Głębokie rozpuszczalniki eutektyczne (DES) i naturalne głębokie rozpuszczalniki eutektyczne (NADES) mają wiele zalet jako rozpuszczalniki ekstrakcyjne i stanowią obiecującą alternatywę dla konwencjonalnych rozpuszczalników organicznych. Głębokie rozpuszczalniki eutektyczne doskonale sprawdzają się w połączeniu z ekstrakcją ultradźwiękową, dając wysoką wydajność ekstraktów najwyższej jakości. Dowiedz się więcej o ekstrakcji ultradźwiękowej z zastosowaniem naturalnych rozpuszczalników eutektycznych.

Jak ultradźwięki poprawiają ekstrakcję przy użyciu rozpuszczalników głębokoeutektycznych?

Ekstrakcja ultradźwiękowa typu sonda z wykorzystaniem rozpuszczalników głęboko eutektycznych i naturalnych rozpuszczalników głęboko eutektycznych może oferować szereg korzyści w ekstrakcji związków bioaktywnych. Jedną z głównych zalet jest zwiększenie wydajności ekstrakcji związków fenolowych i innych fitochemikaliów ze źródeł naturalnych. Rozpuszczalniki głęboko eutektyczne znane są z wysokiej wydajności ekstrakcji, która może być nawet zwiększona przez ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami. Ze względu na swoją nietoksyczność są doskonałym rozpuszczalnikiem dla produktów farmaceutycznych i spożywczych. To sprawia, że ekstrakcja ultradźwiękowa z wykorzystaniem głęboko eutektycznych rozpuszczalników jest ekologiczną i zrównoważoną metodą odzyskiwania związków bioaktywnych. Naukowo udowodniono, że synergiczne zastosowanie ultradźwięków z głębokimi rozpuszczalnikami eutektycznymi skutkuje wyższą wydajnością różnych związków bioaktywnych. Ogólnie rzecz biorąc, ultradźwiękowa ekstrakcja typu sonda z wykorzystaniem rozpuszczalników głęboko eutektycznych i naturalnych rozpuszczalników głęboko eutektycznych zapewnia bardziej wydajne i przyjazne dla środowiska podejście do ekstrakcji związków bioaktywnych.

Co to są rozpuszczalniki głęboko eutektyczne (DES)?

Głębokie rozpuszczalniki eutektyczne (DESs) to mieszaniny co najmniej jednego akceptora wiązań wodorowych (HBA) i jednego donora wiązań wodorowych (HBD), w tym kwasów karboksylowych i innych związków odnawialnych. Według Cai et al. (2019), "silne oddziaływanie wiązania wodorowego pomiędzy HBA i HBD jest najważniejszym czynnikiem tworzenia DESs." [Cai et al. 2019].
Jako donory wiązań wodorowych często stosuje się takie związki jak: cukry, aminokwasy, kwasy karboksylowe (np. kwas benzoesowy, kwas cytrynowy, kwas bursztynowy) czy aminy (np. mocznik, benzamid). Potencjał oddziaływania chemicznego donorów wiązań wodorowych jest głównym czynnikiem wpływającym na tworzenie i wydajność głębokich rozpuszczalników eutektycznych. Sole halogenkowe takie jak chlorek choliny lub chlorek cynku mogą być również stosowane w połączeniu z donorami wiązań wodorowych. Inne rozpuszczalniki głęboko eutektyczne na bazie chlorku choliny są tworzone z kwasem malonowym, fenolem lub gliceryną. W wyniku silnych oddziaływań związanych z wiązaniami wodorowymi, temperatura topnienia rozpuszczalników głęboko eutektycznych jest znacznie obniżona w porównaniu z ich poszczególnymi składnikami. W przeciwieństwie do konwencjonalnych rozpuszczalników (np. etanol, metanol, heksan, butan itp.) rozpuszczalniki głębokoeutektyczne są nielotne, co oznacza, że mają bardzo niską prężność par i tym samym są trudno zapalne. Toksyczność rozpuszczalników głęboko eutektycznych jest niska, ich biodegradowalność wysoka, a niezbędne prekursory są niedrogie, łatwo i obficie dostępne, jak również odnawialne.
Naturalne głębokie rozpuszczalniki eutektyczne (NADES) są jeszcze bardziej przyjazne dla środowiska, ponieważ wszystkie prekursory pochodzą z naturalnych źródeł. Rozpuszczalniki głębokoeutektyczne oferują również możliwość dostosowania rozpuszczalności w zależności od składu chemicznego rozpuszczalnika i gatunków użytych do stworzenia rozpuszczalników głębokoeutektycznych. Niektóre naturalne rozpuszczalniki głębokoeutektyczne wykazują wysoką lepkość i dlatego nie nadają się do ekstrakcji w partiach. Jednakże naturalne rozpuszczalniki głęboko eutektyczne o wyższej lepkości mogą być z powodzeniem stosowane jako rozpuszczalniki w ultradźwiękowej ekstrakcji przepływowej.

Poniższa tabela przedstawia kilka przykładowych kompozycji naturalnych rozpuszczalników głęboko eutektycznych (NADES) do ekstrakcji fitochemikaliów:

Jak działa ekstrakcja ultradźwiękowa przy użyciu rozpuszczalników głębokoeutektycznych?

Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na sonomechanicznym działaniu ultradźwięków o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości. Aby wspomóc i zintensyfikować ekstrakcję związków roślinnych (np. substancji bioaktywnych) za pomocą ultradźwięków, fale ultradźwiękowe o dużej mocy są wprowadzane przez sondę ultradźwiękową (zwaną również tubą ultradźwiękową lub sonotrodą) do ciekłego medium, tj. zawiesiny składającej się z surowca roślinnego i (naturalnego) rozpuszczalnika eutektycznego. Fale ultradźwiękowe przechodzą przez ciecz i tworzą naprzemienne cykle niskiego i wysokiego ciśnienia. Podczas cykli niskociśnieniowych powstają drobne pęcherzyki próżniowe (tzw. pęcherzyki kawitacyjne), które rosną przez kilka cykli ciśnieniowych. Podczas tych cykli wzrostu pęcherzyków, rozpuszczone gazy w cieczy dostają się do pęcherzyka próżniowego, tak że pęcherzyk próżniowy przekształca się w rosnące pęcherzyki gazu. Po kilku cyklach wzrostu pęcherzyki próżniowe osiągają pewien rozmiar, przy którym nie są w stanie zaabsorbować więcej energii, więc implodują gwałtownie podczas cyklu wysokociśnieniowego. Implozja pęcherzyków charakteryzuje się intensywnymi siłami kawitacyjnymi, w tym bardzo wysoką temperaturą i ciśnieniem, sięgającymi odpowiednio 4000K i 1000atm, jak również odpowiednio wysoką różnicą temperatur i ciśnień. Te generowane ultradźwiękowo turbulencje i siły ścinające rozbijają komórki roślinne i uwalniają wewnątrzkomórkowe związki bioaktywne do (naturalnego) głębokiego rozpuszczalnika eutektycznego. Ekstrakcja ultradźwiękowa otwiera strukturę komórkową roślin i intensyfikuje transfer masy pomiędzy materiałem roślinnym a rozpuszczalnikiem. Sonikacja zwiększa tym samym skuteczność naturalnych rozpuszczalników eutektycznych. Dzięki ekstrakcji ultradźwiękowej przy użyciu (naturalnych) rozpuszczalników eutektycznych uzyskuje się wyjątkowo wysoką wydajność w bardzo krótkim czasie obróbki.

Fale ultradźwiękowe o dużej mocy rozbijają strukturę komórkową roślin, uwalniają związki bioaktywne i wspomagają transfer masy pomiędzy materiałem roślinnym a rozpuszczalnikiem (np. głębokie rozpuszczalniki eutektyczne).

Połączenie ekstrakcji ultradźwiękowej z (naturalnymi) głębokimi rozpuszczalnikami eutektycznymi daje możliwość połączenia intensyfikującej proces mocy ultradźwięków z niezwykłymi właściwościami rozpuszczającymi i wyjątkowymi możliwościami zastosowania głębokich rozpuszczalników eutektycznych. Ze względu na najwyższą skuteczność ekstrakcji ultradźwiękowej, ultradźwięki są również z powodzeniem stosowane do pozyskiwania wody.
Skontaktuj się z nami teraz, aby dowiedzieć się więcej o potężnej aplikacji ekstrakcji ultradźwiękowej z wykorzystaniem rozpuszczalników głęboko eutektycznych!

Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe do stosowania głęboko eutektycznych rozpuszczalników

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest niezawodną technologią przetwarzania, która ułatwia i przyspiesza produkcję wysokiej jakości ekstraktów z różnych roślin, a także z dowolnych rozpuszczalników. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce kompatybilna z (naturalnymi) głębokimi rozpuszczalnikami eutektycznymi, które są korzystne ze względu na ich doskonałą zdolność rozpuszczania, możliwość dostosowania do ekstraktu, trwałość, biodegradowalność i przyjazność dla środowiska. Połączenie intensyfikacji procesu dzięki ultradźwiękom o dużej mocy z zaletami (naturalnych) rozpuszczalników eutektycznych daje tej technologii procesowej przewagę na wielu płaszczyznach. Portfolio firmy Hielscher Ultrasonics obejmuje cały zakres od kompaktowych ultradźwiękowców laboratoryjnych aż po przemysłowe urządzenia ekstrakcyjne. Wszystkie one nadają się oczywiście do ekstrakcji rozpuszczalnikami eutektycznymi.
Nasi długoletni doświadczeni pracownicy pomogą Państwu począwszy od testów wykonalności i optymalizacji procesu aż do instalacji Państwa systemu ultradźwiękowego na poziomie produkcji końcowej.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: