Extracție cu ultrasunete folosind solvenți eutectici profunzi

Solvenții eutectici profunzi (DES) și solvenții eutectici profunzi naturali (NADES) reprezintă agenți de extracție puternici, adaptabili și ecologici pentru produse botanice, alimente, nutraceutice, cosmetice și ingrediente farmaceutice. Sonicatoarele de tip sondă Hielscher intensifică extracția DES prin accelerarea transferului de masă, ruperea structurilor celulare vegetale și îmbunătățirea penetrării solventului – chiar și atunci când se lucrează cu sisteme de solvenți vâscoși, cum ar fi NADES pe bază de glicerol.

Fie că testați formulări pe bază de solvenți în laborator, optimizați parametrii de extracție pentru un anumit fitochimic sau treceți la producția continuă în linie, extractoarele cu ultrasunete Hielscher asigură un control reproductibil al amplitudinii, o funcționare fiabilă non-stop și o capacitate de procesare scalabilă, de la mililitri până la debite industriale.

De ce producătorii de extracte aleg Hielscher pentru extracția DES

• O eficiență sporită de extracție a polifenolilor, flavonoidelor, canabinoizilor, terpenelor, antocianinelor și a altor compuși bioactivi
• Extracție mai rapidă în comparație cu macerarea convențională și extracția cu solvent în rezervor agitat
• Compatibil cu DES, NADES, glicerină, apă, etanol și sisteme de solvenți mixți
• Prelucrarea eficientă a solvenților cu vâscozitate ridicată prin sonicare cu sondă de mare amplitudine
• Configurații cu procesare în lot, cu recirculare și cu flux continuu
• Control precis al amplitudinii, al energiei de intrare, al temperaturii și al duratei procesului
• Extindere ușoară de la testele de fezabilitate la producția pilot și la producția industrială la scară largă

De ce sonicația îmbunătățește extracția DES și NADES

Extracția cu ultrasunete de tip sondă folosind solvenți eutectici adânci și solvenți eutectici adânci naturali poate oferi mai multe avantaje pentru extracția compușilor bioactivi. Unul dintre principalele avantaje este creșterea eficienței extracției compușilor fenolici și a altor substanțe fitochimice din surse naturale. Solvenții eutectici adânci sunt cunoscuți pentru eficiența ridicată a extracției, care poate fi chiar îmbunătățită prin extracție asistată ultrasonically. Datorită non-toxicității lor, acestea sunt o opțiune excelentă de solvent pentru produsele farmaceutice și alimentare. Acest lucru face extracția cu ultrasunete folosind solvenți eutectici adânci o metodă verde și durabilă pentru recuperarea compușilor bioactivi. Utilizarea sinergetică a ultrasonication cu solvenți eutectici adânci a fost dovedit științific pentru a duce la randamente mai mari de diferiți compuși bioactivi. În general, extracția cu ultrasunete de tip sondă folosind solvenți eutectici adânci și solvenți eutectici adânci naturali oferă o abordare mai eficientă și mai ecologică a extracției compușilor bioactivi.

Extracția prin ultrasunete a antocianinelor cu DES

Antocianinele sunt pigmenți naturali valoroși și antioxidanți prezenți în morcovii negri, fructele de pădure, strugurii, porumbul violet și alte materii vegetale. Solvenții eutectici profunzi sunt foarte potriviți pentru extracția antocianinelor, deoarece rețeaua lor de legături de hidrogen poate fi ajustată pentru a corespunde cerințelor de polaritate și stabilitate ale acestor compuși coloranți. Atunci când este combinată cu ultrasonicarea de tip sondă, extracția DES devine semnificativ mai eficientă: cavitația ultrasonică perturbă structurile celulare ale plantelor, îmbunătățește penetrarea solventului și accelerează eliberarea antocianinelor în mediul de extracție. Un studiu privind antocianinele din morcovul negru, realizat cu ajutorul sonicatorului UP400St, arată că DES pe bază de clorură de colină, în special atunci când este combinat cu extracția asistată de ultrasunete, poate oferi o alternativă durabilă și eficientă la extracția convențională cu etanol sau metanol acidificat. (cf. Türker et al., 2021)

Extracția cu ultrasunete a polifenolilor cu DES

Polifenolii, inclusiv flavonoidele, acizii fenolici și compușii antioxidanți înrudiți, reprezintă molecule-țintă importante în procesele de extracție din domeniul botanic, alimentar, nutraceutic și cosmetic. Solvenții eutectici profunzi pe bază de glicerol sunt deosebit de atractivi pentru recuperarea polifenolilor, deoarece polaritatea și capacitatea lor de formare a legăturilor de hidrogen favorizează solubilizarea compușilor fenolici. Ultrasunetele de tip sondă intensifică și mai mult procesul prin creșterea transferului de masă, reducerea timpului de extracție și îmbunătățirea contactului dintre DES și matricea vegetală.
Un studiu de cercetare a utilizat un DES pe bază de glicerol și acetat de amoniu, combinat cu o extracție asistată de ultrasunete, în condiții optimizate, precum temperatura, concentrația DES și amplitudinea ultrasunetelor. Rezultatul a demonstrat că extracția ultrasonică cu DES a permis recuperarea eficientă a fenolilor totali, a flavonoidelor și a activității antioxidante din fructele de chinaberry, demonstrând potențialul extracției ultrasonice folosind DES ca metodă ecologică de extracție pentru procesarea botanică industrială. (cf. Jamshed et al., 2022)

Ce sunt solvenții eutectici adânci (DES)?

Solvenții eutectici profunzi (DES) sunt amestecuri formate din cel puțin un acceptor de legături de hidrogen (HBA) și un donator de legături de hidrogen (HBD), printre care se numără acizii carboxilici și alți compuși regenerabili. Conform lui Cai et al. (2019), “Interacțiunea puternică de legătură de hidrogen dintre HBA și HBD este factorul cel mai important în formarea DES-urilor.” [Cai et al. 2019]
Pentru donatorii de legături de hidrogen, se utilizează adesea compuși precum zaharuri, aminoacizi, acizi carboxilici (de exemplu, acid benzoic, acid citric, acid succinic) sau amine (de exemplu, uree, benzamidă). Potențialul de interacțiune chimică al donatorilor de legături de hidrogen este factorii majori care contribuie la formarea și eficiența solvenților eutectici adânci. Sărurile halogenurilor, cum ar fi clorura de colină sau clorura de zinc, pot fi, de asemenea, utilizate împreună cu donatorii de legături de hidrogen. Alți solvenți eutectici profunzi pe bază de clorură de colină se formează cu acid malonic, fenol sau glicerină. Ca urmare a interacțiunilor puternice de legare a hidrogenului, punctul de topire al solvenților eutectici adânci este redus semnificativ în comparație cu componentele sale individuale. Spre deosebire de solvenții convenționali (de exemplu, etanol, metanol, hexan, butan etc.), solvenții eutectici adânci sunt nevolatili, ceea ce înseamnă că au o presiune de vapori foarte scăzută și, prin urmare, sunt greu inflamabili. Toxicitatea solvenților eutectici adânci este scăzută, biodegradabilitatea lor este ridicată, iar precursorii necesari sunt ieftini, ușor și abundenți disponibili, precum și regenerabili.
Solvenții eutectici profunzi naturali (NADES) sunt și mai ecologici, deoarece toți precursorii provin din surse naturale. Solvenții eutectici adânci oferă, de asemenea, o solvabilitate acordabilă bazată pe chimia solutului și a speciilor utilizate pentru a crea solvenți eutectici adânci. Unii solvenți eutectici profunzi naturali prezintă o vâscozitate ridicată și, prin urmare, nu sunt foarte potriviți pentru extracția în serie. Cu toate acestea, solvenții eutectici naturali adânci cu vâscozități mai mari pot fi aplicați cu succes ca solvenți în extracția cu ultrasunete.

Tabelul de mai jos prezintă câteva compoziții exemplare de solvenți eutectici naturali adânci (NADES) pentru extracția fitochimicalelor:

Cum funcționează extracția cu ultrasunete cu solvenți eutectici adânci?

Extracția cu ultrasunete se bazează pe efectele sonomechanical ale ultrasunetelor de înaltă intensitate, de joasă frecvență. Pentru a promova și intensifica extracția compușilor botanici (adică substanțe bioactive) prin ultrasonication, undele cu ultrasunete de mare putere sunt cuplate printr-o sondă cu ultrasunete (numită și corn cu ultrasunete sau sonotrode) în mediul lichid, adică suspensia constând din materia primă botanică și solventul eutectic profund (natural). Undele cu ultrasunete călătoresc prin lichid și creează cicluri alternative de joasă presiune / înaltă presiune. În timpul ciclurilor de joasă presiune, se creează bule de vid minuscule (așa-numitele bule de cavitație), care cresc pe parcursul mai multor cicluri de presiune. În timpul acestor cicluri de creștere a bulelor, gazele dizolvate în lichid intră în bula de vid, astfel încât bula de vid se transformă în bule de gaz în creștere. După ce cresc de-a lungul mai multor cicluri, bulele de vid ating o anumită dimensiune la care nu pot absorbi mai multă energie, astfel încât acestea fac implozie violentă în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Implozia bulei se caracterizează prin forțe cavitaționale intense, inclusiv temperatură și presiune foarte ridicate, ajungând până la 4000K și, respectiv, 1000atm; precum și diferențele corespunzătoare de temperatură și presiune ridicată. Aceste turbulențe generate ultrasonically și forțe de forfecare sparge celulele plantei și eliberează compușii bioactivi intracelulari în (natural) solvent eutectic profund. Extracția cu ultrasunete deschide structura celulară a plantelor și intensifică transferul de masă între materialul vegetal și solvent. Sonicare promovează astfel eficacitatea solvenților eutectici naturali adânci. Extracția cu ultrasunete cu solvenți eutectici adânci (naturali) are ca rezultat randamente excepțional de mari într-un timp de procesare foarte scurt.

Undele cu ultrasunete de putere perturbă structura celulară a plantelor, eliberează compușii bioactivi și promovează transferul de masă între materialul vegetal și solvent (de exemplu, solvenți eutectici adânci).

Combinația de extracție cu ultrasunete cu solvenți eutectici adânci (naturali) vă oferă posibilitatea de a combina puterea de intensificare a procesului de ultrasunete cu efectele remarcabile de solubilizare și designabilitatea remarcabilă a solvenților eutectici adânci. Datorită eficienței superioare a extracției cu ultrasunete, Ultrasonicators sunt, de asemenea, utilizate cu succes pentru extracția apei.
Contactați-ne acum pentru a afla mai multe despre aplicația puternică de extracție cu ultrasunete folosind solvenți eutectici adânci!

Extractoare cu ultrasunete pentru extracția DES în laborator, la scară pilot și la scară industrială

Extracția cu ultrasunete este o tehnologie de prelucrare fiabilă, care facilitează și accelerează producția de extracte de înaltă calitate din diverse botanice, precum și orice solvent. Extracția cu ultrasunete este extrem de compatibilă cu solvenții eutectici adânci (naturali), care sunt favorabili datorită puterii lor excelente de solubilizare, designabilității extractului, durabilității, biodegradabilității și ecologiei. Combinația dintre intensificarea procesului ultrasunetelor de putere cu avantajele solvenților eutectici (naturali) adânci conferă acestei tehnologii de proces superioritate pe mai multe niveluri. Hielscher Ultrasonics portofoliu acoperă întreaga gamă de la ultrasonicators de laborator compact la sisteme industriale de extracție. Toate acestea sunt, desigur, potrivite pentru extracția cu solvenți eutectici adânci.
Personalul nostru cu experiență îndelungată vă va ajuta de la testele de fezabilitate și optimizarea procesului la instalarea sistemului cu ultrasunete la nivelul final de producție.