Gliceryna jako rozpuszczalnik do ekstrakcji ultradźwiękowej
Gliceryna, czyli glicerol, może być stosowana do ekstrakcji roślinnej w czystej postaci (100%) lub jako mieszanina gliceryny z wodą albo etanolem. Poznaj zalety stosowania gliceryny jako rozpuszczalnika ekstrakcyjnego w procesach sonikacji.
Ekstrakcja roślinna w glicerynie z wykorzystaniem sonikacji
Ekstrakcja roślinna jest podstawowym procesem w chemii analitycznej, biochemii i badaniach produktów naturalnych, którego celem jest izolowanie określonych składników ze złożonych mieszanin. Tradycyjne metody ekstrakcji, takie jak maceracja czy ekstrakcja Soxhleta, często wymagają długiego czasu przetwarzania i stosowania rozpuszczalników organicznych, które mogą stwarzać zagrożenia dla środowiska i zdrowia. W ostatniej dekadzie ekstrakcja ultradźwiękowa zastąpiła tradycyjne techniki ekstrakcji, takie jak maceracja, ekstrakcja Soxhleta i ekstrakcja rozpuszczalnikowa, ponieważ sonikacja jest bardziej wydajna, szybsza, skuteczniejsza i bardziej przyjazna dla środowiska. Oprócz tych zalet ekstrakcji ultradźwiękowej technika ta umożliwia stosowanie wybranego rozpuszczalnika. Ekstraktory ultradźwiękowe mogą pracować nawet z czystą gliceryną roślinną jako rozpuszczalnikiem.
Homogenizator ultradźwiękowy UP400ST do ekstrakcji ziół z wykorzystaniem gliceryny jako rozpuszczalnika.
Jak działają sonikatory sondowe do ekstrakcji?
Sonikatory stosowane do ekstrakcji roślinnej wykorzystują moc intensywnych ultradźwięków. Za pośrednictwem sonotrody ultradźwięki o wysokiej intensywności są przekazywane do rozpuszczalnika, w którym powstają liczne pęcherzyki kawitacyjne. Szybkie powstawanie i zapadanie się mikroskopijnych pęcherzyków kawitacyjnych generuje siły ścinania i intensywne mieszanie oraz lokalnie wysokie temperatury i ciśnienia. Te siły sonomechaniczne skutecznie rozbijają ściany komórkowe i ułatwiają uwalnianie związków wewnątrzkomórkowych. Ta technika ekstrakcji intensyfikowanej ultradźwiękami oferuje szereg zalet, w tym krótszy czas ekstrakcji, większą wydajność oraz możliwość przetwarzania substancji termolabilnych bez istotnej degradacji.
Gliceryna roślinna jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny
Gliceryna roślinna, bezbarwna, bezwonna i lepka ciecz otrzymywana z olejów roślinnych, jest powszechnie ceniona za swoje właściwości jako rozpuszczalnik. Jest nietoksyczna, biodegradowalna i wykazuje doskonałą zdolność rozpuszczania szerokiej gamy związków organicznych. Jako rozpuszczalnik gliceryna roślinna oferuje kilka korzyści w porównaniu z tradycyjnymi rozpuszczalnikami organicznymi:
- Bezpieczeństwo i wpływ na środowisko: Gliceryna jest nietoksyczna i nieszkodliwa dla środowiska, co czyni ją preferowanym wyborem w zastosowaniach zielonej chemii.
- Jakość spożywcza i farmaceutyczna: Gliceryna roślinna jest dostępna w jakości spożywczej i farmaceutycznej. Jako substancja niezawierająca alkoholu, jadalna i o słodkim smaku gliceryna jest cenionym rozpuszczalnikiem do ekstraktów przeznaczonych do żywności i produktów farmaceutycznych. W kosmetyce gliceryna jest cenionym rozpuszczalnikiem ze względu na swoje właściwości emoliencyjne.
- Zdolność rozpuszczania: Może rozpuszczać zarówno substancje hydrofilowe, jak i hydrofobowe, poszerzając zakres związków możliwych do wyekstrahowania.
- Stabilność: Gliceryna jest stabilna chemicznie, co pomaga zachować integralność wrażliwych związków podczas ekstrakcji.
Sonikator UIP1000hdT do ekstrakcji roślinnej.
Protokół: ultradźwiękowa ekstrakcja z liści ziół do gliceryny
W tym protokole przeprowadzamy Cię przez kolejne etapy ultradźwiękowej ekstrakcji związków bioaktywnych z liści ziół do czystej gliceryny. Możesz obejrzeć powyższy film uzupełniający, aby zobaczyć, jak przebiega proces ekstrakcji ultradźwiękowej.
Potrzebujesz:
- świeżych lub suszonych ziół
- 100% gliceryny roślinnej
- sonikatora sondowego, np. UP400St z sonotrodą S24d22L2D
- szklanej zlewki
- butelki z ciemnego szkła do przechowywania
Instrukcje krok po kroku
- Posiekaj liście ziół na małe kawałki (ok. 5x5mm).
- Umieść liście ziół w szklanej zlewce.
- Dodaj glicerynę. Możesz pozostawić zioła do namoczenia na kilka minut.
- Wprowadź sonotrodę sonikatora do zlewki. Umieść sonotrodę pośrodku zlewki i upewnij się, że nie dotyka ona ścianek naczynia.
- Ustaw amplitudę na 100% i rozpocznij sonikację.
- Monitoruj temperaturę za pomocą czujnika temperatury dostarczanego z UP400St.
- Gdy temperatura wzrośnie powyżej wartości, której nie chcesz przekraczać, możesz wstrzymać pracę sonikatora, aby zawiesina w glicerynie mogła się schłodzić. W menu UP400St możesz ustawić graniczną wartość temperatury. Dodatkowo możesz umieścić szklaną zlewkę w kąpieli lodowej.
- Prowadź sonikację do osiągnięcia całkowitej dawki energii wynoszącej ok. 200–250 Ws/g. (Docelową dawkę energii możesz ustawić w menu UP400ST i wszystkich cyfrowych sonikatorów Hielscher.)
- Po sonikacji usuń wyekstrahowany materiał roślinny z gliceryny przez filtrację. Możesz użyć sitka, bibuły filtracyjnej lub płótna serowarskiego. Aby ułatwić filtrację lepkiej gliceryny, zastosuj filtrację próżniową.
Rozwiązywanie problemów i wskazówki:
Im zimniejsza gliceryna, tym większa jej lepkość. Ciecze o wysokiej lepkości wymagają sonikatora o większej mocy. Sonikator UP400St o mocy 400 watów z łatwością radzi sobie ze 100% gliceryną w temperaturze pokojowej. Jeśli używasz sonikatora o mniejszej mocy, możesz zastosować mieszaninę gliceryny z wodą (np. 50:50 %v/v).
W przypadku zimnej gliceryny sonikator przemysłowy, taki jak procesor ultradźwiękowy UIP1000hdT o mocy 1000 watów, idealnie nadaje się do przetwarzania rozpuszczalników o wysokiej lepkości.
Protokół: ekstrakcja związków fitochemicznych z korzenia goryczki
Praktyczne zastosowanie mieszanin gliceryny z wodą w ultradźwiękowej ekstrakcji roślinnej przedstawiono na przykładzie izolowania związków fitochemicznych, takich jak amarogentyna, z korzenia goryczki w 50% glicerynie przy użyciu sonikatora Hielscher UP200Ht. Korzeń goryczki zawiera gorzkie związki smakowe, które są przedmiotem zainteresowania przemysłu spożywczego i napojowego, a także medycyny tradycyjnej.
Amarogentyna ma wartość goryczy 58 000 000 i występuje w korzeniu goryczki w stężeniu 0,15%. Gorycz goryczki charakteryzuje się czystym smakiem. Ze względu na dużą siłę działania gorzkie związki z korzenia goryczki są cenione jako silne substancje smakowe.
Instrukcje krok po kroku dotyczące ultradźwiękowej ekstrakcji korzenia goryczki z wykorzystaniem gliceryny jako rozpuszczalnika
Zastosowanie mieszaniny gliceryny z wodą w połączeniu z wysokowydajnym sonikatorem UP200Ht zapewnia wysoką wydajność ekstrakcji związków fitochemicznych. Łagodne warunki zapewniane przez glicerynę sprawiają, że wrażliwe związki pozostają stabilne przez cały proces.
Gliceryna i jej mieszaniny z wodą lub etanolem zapewniają wszechstronne możliwości doboru rozpuszczalnika do ultradźwiękowej ekstrakcji roślinnej. Pomimo wyzwań wynikających z wysokiej lepkości gliceryny zaawansowane urządzenia do sonikacji, takie jak Hielscher UP200Ht, mogą skutecznie pracować z tymi rozpuszczalnikami, zapewniając wydajną ekstrakcję cennych związków fitochemicznych. Możliwość dostosowania składu rozpuszczalnika i wykorzystania mocy fal ultradźwiękowych sprawia, że ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest skuteczną techniką izolowania związków bioaktywnych z materiałów roślinnych.
Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami w glicerynie
Połączenie sonikatorów sondowych z gliceryną roślinną jako rozpuszczalnikiem stanowi skuteczną metodę ekstrakcji. Mechaniczne efekty działania ultradźwięków zwiększają transport masy, poprawiając skuteczność gliceryny w rozpuszczaniu związków docelowych. To połączenie jest szczególnie skuteczne w ekstrakcji związków bioaktywnych z materiałów roślinnych, takich jak polifenole, alkaloidy i olejki eteryczne.
Zastosowania ultradźwiękowej ekstrakcji roślinnej w glicerynie
Ta technika ekstrakcji ma obiecujące zastosowania w różnych dziedzinach:
- Farmaceutyka: Izolowanie czynnych substancji farmaceutycznych z roślin leczniczych.
- Przemysł spożywczy: Ekstrakcja naturalnych substancji smakowych, barwników i przeciwutleniaczy.
- Kosmetyka: Produkcja związków bioaktywnych do produktów do pielęgnacji skóry i produktów kosmetycznych.
- Głębokie rozpuszczalniki eutektyczne Ze względu na niski koszt, dużą dostępność, nietoksyczność, niepalność i nielotność glicerol oraz głębokie rozpuszczalniki eutektyczne na bazie glicerolu idealnie nadają się do ultradźwiękowej ekstrakcji polifenoli, oferując wysoce zrównoważone rozwiązanie.
- wysoka wydajność
- najnowocześniejsza technologia
- niezawodność i wytrzymałość
- regulowana, precyzyjna kontrola procesu
- praca okresowa i w linii
- do dowolnej objętości
- inteligentne oprogramowanie
- inteligentne funkcje (np. programowalność, rejestrowanie danych, zdalne sterowanie)
- łatwa i bezpieczna obsługa
- niewielkie wymagania konserwacyjne
- CIP (mycie na miejscu)
Projektowanie, produkcja i doradztwo – jakość wyprodukowana w Niemczech
Sonikatory Hielscher są znane z najwyższych standardów jakości i projektowania. Wytrzymałość i łatwa obsługa umożliwiają bezproblemową integrację naszych sonikatorów z instalacjami przemysłowymi. Sonikatory Hielscher z łatwością radzą sobie z trudnymi warunkami i wymagającymi środowiskami pracy.
Hielscher Ultrasonics jest firmą z certyfikatem ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne sonikatory wyróżniające się najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście sonikatory Hielscher są zgodne z wymaganiami CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 0,5 do 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Sonikator MSR-4 z sonotrodami 4x 4kW (łączna moc ultradźwięków 16kW) do przemysłowej ekstrakcji związków bioaktywnych.
Literatura / Źródła
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.
- Jamshaid, S., Ahmed, D. & Aydar, A. Y. (2022): Ultrasound-assisted extraction optimization of polyphenols, flavonoids, and antioxidant compounds from fruit of Melia azedarach using a glycerol-based green deep eutectic solvent. Journal of Food Processing and Preservation, 46, e16657.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- 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.
Co warto wiedzieć o glicerynie
Czym jest gliceryna? Gliceryna, znana również jako glicerol, jest alkoholem trójwodorotlenowym o wysokiej rozpuszczalności w wodzie i higroskopijności. Dzięki temu jest wszechstronnym rozpuszczalnikiem w różnych zastosowaniach. Lepkość gliceryny roślinnej wynosi około 1400 centypuazów w temperaturze 20ºC. Gliceryna jest nietoksyczna, biodegradowalna i nadaje się do recyklingu. Jest wytwarzana ze źródeł odnawialnych, co czyni ją rozpuszczalnikiem przyjaznym dla środowiska. Ponieważ gliceryna jest tania i łatwo dostępna, jest szeroko stosowana w różnych gałęziach przemysłu. Niepalność i nielotność gliceryny sprawiają, że jest ona bezpieczna w użytkowaniu i przechowywaniu.
Gliceryna rozpuszcza się w wodzie, etanolu i metanolu, co poszerza możliwości jej zastosowania jako rozpuszczalnika w różnych procesach chemicznych.
W jakich zastosowaniach gliceryna jest używana jako rozpuszczalnik?
Gliceryna jest ceniona za różnorodne zastosowania zarówno w przemyśle spożywczym, jak i kosmetycznym. Wykorzystanie gliceryny jako rozpuszczalnika jest jednym z jej głównych zastosowań ze względu na jej właściwości chemiczne i dużą wszechstronność w tej roli.
W kosmetyce i medycynie: W kosmetyce i medycynie gliceryna jest powszechnie stosowana jako emolient w preparatach kremowych i żelowych. Działa jako rozpuszczalnik wielu trudno rozpuszczalnych substancji, zwiększając ich biodostępność. Skuteczność gliceryny w tych zastosowaniach wynika z jej charakteru chemicznego jako alkoholu trójwodorotlenowego, który zapewnia wysoką rozpuszczalność w wodzie i higroskopijność.
W żywności i napojach: Gliceryna pełni wiele funkcji w przemyśle spożywczym i napojowym. Działa jako substancja utrzymująca wilgoć, rozpuszczalnik i substancja słodząca, przyczyniając się do zachowania trwałości żywności. Jest również stosowana jako wypełniacz w produkowanej komercyjnie żywności o niskiej zawartości tłuszczu, takiej jak ciastka, oraz jako substancja zagęszczająca w likierach.
Właściwości poliolu: Gliceryna, poliol (alkohol cukrowy), jest znana jako substancja nietoksyczna, biodegradowalna i nadająca się do recyklingu. Jest wytwarzana ze źródeł odnawialnych i pełni funkcję polarnego rozpuszczalnika protonowego dzięki swojej strukturze alkoholu trójwodorotlenowego. Sprawia to, że jest wysoce hydrofilowa i rozpuszczalna w wodzie, etanolu i metanolu.
Współrozpuszczalnik w ekstrakcji wodnej: Gliceryna jest skutecznym współrozpuszczalnikiem w procesach ekstrakcji wodnej, szczególnie cenionym za skuteczność w otrzymywaniu ekstraktów polifenolowych.
Jaką rolę odgrywa gliceryna w ekstrakcji ultradźwiękowej?
Gliceryna, znana również jako glicerol, jest bezbarwną, bezwonną, lepką cieczą szeroko stosowaną jako rozpuszczalnik w ekstrakcji roślinnej. Jej wyjątkowe właściwości sprawiają, że szczególnie dobrze nadaje się do ekstrakcji wrażliwych związków fitochemicznych, które mogłyby ulec degradacji w bardziej agresywnych warunkach. Zdolność gliceryny do zachowania integralności związków bioaktywnych, w połączeniu z jej nietoksycznością i biodegradowalnością, czyni ją atrakcyjnym rozpuszczalnikiem dla przemysłu farmaceutycznego, kosmetycznego i spożywczego. Choć czysta gliceryna jest często stosowana jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny, miesza się ją również z wodą lub etanolem w różnych proporcjach.
Mieszaniny gliceryny z wodą: Mieszanie gliceryny z wodą zmniejsza lepkość roztworu, zwiększając efektywność kawitacji podczas ekstrakcji ultradźwiękowej. Typowa mieszanina może składać się z 50% gliceryny i 50% wody, zapewniając równowagę między lepkością a skutecznością rozpuszczalnika. To połączenie jest szczególnie skuteczne w ekstrakcji związków takich jak substancje gorzkie z korzenia goryczki, co wykazano w procesach sonikacji.
Mieszaniny gliceryny z etanolem: Dodanie etanolu do gliceryny tworzy mieszaninę rozpuszczalników o niższej lepkości i lepszych właściwościach rozpuszczających. Etanol, będący dobrym rozpuszczalnikiem wielu związków fitochemicznych, pomaga w bardziej wydajnej ekstrakcji związków, podczas gdy gliceryna zapewnia stabilność i biokompatybilność końcowego ekstraktu.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe w rozmiarach od laboratoryjnych do przemysłowych.