O método de extração mais eficiente para matérias-primas botânicas

Procura um sistema de extração potente e fiável para produzir extratos botânicos de elevada qualidade? Aqui pode encontrar uma comparação de técnicas de extração comuns, incluindo a extração ultrassónica, a extração com CO2 supercrítico, a extração com etanol e a maceração, entre outras, bem como as suas vantagens e desvantagens.

Extração botânica com ultrassons em comparação com técnicas alternativas

A extração de matérias-primas botânicas pode ser realizada através de várias técnicas. Contudo, a eficiência, o rendimento e a qualidade do extrato são fortemente influenciados pelo método e pelo protocolo de extração utilizados. A maceração, a extração com CO2 supercrítico, a percolação e a extração Soxhlet são métodos de extração comuns que frequentemente proporcionam resultados de extração insuficientes.
A extração baseada em ultrassons é uma técnica sofisticada de isolamento que supera os métodos de extração tradicionais em vários aspetos.
A extração baseada em ultrassons com uma sonda ultrassónica é um método altamente eficaz para extrair compostos de plantas e de outros materiais. Em comparação com outros métodos, como a maceração, a extração com CO2, a percolação e a extração por micro-ondas, a extração com sonda ultrassónica destaca-se por várias vantagens:

• Extração mais rápida: A extração com sonda ultrassónica permite extrair compostos muito mais rapidamente do que a maceração e a percolação. Isto deve-se ao facto de as ondas ultrassónicas criarem bolhas de cavitação no solvente, que geram microchoques que ajudam a romper as paredes celulares e a libertar os compostos mais rapidamente.
• Maior rendimento: A extração com sonda ultrassónica permite obter um maior rendimento de compostos do que a maceração, a extração com CO2 e a percolação. Isto deve-se ao facto de as ondas ultrassónicas ajudarem a libertar mais compostos-alvo do material que está a ser submetido à extração.
• Mais eficiente: A extração com sonda ultrassónica é mais eficiente do que a maceração, a extração com CO2, a percolação e os extratores Soxhlet, uma vez que requer menos solvente para extrair a mesma quantidade de compostos. Isto deve-se ao facto de as ondas ultrassónicas ajudarem a aumentar a solubilidade dos compostos-alvo no solvente.
• Versatilidade: A extração com sonda ultrassónica pode ser utilizada para extrair uma vasta gama de compostos de diversos materiais, incluindo compostos hidrofílicos e hidrofóbicos. Isto significa que os ultrassons também são excelentes para a produção de extratos de espetro completo.
• Baixo custo: A extração com sonda ultrassónica é geralmente menos dispendiosa do que a extração com CO2, a percolação, a maceração e a extração Soxhlet, uma vez que não requer equipamentos de alta pressão nem trabalho moroso.
• Respeitadora do ambiente: As sondas ultrassónicas permitem uma extração respeitadora do ambiente, uma vez que requer menos solvente e energia em comparação com outros métodos e produz menos resíduos. Embora a sonicação seja compatível com quaisquer solventes, a elevada eficiência dos sonicadores permite evitar, em grande medida, os solventes tóxicos. O etanol, o etanol aquoso e a água são excelentes solventes para a extração botânica ultrassónica.

Em comparação com as técnicas tradicionais de extração botânica, a extração com sonda ultrassónica oferece vantagens significativas, o que explica a ampla utilização da extração por ultrassons para numerosos compostos bioativos de plantas.

Obtenção de extratos de elevada qualidade a partir de matérias-primas botânicas

Para obter extratos botânicos de elevada qualidade, não só a matéria-prima (material vegetal) é essencial, como também a técnica de extração aplicada é crucial. Os extratos vegetais são sensíveis à temperatura, o que significa que são degradados pelo calor. Por conseguinte, é crucial escolher um método de extração não térmico.
A seleção do solvente de extração é outro fator importante que influencia a qualidade do extrato. Solventes como o hexano, o metanol, o butano e outros produtos químicos agressivos podem contaminar o extrato. Embora os solventes sejam removidos após a extração, podem ser encontradas quantidades vestigiais de solventes tóxicos no extrato final. A água, o álcool, o etanol, a glicerina ou os óleos vegetais são solventes seguros, não tóxicos e aprovados pela FDA para consumo.

Protocolo passo a passo de extração botânica com uma sonda ultrassónica

Como se extraem compostos bioativos de plantas utilizando ultrassons de sonda? Abaixo encontra instruções passo a passo para a extração de fitoquímicos e compostos bioativos de material vegetal, como folhas, pétalas, corpos frutíferos, caules, raízes ou rizomas!

1. Primeiro, o material vegetal é moído ou cortado em pequenos pedaços para aumentar a área de superfície disponível para a extração.
2. Em seguida, o material vegetal é misturado com um solvente (como etanol ou água) para extrair os polifenóis.
3. Utilizam-se depois ultrassons de sonda para auxiliar o processo de extração, aplicando à mistura ondas ultrassónicas de alta intensidade e baixa frequência, a aprox. 20kHz. Isto provoca cavitação acústica e uma vibração rápida do solvente, que promove a desintegração e a rutura das células vegetais e a libertação de substâncias bioativas, como polifenóis, flavonoides e vitaminas.
4. A mistura é depois filtrada para separar o material vegetal sólido do líquido que contém os compostos bioativos extraídos.
5. O líquido é depois evaporado ou submetido a processamento adicional para remover o solvente e concentrar as moléculas bioativas.
6. O produto final é um extrato rico em compostos bioativos que pode ser utilizado em várias aplicações, como suplementos alimentares, alimentos funcionais e cosméticos.

Nota: Esta é uma visão geral do processo, e as condições específicas (solvente, proporção entre material vegetal e solvente, tempo de extração, potência ultrassónica, etc.) podem variar consoante a origem vegetal e o teor desejado de substâncias bioativas.

Como funciona a extração ultrassónica?

A extração ultrassónica baseia-se no princípio de funcionamento da cavitação acústica ultrassónica e é um tratamento puramente mecânico. À semelhança de um misturador de alto cisalhamento, um sonicador apenas cria forças mecânicas de cisalhamento no meio de processamento. A extração ultrassónica em si é uma técnica de extração não térmica e sem produtos químicos.
O que é a cavitação acústica? – A cavitação acústica ou ultrassónica ocorre quando ondas ultrassónicas de alta potência e baixa frequência são acopladas a uma suspensão constituída por material botânico num líquido (solvente). As ondas ultrassónicas de alta potência são acopladas à suspensão botânica através de um processador ultrassónico de sonda. As ondas ultrassónicas altamente energéticas propagam-se pelo líquido, criando ciclos alternados de alta pressão / baixa pressão, o que resulta no fenómeno de cavitação acústica. A cavitação acústica ou ultrassónica provoca localmente condições extremas, como diferenciais de pressão muito elevados e forças de cisalhamento elevadas. Quando as bolhas de cavitação implodem na superfície de sólidos (como partículas, células vegetais, tecidos, etc.), os microjatos e as colisões entre partículas geram efeitos como a fragmentação de partículas, a sonoporação (a perfuração das paredes celulares e das membranas celulares) e a rutura celular. Além disso, a implosão das bolhas de cavitação em meios líquidos cria turbulência e agitação, o que promove a transferência de massa entre o interior da célula e o solvente circundante. A irradiação ultrassónica é uma forma altamente eficiente de intensificar os processos de transferência de massa, uma vez que a sonicação resulta em cavitação e nos mecanismos associados, como micromovimentos provocados por jatos de líquido, compressão e descompressão no material, com a subsequente rutura das paredes celulares.
Dependendo da matéria-prima, o processo de extração ultrassónica pode exigir intensidades elevadas, por exemplo, para romper células vegetais rígidas ou material com elevado teor de celulose. Os sonicadores de sonda podem gerar amplitudes muito elevadas, o que é necessário para gerar cavitação de forte impacto. A Hielscher Ultrasonic fabrica extratores ultrassónicos de alto desempenho, que podem facilmente criar amplitudes de 200µm em funcionamento contínuo 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, a Hielscher oferece sonotrodos (sondas) específicos de alta amplitude.
Utilizam-se reatores ultrassónicos e células de fluxo pressurizáveis para intensificar a cavitação. Com o aumento da pressão, a cavitação e as forças de cisalhamento geradas pela cavitação tornam-se mais destrutivas, melhorando assim os efeitos da extração ultrassónica.

Extraia fitoquímicos e compostos bioativos com sonicação

A extração ultrassónica é utilizada para libertar e isolar uma grande variedade de compostos bioativos (os chamados fitoquímicos) de matérias-primas botânicas.
A lista abaixo apresenta uma breve visão geral dos fitoquímicos extraídos por ultrassons:

• CBD e outros canabinoides da canábis e do cânhamo
• Terpenos
• Gengibre
• Alecrim
• Capsaicina de malaguetas
• Cafeína de grãos de café
• Astaxantina de algas
• Alicina do alho
• Catequinas (EGEC) do chá
• Própolis
• Elagitaninos da romã
• Extratos de plantas ayurvédicas
• Nicotina do tabaco
• Óleos essenciais
• Fitoquímicos da urtiga
• Pectinas de cascas de citrinos
• Polifenóis da casca de manga
• Taraxacina e taraxasterol do dente-de-leão

Solventes para extração ultrassónica

A extração ultrassónica é compatível com quase qualquer solvente. O etanol, a água, as misturas de etanol/água, a glicerina e os óleos vegetais são os solventes mais utilizados para a extração de compostos bioativos de matérias-primas botânicas, uma vez que são considerados seguros para consumo e são fáceis de utilizar.
Leia mais sobre os solventes utilizados na extração ultrassónica!

As vantagens da extração ultrassónica com etanol

O etanol é um dos solventes mais utilizados na extração ultrassónica devido à sua segurança (aprovado pela FDA para consumo), à sua eficácia e à sua ampla capacidade de dissolução. A extração ultrassónica com etanol supera outros solventes e outras tecnologias de extração em termos de eficiência de custos, escalabilidade linear, simplicidade e segurança.
A eficácia superior do etanol como solvente está relacionada com a sua composição química, constituída por uma cadeia hidrocarbonada e um único grupo hidroxilo. Esta composição química permite ao etanol dissolver e extrair um espetro muito vasto de substâncias, incluindo polifenóis, flavonoides, terpenos, canabinoides e lípidos (óleos).
Por exemplo, a extração ultrassónica de canabinoides com etanol não requer winterização (remoção de ceras), uma etapa necessária noutros métodos de extração, como a extração com CO2, para remover as ceras.

A extração com etanol apresenta efeitos diferentes consoante a temperatura do etanol. O etanol aquecido é frequentemente utilizado para produzir extratos de espetro completo, valorizados pelo seu efeito de comitiva. Por outro lado, utiliza-se preferencialmente etanol gelado para produzir destilados de plantas ou de canábis. A extração com etanol gelado não requer filtração subsequente. Como a extração ultrassónica é um tratamento não térmico, pode ser utilizada com etanol quente/morno ou arrefecido/gelado. Os reatores ultrassónicos com camisa ajudam a manter a temperatura de processamento desejada durante o tratamento. O controlo digital e o software inteligente do sonicador monitorizam a temperatura de processamento através de sensores de temperatura conectáveis e podem ser programados para parar ou interromper temporariamente o tratamento de extração quando a temperatura do meio sai de um determinado intervalo.

Compre o equipamento de extração ultrassónica mais eficiente!

Os sistemas de extração de alto desempenho da Hielscher Ultrasonics estão disponíveis para qualquer escala, desde pequenos sistemas de laboratório e sistemas de escala piloto intermédia até à produção totalmente industrial de várias toneladas por hora. Dependendo da capacidade de processamento, os extratores ultrassónicos Hielscher podem ser utilizados por lotes ou em modo contínuo em linha. A escolha do solvente cabe-lhe a si, uma vez que os sonicadores Hielscher podem ser utilizados em combinação com qualquer solvente. Todos os dispositivos de extração ultrassónica são simples e seguros de utilizar. Em função da sua matéria-prima, das capacidades do processo e do objetivo de produção, a Hielscher oferece-lhe o sonicador mais adequado.
Os processos de extração ultrassónica são influenciados pela matéria-prima, pelo solvente e pela capacidade de processamento. Estão disponíveis diversos acessórios, como sonotrodos (sondas) de vários tamanhos e formas, amplificadores mecânicos de amplitude, células de fluxo com diversos volumes e geometrias, sensores de temperatura e pressão conectáveis e muitos outros dispositivos, para montar o sistema ultrassónico ideal para o seu processo de extração.
O controlo do processo é crucial para obter resultados reprodutíveis. Por isso, todos os modelos digitais estão equipados com software inteligente que lhe permite ajustar, monitorizar e rever os parâmetros de extração. Graças ao controlo preciso da amplitude, do tempo de sonicação e dos ciclos de funcionamento, podem obter-se resultados de processo ótimos, como um rendimento superior e a mais elevada qualidade do extrato. O registo automático dos dados do processo de sonicação constitui a base para a normalização do processo e para a reprodutibilidade / repetibilidade, exigidas pelas Boas Práticas de Fabrico (GMP).

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos sonicadores: