, piemēram, lipīdu, vasku un ēterisko eļļu, ekstrakcijai.
- Acetona: Polārais aprotiskais šķīdinātājs, acetons ir efektīvs, lai ekstrahētu plašu botānisko savienojumu klāstu, īpaši tos, kas ir mazāk polāri nekā tie, kas iegūti ar ūdeni vai metanolu.
- Izopropanols: Polārs šķīdinātājs, kas līdzīgs etanolam, ko parasti izmanto ēterisko eļļu, sveķu un dažu alkaloīdu ekstrakcijai.
- Hloroforma: Nepolārs šķīdinātājs, kas efektīvi ekstrahē alkaloīdus, terpenoīdus un dažus glikozīdus. To retāk lieto toksicitātes dēļ.
- Etilacetāta: Vidēji polārs šķīdinātājs, ko izmanto, lai ekstrahētu virkni savienojumu, tostarp flavonoīdus, alkaloīdus un fenolus.
- Toluols: Nepolārs šķīdinātājs, ko izmanto, lai ekstrahētu polārus savienojumus, piemēram, ēteriskās eļļas, terpēnus un vaskus.
- Butanols: Vidēji polārs šķīdinātājs, kas efektīvi ekstrahē vidējas polaritātes savienojumus, tostarp dažus glikozīdus un saponīnus.
- Naftas ēteris: Nepolārs šķīdinātājs, ko galvenokārt izmanto tauku, eļļu un citu nepolāru savienojumu ekstrakcijai no augu materiāliem.
Šādi šķīdinātāji tika pārbaudīti pētījumos, kas pētīja konkrētu augu materiālu un fitoķīmisko vielu ultraskaņas ekstrakciju.
| Šķīdinātāju | Augs | Audu veids |
|---|---|---|
| Etiķskābe? urīnviela? cetiltrima-etilammonija bromīds | rīsi | Klijas |
| ūdens etanols | distiller’s grain | grauds |
| Ūdens izopropanols | sojas pupas, rapšu sēklas | Sēklas |
| Etanola | Saccharina japonica | – |
| Ledus aktiskā skābe | sorgo | – |
| Fenola | Tomāts? kartupelis? alveja? sojas pupas | ziedputekšņi? bumbuļi? lapas? sēklas |
| Fenols/amonija acetāts | mieži? banāni | sakne? lapa |
| Fenols/amonija acetāts | avokado? tomāts? apelsīns? banāns? bumbieris? vīnogu? ābols? zemene | Augļi |
| Fenols/metanols-amonija acetāts | skujkoki? banāni? āboli? kartupeļi | sēklas? augļi |
| Nātrija dodecilsulfāts/acetons | skujkoki? kartupeļi | sēklas? bumbuļi |
| Nātrija dodecilsulfāts/TCA/acetons | ābols? banāns | Audu |
| TCA | Pupiņas | putekšņi |
| TCA/acetons | citrusaugļi? sojas pupas? alveja | lapas |
| TCA/acetons | sojas pupas? skujkoki | Sēklas |
| TCA/acetons | tomāts | ziedputekšņu graudi |
| TCA/acetons/fenols | olīvu? bambusa? vīnogu? citrona | lapas |
| TCA/acetons/fenols | ābols? apelsīns? tomāts | Augļi |
| Tiourīnviela/urīnviela | Sojas | sēkla |
| Tiourīnviela/urīnviela | ābols? banāns | Audiem |
| Tris-HCL buferis | tomāts | ziedputekšņu graudi |
Kas ir organiskie šķīdinātāji?
Organiskais šķīdinātājs ir gaistošo organisko savienojumu (GOS) veids. GOS ir organiskas ķīmiskas vielas, kas iztvaiko istabas temperatūrā.
Organiskie savienojumi, ko izmanto kā šķīdinātājus, ietver:
- Aromātiskie savienojumi, piemēram, benzols un toluols
- spirti, piemēram, metanols
- esteri un ēteri
- ketoni, piemēram, acetons
- Amīni
- Nitrēti un halogenēti ogļūdeņraži
Daudzi organiskie šķīdinātāji ir klasificēti kā toksiski vai kancerogēni. Nepareizas apstrādes gadījumā tie var būt bīstami cilvēkiem un var piesārņot gaisu, ūdeni un augsni. Pateicoties spēcīgajam ultraskaņas ekstrakcijas mehānismam, var izvairīties no organisko šķīdinātāju izmantošanas, aizstājot tos ar maigākiem, netoksiskiem šķīdinātājiem.
