Solventes para extração ultra-sónica de plantas
- A extração por ultra-sons apresenta muitas vantagens, tais como rendimentos elevados, taxas de extração rápidas, respeito pelo ambiente e baixo consumo de energia.
- Um dos benefícios mais fortes é a utilização de água como meio de extração. No entanto, a sonicação pode ser utilizada com sistemas de solventes múltiplos para obter resultados superiores para o extrato pretendido.
- O solvente ideal para a extração por ultra-sons de bioactivos vegetais é escolhido em função da matéria-prima.
Extração por ultra-sons
Sabe-se que os ultra-sons perturbam as estruturas celulares e melhoram a transferência de massa, aumentando assim a capacidade de extração de biocompostos (por exemplo, fenólicos, carotenóides).
Uma vez que os efeitos mecânicos da sonicação melhoram consideravelmente o processo de extração devido a uma melhor transferência de massa, a utilização de solventes orgânicos é frequentemente supérflua. Isto significa que, para a extração por ultra-sons, a água é muitas vezes um meio de extração suficiente que tem muitas vantagens, como ser barato, não perigoso, facilmente disponível e amigo do ambiente.
No entanto, para compostos bioactivos específicos, os melhores resultados podem ser obtidos por extração ultra-sónica em combinação com um solvente volátil.
Para escolher o solvente correto, é necessário ter em conta a matéria-prima (por exemplo, material vegetal fresco ou seco, macerado/moído ou em pó) e as substâncias visadas (por exemplo, lipofílicas, hidrofílicas).
A glicerina vegetal é um solvente de extração ideal devido às suas propriedades não tóxicas e não irritantes e à sua capacidade de preservar a estabilidade e a potência de compostos bioactivos sensíveis. Tanto a glicerina pura como as misturas de glicerina e água são solventes úteis para a produção de extractos para suplementos e nutracêuticos, extractos de aromas, aditivos alimentares e cosméticos.
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A tabela seguinte enumera vários solventes, que são solventes de extração bem estabelecidos e são utilizados para a extração ultra-sónica de material vegetal.
| etanol | Um dos solventes mais comuns para extração botânica. Sendo um solvente polar, o etanol dissolve compostos polares, como alcalóides e flavonóides. |
| Água | O solvente universal, frequentemente utilizado para a extração de compostos hidrofílicos como os polissacáridos, as proteínas e alguns glicósidos. |
| etanol aquoso | Uma mistura de etanol e água, este solvente pode extrair uma vasta gama de compostos polares e moderadamente polares, proporcionando um equilíbrio entre o poder solvente do etanol e a capacidade da água para extrair compostos hidrofílicos. O etanol aquoso pode ser preparado em diferentes proporções, ajustando a capacidade de dissolução aos compostos-alvo. |
| glicerina | Um solvente altamente polar que é útil para a extração de compostos polares e pode ser uma alternativa mais segura a outros solventes polares, frequentemente utilizado em tinturas e extractos destinados a consumo interno. Leia mais sobre a extração de fitoquímicos em glicerina utilizando a sonicação! |
| metanol | Um solvente altamente polar eficaz na extração de uma vasta gama de compostos vegetais, incluindo fenólicos, flavonóides e alguns alcalóides. |
| Hexano | Um solvente não polar utilizado principalmente para extrair compostos não polares, como lípidos, ceras e óleos essenciais. |
| Acetona | Sendo um solvente polar aprótico, a acetona é eficaz na extração de uma vasta gama de compostos botânicos, particularmente aqueles que são menos polares do que os extraídos pela água ou pelo metanol. |
| Isopropanol | Um solvente polar semelhante ao etanol, normalmente utilizado para a extração de óleos essenciais, resinas e alguns alcalóides. |
| Clorofórmio | Um solvente não polar eficaz na extração de alcalóides, terpenóides e alguns glicosídeos. É menos utilizado devido à sua toxicidade. |
| Acetato de etilo | Solvente moderadamente polar utilizado para a extração de uma série de compostos, incluindo flavonóides, alcalóides e fenólicos. |
| Tolueno | Solvente não polar utilizado para a extração de compostos não polares, tais como óleos essenciais, terpenos e ceras. |
| Butanol | Solvente moderadamente polar, eficaz na extração de compostos de polaridade média, incluindo alguns glicosídeos e saponinas. |
| Éter de petróleo | Um solvente não polar utilizado principalmente para extrair gorduras, óleos e outros compostos não polares de materiais vegetais. |
As potentes ondas de ultra-sons rompem a matriz celular das estruturas biológicas e libertam os compostos bioactivos. A transferência de massa entre o material vegetal e o solvente é intensificada. Devido a estes mecanismos, a extração ultra-sónica é altamente eficiente para a extração botânica.
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Ultrasonicadores para extração
Desde dispositivos ultra-sónicos de laboratório e de bancada até sistemas de extração ultra-sónica totalmente industriais – A Hielscher Ultrasonics é o seu parceiro experiente de longa data, quando se trata de dispositivos ultra-sónicos potentes e fiáveis para processos de extração bem sucedidos.
Os nossos sistemas de ultra-sons são amplamente utilizados em laboratórios bioquímicos e instalações de produção farmacêutica. Os sonotrodos e os reactores ultra-sónicos são autoclaváveis e cumprem as normas da produção farmacêutica.
Os sonicadores industriais Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas para romper as matrizes celulares e libertar substâncias específicas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. O poder e a robustez dos ultrasonicators de Hielscher asseguram rendimentos elevados, taxas de extração rápidas e extração mais completa – que superam os processos de extração convencionais.
Os nossos processadores de ultra-sons podem ser combinados com métodos de extração convencionais, tais como Extração Soxhlet ou extração supercrítica de CO2. O reequipamento em linhas de produção existentes pode ser facilmente efectuado.
Literatura / 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.
Fatos, vale a pena conhecer
Extração ultra-sónica por cavitação
Ondas de ultrassom intensas geram cavitação acústica em líquidos. As forças de cisalhamento cavitacionais quebram a parede celular e as membranas, de modo que o material intracelular é libertado. A extração por ultra-sons permite uma maior penetração do solvente no tecido vegetal e melhora a transferência de massa. Deste modo, a extração por ultra-sons intensifica significativamente o processo de extração, resultando em rendimentos mais elevados, taxas de extração mais rápidas e uma extração mais completa.
Sistemas de solventes
Para a extração de compostos bioactivos de material vegetal, estão disponíveis vários sistemas de solventes. Para a extração de compostos hidrofílicos, são escolhidos sobretudo solventes polares, como o metanol, o etanol ou o acetato de etilo, enquanto que para a extração de compostos lipofílicos (por exemplo, lípidos) são preferidos sistemas de solventes como o diclorometano ou o diclorometano/metanol (v/v 1:1). O hexano é frequentemente utilizado como solvente para a extração de clorofila.
O que são compostos bioactivos?
Os compostos bioactivos ou fitoquímicos são definidos como substâncias que têm impacto nos organismos vivos, tecidos ou células. As substâncias biologicamente activas incluem os antibióticos, as enzimas e as vitaminas. As substâncias bioactivas, como os carotenóides e os polifenóis, podem ser extraídas, por exemplo, de frutos, folhas e legumes, enquanto os fitoesteróis se encontram nos óleos vegetais.
Os compostos bioactivos derivados de plantas incluem os flavonóides, a cafeína, os carotenóides, a colina, as ditioltionas, os fitoesteróis, os polissacáridos, os fitoestrogénios, os glucosinolatos, os polifenóis e as antocianinas. Muitas substâncias bioactivas são valorizadas por actuarem como antioxidantes e são, por isso, consideradas benéficas para a saúde.
Como selecionar o melhor solvente de extração?
As orientações abaixo ajudam-no a selecionar um solvente adequado para a extração botânica por ultra-sons. Como a sonicação é compatível com qualquer solvente padrão, pode selecionar o solvente mais ideal para a sua matéria-prima vegetal, os fitoquímicos visados e a relação custo-eficácia.
- Seletividade: Selecionar um solvente que dissolva especificamente os compostos desejados, deixando para trás os componentes indesejados. Por exemplo, utilizar etanol para compostos polares como alcalóides e flavonóides.
- Solubilidade: Com base no princípio “o like dissolve o like,” escolher um solvente com uma polaridade semelhante à do soluto. Os solventes polares (por exemplo, água, etanol) dissolvem compostos polares, enquanto os solventes não polares (por exemplo, hexano) dissolvem compostos não polares como lípidos e óleos.
- Custo: Considerar a relação custo-eficácia do solvente. Alguns solventes podem ser mais caros, mas oferecem rendimentos mais elevados ou melhor seletividade, equilibrando o custo global da extração.
- Segurança: Assegurar que o solvente é seguro para utilização e manuseamento. Os factores incluem a toxicidade, a inflamabilidade e o impacto ambiental. Por exemplo, a água e o etanol são escolhas mais seguras em comparação com o clorofórmio ou o tolueno.
Seleção de Polaridade e Solvente
De acordo com a lei da semelhança e da intermiscibilidade, os solventes com um valor de polaridade próximo da polaridade do soluto têm provavelmente um melhor desempenho. Eis alguns exemplos:
- Solventes polares: Água, Etanol, Metanol – Utilizado para a extração de compostos polares, como alcalóides, flavonóides, glicosídeos e proteínas.
- Solventes moderadamente polares: Acetona, Acetato de Etilo, Isopropanol – Adequado para a extração de uma vasta gama de compostos, incluindo fenólicos e alguns alcalóides.
- Solventes não polares: Hexano, Tolueno, Éter de petróleo – Ideal para a extração de compostos não polares, como lípidos, ceras, terpenos e óleos essenciais.
Exemplos de utilização de solventes
- Etanol: Um dos solventes mais comuns para extração botânica. Sendo um solvente polar, o etanol dissolve compostos polares, como alcalóides e flavonóides.
- Água: O solvente universal, frequentemente utilizado para a extração de compostos hidrofílicos como os polissacáridos, as proteínas e alguns glicósidos.
- Metanol: Um solvente altamente polar eficaz na extração de uma vasta gama de compostos vegetais, incluindo fenólicos, flavonóides e alguns alcalóides.
- Hexano: Um solvente não polar utilizado principalmente para extrair compostos não polares, como lípidos, ceras e óleos essenciais.
- Acetona: Sendo um solvente polar aprótico, a acetona é eficaz na extração de uma vasta gama de compostos botânicos, particularmente aqueles que são menos polares do que os extraídos pela água ou pelo metanol.
- Isopropanol: Um solvente polar semelhante ao etanol, normalmente utilizado para a extração de óleos essenciais, resinas e alguns alcalóides.
- Clorofórmio: Um solvente não polar eficaz na extração de alcalóides, terpenóides e alguns glicosídeos. É menos utilizado devido à sua toxicidade.
- Acetato de etilo: Solvente moderadamente polar utilizado para a extração de uma série de compostos, incluindo flavonóides, alcalóides e fenólicos.
- Tolueno: Solvente não polar utilizado para a extração de compostos não polares, tais como óleos essenciais, terpenos e ceras.
- Butanol: Solvente moderadamente polar, eficaz na extração de compostos de polaridade média, incluindo alguns glicosídeos e saponinas.
- Éter de petróleo: Um solvente não polar utilizado principalmente para extrair gorduras, óleos e outros compostos não polares de materiais vegetais.
Os seguintes solventes foram testados em estudos de investigação que investigaram a extração por ultra-sons de materiais vegetais e fitoquímicos específicos.
| solvente | Planta | Tipo de tecido |
|---|---|---|
| Ácido acético / ureia / brometo de cetiltrimetilamónio | arroz | farelo |
| etanol aquoso | grão de destilaria | grãos |
| Isopropanol aquoso | soja, colza | sementes |
| etanol | Saccharina japonica | – |
| Ácido acético glacial | sorgo | – |
| Fenol | tomate / batata / aloé vera / soja | pólen / tubérculo / folha / semente |
| Fenol/acetato de amónio | cevada / banana | raiz / folha |
| Fenol/acetato de amónio | abacate / tomate / laranja / banana / pera / uva / maçã / morango | frutos |
| Fenol/metanol/acetato de amónio | coníferas / banana / maçã / batata | sementes / frutos |
| Dodecil sulfato de sódio/acetona | coníferas / batata | semente / tubérculo |
| Sulfato de dodecilo e sódio/TCA/acetona | maçã / banana | tecido |
| TCA | feijões | antera |
| TCA/acetona | citrinos / soja / aloé vera | folhas |
| TCA/acetona | soja / coníferas | sementes |
| TCA/acetona | tomate | grão de pólen |
| TCA/acetona/fenol | azeitona / bambu / uva / limão | folhas |
| TCA/acetona/fenol | maçã / laranja / tomate | frutos |
| Tioureia/ureia | soja | semente |
| Tioureia/ureia | maçã / banana | tecidos |
| Tampão Tris-HCL | tomate | grão de pólen |
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 carcinogénicos. Em caso de manuseamento incorreto, podem ser perigosos para os seres humanos e podem contaminar o ar, a água e o solo. Devido ao poderoso mecanismo de extração por ultra-sons, a utilização de solventes orgânicos pode ser evitada, substituindo-os por solventes mais suaves e não tóxicos.
