Solventes para a extração ultrassónica de plantas

• A extração ultrassónica apresenta muitas vantagens, como rendimentos elevados, velocidades de extração elevadas, respeito pelo ambiente e baixo consumo de energia.
• Uma das maiores vantagens é a utilização de água como meio de extração. No entanto, a sonicação pode ser utilizada com diversos sistemas de solventes para proporcionar resultados superiores para o extrato pretendido.
• O solvente ideal para a extração ultrassónica de compostos bioativos vegetais é escolhido em função da matéria-prima.

Extração ultrassónica

Os ultrassons são bem conhecidos pela sua capacidade de romper estruturas celulares e melhorar a transferência de massa, aumentando assim a capacidade de extração de biocompostos (por exemplo, compostos fenólicos e carotenoides).
Como os efeitos mecânicos da sonicação melhoram consideravelmente o processo de extração através de uma melhor transferência de massa, a utilização de solventes orgânicos é frequentemente supérflua. Isto significa que, para a extração ultrassónica, a água é frequentemente um meio de extração suficiente, com muitas vantagens, como ser económica, não perigosa, facilmente disponível e respeitadora do ambiente.
No entanto, para determinados compostos bioativos, os melhores resultados podem ser obtidos através da extração ultrassónica em combinação com um solvente volátil.
Para escolher o solvente adequado, é necessário considerar a matéria-prima (por exemplo, material vegetal fresco ou seco, macerado/moído ou em pó) e as substâncias pretendidas (por exemplo, lipofílicas ou hidrofílicas).
 

A tabela seguinte apresenta vários solventes de extração bem estabelecidos, utilizados para a extração ultrassónica de material vegetal.

Ondas ultrassónicas potentes rompem a matriz celular das estruturas biológicas e libertam os compostos bioativos. A transferência de massa entre o material vegetal e o solvente é intensificada. Devido a estes mecanismos, a extração ultrassónica é altamente eficiente na extração de compostos vegetais.

Sonicadores para extração

Desde dispositivos ultrassónicos de laboratório e de bancada até sistemas de extração ultrassónica à escala totalmente industrial – a Hielscher Ultrasonics é o seu parceiro com muitos anos de experiência em dispositivos ultrassónicos potentes e fiáveis para processos de extração bem-sucedidos.
Os nossos sistemas ultrassónicos são amplamente utilizados em laboratórios de bioquímica e unidades de produção farmacêutica. Os sonotrodos e reatores ultrassónicos podem ser esterilizados em autoclave e cumprem as normas de produção farmacêutica.

Os sonicadores industriais Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas para romper matrizes celulares e libertar as substâncias pretendidas. É possível manter facilmente amplitudes de até 200µm de forma contínua em funcionamento 24/7. A potência e a robustez dos sonicadores Hielscher garantem rendimentos elevados, velocidades de extração elevadas e uma extração mais completa – superando os processos de extração convencionais.
Os nossos processadores ultrassónicos podem ser combinados com métodos de extração convencionais, como a extração Soxhlet ou a extração com CO2 supercrítico. A integração em linhas de produção existentes pode ser realizada facilmente.

Bibliografia / Referências

• 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.

Informações úteis

Extração ultrassónica por cavitação

Ondas ultrassónicas intensas geram cavitação acústica em líquidos. As forças de cisalhamento geradas pela cavitação rompem a parede celular e as membranas, libertando o material intracelular. A extração ultrassónica permite uma maior penetração do solvente no tecido vegetal e melhora a transferência de massa. Assim, a extração ultrassónica intensifica significativamente o processo de extração, resultando em rendimentos mais elevados, velocidades de extração superiores e uma extração mais completa.

Sistemas de solventes

Estão disponíveis vários sistemas de solventes para a extração de compostos bioativos de material vegetal. Para a extração de compostos hidrofílicos, escolhem-se sobretudo solventes polares, como metanol, etanol ou acetato de etilo, enquanto para a extração de compostos lipofílicos (por exemplo, lípidos) se preferem sistemas de solventes como diclorometano ou diclorometano/metanol (v/v 1:1). O hexano é frequentemente utilizado como solvente para a extração de clorofila.

O que são compostos bioativos?

Os compostos bioativos ou fitoquímicos são definidos como substâncias que têm impacto nos organismos vivos, tecidos ou células. As substâncias biologicamente ativas incluem antibióticos, enzimas e vitaminas. As substâncias bioativas, como carotenoides e polifenóis, podem ser extraídas, por exemplo, de frutos, folhas e produtos hortícolas, enquanto os fitoesteróis se encontram nos óleos vegetais.
Os compostos bioativos de origem vegetal incluem flavonoides, cafeína, carotenoides, colina, ditioltionas, fitoesteróis, polissacáridos, fitoestrogénios, glucosinolatos, polifenóis e antocianinas. Muitas substâncias bioativas são valorizadas pela sua ação antioxidante e, por isso, são consideradas benéficas para a saúde.

Como seleciono o melhor solvente de extração?

As orientações abaixo ajudam a selecionar um solvente adequado para a extração ultrassónica de compostos vegetais. Como a sonicação é compatível com qualquer solvente convencional, pode selecionar o solvente mais adequado à sua matéria-prima vegetal, aos compostos fitoquímicos pretendidos e à eficiência económica.

• Seletividade: Selecione um solvente que dissolva especificamente os compostos desejados, deixando os componentes indesejados por extrair. Por exemplo, utilize etanol para compostos polares, como alcaloides e flavonoides.
• Solubilidade: Com base no princípio «semelhante dissolve semelhante», escolha um solvente com uma polaridade semelhante à do soluto. Os solventes polares (por exemplo, água e etanol) dissolvem compostos polares, enquanto os solventes apolares (por exemplo, hexano) dissolvem compostos apolares, como lípidos e óleos.
• Custo: Considere a relação custo-eficácia do solvente. Alguns solventes podem ser mais caros, mas proporcionar rendimentos mais elevados ou melhor seletividade, equilibrando o custo global da extração.
• Segurança: Certifique-se de que o solvente é seguro para utilização e manuseamento. Os fatores a considerar incluem a toxicidade, a inflamabilidade e o impacto ambiental. Por exemplo, a água e o etanol são opções mais seguras em comparação com o clorofórmio ou o tolueno.

Polaridade e seleção do solvente
De acordo com a lei da semelhança e da miscibilidade mútua, os solventes com um valor de polaridade próximo da polaridade do soluto tendem a apresentar um melhor desempenho. Eis alguns exemplos:

• Solventes polares: Água, etanol, metanol – utilizados para extrair compostos polares, como alcaloides, flavonoides, glicósidos e proteínas.
• Solventes moderadamente polares: Acetona, acetato de etilo, isopropanol – adequados para extrair uma ampla gama de compostos, incluindo compostos fenólicos e alguns alcaloides.
• Solventes apolares: Hexano, tolueno, éter de petróleo – ideais para extrair compostos apolares, como lípidos, ceras, terpenos e óleos essenciais.

Exemplos de utilização de solventes

• Etanol: Um dos solventes mais comuns para a extração de compostos vegetais. Como solvente polar, o etanol dissolve compostos polares, como alcaloides e flavonoides.
• Água: O solvente universal, frequentemente utilizado para extrair compostos hidrofílicos, como polissacáridos, proteínas e alguns glicósidos.
• Metanol: Um solvente altamente polar, eficaz na extração de uma ampla gama de compostos vegetais, incluindo compostos fenólicos, flavonoides e alguns alcaloides.
• Hexano: Um solvente apolar utilizado principalmente para extrair compostos apolares, como lípidos, ceras e óleos essenciais.
• Acetona: Um solvente polar aprótico, a acetona é eficaz na extração de uma ampla gama de compostos vegetais, particularmente os que são menos polares do que os extraídos por água ou metanol.
• Isopropanol: Um solvente polar semelhante ao etanol, habitualmente utilizado para extrair óleos essenciais, resinas e alguns alcaloides.
• Clorofórmio: Um solvente apolar eficaz na extração de alcaloides, terpenoides e alguns glicósidos. É utilizado com menor frequência devido à sua toxicidade.
• Acetato de etilo: Um solvente moderadamente polar utilizado para extrair uma gama de compostos, incluindo flavonoides, alcaloides e compostos fenólicos.
• Tolueno: Um solvente apolar utilizado para extrair compostos apolares, como óleos essenciais, terpenos e ceras.
• Butanol: Um solvente moderadamente polar eficaz na extração de compostos de polaridade intermédia, incluindo alguns glicósidos e saponinas.
• Éter de petróleo: Um solvente apolar utilizado principalmente para extrair gorduras, óleos e outros compostos apolares de materiais vegetais.

Os solventes seguintes foram testados em estudos de investigação sobre a extração ultrassónica de materiais vegetais e compostos fitoquímicos específicos.

O que são solventes orgânicos?

Um solvente orgânico é um tipo de composto orgânico volátil (COV). Os COV são substâncias químicas orgânicas que se vaporizam à temperatura ambiente.
Os compostos orgânicos utilizados como solventes incluem:

• compostos aromáticos, por exemplo, benzeno e tolueno
• álcoois, por exemplo, metanol
• ésteres e éteres
• cetonas, por exemplo, acetona
• aminas
• hidrocarbonetos nitrados e halogenados

Muitos solventes orgânicos são classificados como tóxicos ou cancerígenos. Em caso de manuseamento incorreto, podem ser perigosos para os seres humanos e contaminar o ar, a água e o solo. Devido ao potente mecanismo da extração ultrassónica, a utilização de solventes orgânicos pode ser evitada, substituindo-os por solventes mais suaves e não tóxicos.