Extracția cu ultrasunete cu solvenți eutectici profunzi

Solvenții eutectici profunzi (DES) și solvenții eutectici profunzi naturali (NADES) sunt medii de extracție puternice, ajustabile și ecologice pentru materii vegetale, alimente, nutraceutice, cosmetice și ingrediente farmaceutice. Sonicatoarele cu sondă Hielscher intensifică extracția cu DES prin accelerarea transferului de masă, dezintegrarea structurilor celulare vegetale și îmbunătățirea penetrării solventului – chiar și atunci când se lucrează cu sisteme de solvenți vâscoase, precum NADES pe bază de glicerol.

Fie că efectuați screeningul formulărilor de solvenți în laborator, optimizați parametrii de extracție pentru un anumit compus fitochimic sau treceți la producția continuă inline, extractoarele cu ultrasunete Hielscher oferă control reproductibil al amplitudinii, funcționare robustă 24/7 și procesare scalabilă de la mililitri până la debite industriale.

De ce aleg producătorii de extracte Hielscher pentru extracția cu DES

• Eficiență de extracție mai mare pentru polifenoli, flavonoide, canabinoide, terpene, antociani și alți compuși bioactivi
• Extracție mai rapidă comparativ cu macerarea convențională și extracția cu solvenți în rezervoare cu agitare
• Compatibilitate cu DES, NADES, glicerină, apă, etanol și sisteme de solvenți mixte
• Procesare eficientă a solvenților cu vâscozitate ridicată prin sonicare cu sondă la amplitudine mare
• Configurații în șarjă, cu recirculare și în flux continuu
• Control precis al amplitudinii, aportului de energie, temperaturii și duratei procesului
• Scalare ușoară de la testele de fezabilitate la producția pilot și la producția industrială completă

De ce îmbunătățește sonicarea extracția cu DES și NADES

Extracția cu ultrasunete cu sondă folosind solvenți eutectici profunzi și solvenți eutectici profunzi naturali poate oferi mai multe avantaje pentru extracția compușilor bioactivi. Unul dintre principalele avantaje este eficiența crescută a extracției compușilor fenolici și a altor fitochimicale din surse naturale. Solvenții eutectici profunzi sunt cunoscuți pentru eficiența lor ridicată de extracție, care poate fi îmbunătățită și mai mult prin extracția asistată de ultrasunete. Datorită netoxicității lor, aceștia reprezintă o opțiune excelentă de solvent pentru produsele farmaceutice și alimentare. Acest lucru face din extracția cu ultrasunete folosind solvenți eutectici profunzi o metodă verde și sustenabilă pentru recuperarea compușilor bioactivi. S-a dovedit științific că utilizarea sinergică a ultrasonicării cu solvenți eutectici profunzi conduce la randamente mai mari ale diverșilor compuși bioactivi. În ansamblu, extracția cu ultrasunete cu sondă folosind solvenți eutectici profunzi și solvenți eutectici profunzi naturali oferă o abordare mai eficientă și mai ecologică a extracției compușilor bioactivi.

Extracția cu ultrasunete a antocianilor cu DES

Antocianii sunt pigmenți naturali și antioxidanți valoroși care se găsesc în morcovii negri, fructele de pădure, struguri, porumbul mov și alte materiale vegetale. Solvenții eutectici profunzi sunt foarte potriviți pentru extracția antocianilor, deoarece rețeaua lor de legături de hidrogen poate fi ajustată pentru a corespunde cerințelor de polaritate și stabilitate ale acestor compuși coloranți. În combinație cu ultrasonicarea cu sondă, extracția cu DES devine semnificativ mai eficientă: cavitația ultrasonică dezintegrează structurile celulare vegetale, îmbunătățește penetrarea solventului și accelerează eliberarea antocianilor în mediul de extracție. Un studiu privind antocianii din morcovul negru, realizat cu sonicatorul UP400St, arată că DES pe bază de clorură de colină, în special atunci când sunt combinați cu extracția asistată de ultrasunete, pot oferi o alternativă sustenabilă și eficientă la extracția convențională cu etanol sau metanol acidifiat. (cf. Türker et al., 2021)

Extracția cu ultrasunete a polifenolilor cu DES

Polifenolii, inclusiv flavonoidele, acizii fenolici și compușii antioxidanți înrudiți, sunt molecule țintă importante în extracția botanică, alimentară, nutraceutică și cosmetică. Solvenții eutectici profunzi pe bază de glicerol sunt deosebit de atractivi pentru recuperarea polifenolilor, deoarece polaritatea și capacitatea lor de a forma legături de hidrogen favorizează solubilizarea compușilor fenolici. Ultrasunetele aplicate cu 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 glicerol-acetat de amoniu cu extracție asistată de ultrasunete, în condiții de parametri optimizați, precum temperatura, concentrația DES și amplitudinea ultrasonică. Rezultatul a arătat 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 cu ultrasunete folosind DES ca metodă de extracție verde pentru procesarea industrială a materiilor vegetale. (cf. Jamshed et al., 2022)

Ce sunt solvenții eutectici profunzi (DES)?

Solvenții eutectici profunzi (DESs) sunt amestecuri de cel puțin un acceptor de legături de hidrogen (HBA) și un donor de legături de hidrogen (HBD), inclusiv acizi carboxilici și alți compuși regenerabili. Conform Cai et al. (2019), „interacțiunea puternică prin legături de hidrogen dintre HBA și HBD este cel mai important factor pentru formarea DESs.” [Cai et al. 2019]
Ca donori de legături de hidrogen se utilizează adesea compuși precum zaharuri, aminoacizi, acizi carboxilici (de ex., acid benzoic, acid citric, acid succinic) sau amine (de ex., uree, benzamidă). Potențialul de interacțiune chimică al donorilor de legături de hidrogen este principalul factor care contribuie la formarea și eficiența solvenților eutectici profunzi. Sărurile halogenate, precum clorura de colină sau clorura de zinc, pot fi utilizate, de asemenea, împreună cu donorii 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 prin legături de hidrogen, punctul de topire al solvenților eutectici profunzi este semnificativ mai scăzut comparativ cu cel al componentelor individuale. Spre deosebire de solvenții convenționali (de ex., etanol, metanol, hexan, butan etc.), solvenții eutectici profunzi sunt nevolatili, ceea ce înseamnă că au o presiune de vapori foarte scăzută și sunt, prin urmare, greu inflamabili. Toxicitatea solvenților eutectici profunzi este scăzută, biodegradabilitatea lor este ridicată, iar precursorii necesari sunt ieftini, ușor accesibili și disponibili din abundență, precum și regenerabili.
Solvenții eutectici profunzi naturali (NADES) sunt și mai ecologici, deoarece toți precursorii provin din surse naturale. Solvenții eutectici profunzi oferă, de asemenea, o putere de solvatare ajustabilă, în funcție de chimia substanței dizolvate și de speciile utilizate pentru obținerea solvenților eutectici profunzi. Unii solvenți eutectici profunzi naturali prezintă o vâscozitate ridicată și, prin urmare, nu sunt foarte potriviți pentru extracția în șarjă. Totuși, solvenții eutectici profunzi naturali cu vâscozități mai mari pot fi aplicați cu succes ca solvenți în extracția cu ultrasunete în flux continuu.

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

Cum funcționează extracția cu ultrasunete cu solvenți eutectici profunzi?

Extracția cu ultrasunete se bazează pe efectele sonomecanice ale ultrasunetelor de intensitate ridicată și frecvență joasă. Pentru a favoriza și intensifica extracția compușilor botanici (adică a substanțelor bioactive) prin ultrasonicare, undele ultrasonice de mare putere sunt cuplate printr-o sondă ultrasonică (denumită și sonotrodă) în mediul lichid, adică în suspensia formată din materia primă vegetală și solventul eutectic profund (natural). Undele ultrasonice se propagă prin lichid și creează cicluri alternante de joasă presiune / înaltă presiune. În timpul ciclurilor de joasă presiune se formează 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 pătrund în bula de vid, astfel încât bulele de vid se transformă în bule de gaz în creștere. După ce au crescut pe parcursul mai multor cicluri, bulele de vid ating o anumită dimensiune la care nu mai pot absorbi energie, astfel încât implodează violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Implozia bulelor se caracterizează prin forțe de cavitație intense, inclusiv temperaturi și presiuni foarte ridicate, care ating până la 4000K și, respectiv, 1000atm, precum și diferențe corespunzătoare mari de temperatură și presiune. Aceste turbulențe și forțe de forfecare generate ultrasonic distrug celulele vegetale și eliberează compușii bioactivi intracelulari în solventul eutectic profund (natural). Extracția cu ultrasunete deschide structura celulară a materiilor vegetale și intensifică transferul de masă dintre materialul vegetal și solvent. Astfel, sonicarea sporește eficacitatea solvenților eutectici profunzi naturali. Extracția cu ultrasunete cu solvenți eutectici profunzi (naturali) conduce la randamente excepțional de ridicate într-un timp de procesare foarte scurt.

Undele ultrasonice de putere dezintegrează structura celulară a materiilor vegetale, eliberează compușii bioactivi și favorizează transferul de masă dintre materialul vegetal și solvent (de ex., solvenți eutectici profunzi).

Combinarea extracției cu ultrasunete cu solvenți eutectici profunzi (naturali) vă oferă oportunitatea de a îmbina puterea ultrasunetelor de intensificare a proceselor cu efectele remarcabile de solubilizare și cu posibilitățile excepționale de proiectare ale solvenților eutectici profunzi. Datorită eficienței superioare a extracției cu ultrasunete, ultrasonicatoarele sunt utilizate cu succes și pentru extracția cu apă.
Contactați-ne acum pentru a afla mai multe despre puternica aplicație de extracție cu ultrasunete folosind solvenți eutectici profunzi!

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

Extracția cu ultrasunete este o tehnologie de procesare fiabilă, care facilitează și accelerează producția de extracte de înaltă calitate din diverse materii vegetale, cu orice solvent. Extracția cu ultrasunete este foarte compatibilă cu solvenții eutectici profunzi (naturali), care sunt avantajoși datorită puterii lor excelente de solubilizare, posibilității de a fi proiectați în funcție de extract, sustenabilității, biodegradabilității și caracterului ecologic. Combinarea intensificării proceselor prin ultrasunete de putere cu avantajele solvenților eutectici profunzi (naturali) conferă acestei tehnologii de proces superioritate pe multe planuri. Portofoliul Hielscher Ultrasonics acoperă întreaga gamă, de la ultrasonicatoare compacte de laborator până la sisteme industriale de extracție. Toate sunt, desigur, potrivite pentru extracția cu solvenți eutectici profunzi.
Personalul nostru cu experiență îndelungată vă va asista de la testele de fezabilitate și optimizarea procesului până la instalarea sistemului dumneavoastră cu ultrasunete la nivelul final de producție.