Solvenți pentru extracția cu ultrasunete din plante

• Extracția cu ultrasunete prezintă numeroase avantaje, cum ar fi randamente ridicate, viteze mari de extracție, compatibilitatea cu mediul și un consum redus de energie.
• Unul dintre cele mai importante avantaje este utilizarea apei ca mediu de extracție. Cu toate acestea, sonicarea poate fi utilizată cu numeroase sisteme de solvenți pentru a oferi rezultate superioare pentru extractul vizat.
• Solventul optim pentru extracția cu ultrasunete a compușilor bioactivi vegetali se alege în funcție de materia primă.

Extracția cu ultrasunete

Este bine cunoscut faptul că ultrasunetele dezintegrează structurile celulare și îmbunătățesc transferul de masă, crescând astfel extractibilitatea biocompușilor (de ex. compuși fenolici, carotenoide).
Deoarece efectele mecanice ale sonicării îmbunătățesc considerabil procesul de extracție datorită transferului de masă îmbunătățit, utilizarea solvenților organici este adesea de prisos. Aceasta înseamnă că, pentru extracția cu ultrasunete, apa este adesea un mediu de extracție suficient, care are multe avantaje, precum faptul că este ieftină, nepericuloasă, ușor disponibilă și ecologică.
Cu toate acestea, pentru anumiți compuși bioactivi, cele mai bune rezultate pot fi obținute prin extracția cu ultrasunete în combinație cu un solvent volatil.
Pentru alegerea solventului potrivit trebuie luate în considerare materia primă (de ex. material vegetal proaspăt sau uscat, macerat/măcinat sau pulverizat) și substanțele vizate (de ex. lipofile, hidrofile).

Tabelul următor enumeră mai mulți solvenți, care sunt solvenți de extracție bine consacrați și sunt utilizați pentru extracția cu ultrasunete din material vegetal.

Undele ultrasonice puternice dezintegrează matricea celulară a structurilor biologice și eliberează compușii bioactivi. Transferul de masă dintre materialul vegetal și solvent este intensificat. Datorită acestor mecanisme, extracția cu ultrasunete este extrem de eficientă pentru extracția botanică.

Ultrasonicatoare pentru extracție

De la dispozitive cu ultrasunete de laborator și de banc până la sisteme de extracție cu ultrasunete la scară complet industrială – Hielscher Ultrasonics este partenerul dumneavoastră cu experiență îndelungată atunci când vine vorba de dispozitive cu ultrasunete puternice și fiabile pentru procese de extracție de succes.
Sistemele noastre cu ultrasunete sunt utilizate pe scară largă în laboratoarele biochimice și în unitățile de producție farmaceutică. Sonotrodele și reactoarele cu ultrasunete sunt autoclavabile și îndeplinesc standardele producției farmaceutice.

Sonicatoarele industriale Hielscher pot furniza amplitudini foarte mari pentru a dezintegra matricele celulare și a elibera substanțele vizate. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute cu ușurință în funcționare continuă 24/7. Puterea și robustețea ultrasonicatoarelor Hielscher asigură randamente ridicate, viteze mari de extracție și o extracție mai completă – depășind procesele de extracție convenționale.
Procesoarele noastre cu ultrasunete pot fi combinate cu metode de extracție convenționale, precum extracția Soxhlet sau extracția cu CO2 supercritic. Integrarea ulterioară în liniile de producție existente se poate realiza cu ușurință.

Literatură / Referințe

• 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.

Informații utile

Extracția cu ultrasunete prin cavitație

Undele ultrasonice intense generează cavitație acustică în lichide. Forțele de forfecare cavitaționale rup pereții celulari și membranele, astfel încât materialul intracelular este eliberat. Extracția cu ultrasunete realizează o penetrare mai mare a solventului în țesutul vegetal și îmbunătățește transferul de masă. Astfel, extracția cu ultrasunete intensifică semnificativ procesul de extracție, ceea ce are ca rezultat randamente mai mari, viteze de extracție mai mari și o extracție mai completă.

Sisteme de solvenți

Pentru extracția compușilor bioactivi din material vegetal sunt disponibile diverse sisteme de solvenți. Pentru extracția compușilor hidrofili se aleg în principal solvenți polari, precum metanolul, etanolul sau acetatul de etil, în timp ce pentru extracția compușilor lipofili (de ex. lipide) sunt preferate sisteme de solvenți precum diclorometanul sau diclorometan/metanol (v/v 1:1). Hexanul este adesea utilizat ca solvent pentru extracția clorofilei.

Ce sunt compușii bioactivi?

Compușii bioactivi sau compușii fitochimici sunt definiți ca substanțe care au un impact asupra organismelor vii, țesuturilor sau celulelor. Substanțele biologic active includ antibiotice, enzime și vitamine. Substanțe bioactive precum carotenoidele și polifenolii pot fi extrase, de ex., din fructe, frunze și legume, în timp ce fitosterolii se găsesc în uleiurile vegetale.
Compușii bioactivi de origine vegetală includ flavonoide, cafeină, carotenoide, colină, ditioltione, fitosteroli, polizaharide, fitoestrogeni, glucozinolați, polifenoli și antocianine. Multe substanțe bioactive sunt apreciate pentru acțiunea lor antioxidantă și sunt, prin urmare, considerate benefice pentru sănătate.

Cum selectez cel mai bun solvent de extracție?

Indicațiile de mai jos vă ajută să selectați un solvent adecvat pentru extracția botanică cu ultrasunete. Deoarece sonicarea este compatibilă cu orice solvent standard, puteți selecta solventul cel mai potrivit pentru materia primă vegetală, compușii fitochimici vizați și eficiența costurilor.

• Selectivitate: Selectați un solvent care dizolvă în mod specific compușii doriți, lăsând în urmă componentele nedorite. De exemplu, utilizați etanol pentru compuși polari precum alcaloizii și flavonoidele.
• Solubilitate: Pe baza principiului „similar dizolvă similar”, alegeți un solvent cu o polaritate similară cu cea a solutului. Solvenții polari (de ex., apă, etanol) dizolvă compușii polari, în timp ce solvenții nepolari (de ex., hexan) dizolvă compușii nepolari precum lipidele și uleiurile.
• Cost: Luați în considerare raportul cost-eficiență al solventului. Unii solvenți pot fi mai scumpi, dar oferă randamente mai mari sau o selectivitate mai bună, echilibrând costul total al extracției.
• Siguranță: Asigurați-vă că solventul este sigur pentru utilizare și manipulare. Factorii includ toxicitatea, inflamabilitatea și impactul asupra mediului. De exemplu, apa și etanolul sunt opțiuni mai sigure în comparație cu cloroformul sau toluenul.

Polaritatea și selectarea solventului
Conform legii similitudinii și miscibilității reciproce, solvenții cu o valoare a polarității apropiată de polaritatea solutului vor avea probabil performanțe mai bune. Iată câteva exemple:

• Solvenți polari: Apă, etanol, metanol – utilizați pentru extracția compușilor polari, precum alcaloizii, flavonoidele, glicozidele și proteinele.
• Solvenți moderat polari: Acetonă, acetat de etil, izopropanol – adecvați pentru extracția unei game largi de compuși, inclusiv compuși fenolici și unii alcaloizi.
• Solvenți nepolari: Hexan, toluen, eter de petrol – ideali pentru extracția compușilor nepolari, precum lipidele, cerurile, terpenele și uleiurile esențiale.

Exemple de utilizare a solvenților

• Etanol: Unul dintre cei mai obișnuiți solvenți pentru extracția botanică. Fiind un solvent polar, etanolul dizolvă compuși polari precum alcaloizii și flavonoidele.
• Apă: Solventul universal, utilizat frecvent pentru extracția compușilor hidrofili precum polizaharidele, proteinele și unele glicozide.
• Metanol: Un solvent puternic polar, eficient în extracția unei game largi de compuși vegetali, inclusiv compuși fenolici, flavonoide și unii alcaloizi.
• Hexan: Un solvent nepolar utilizat în principal pentru extracția compușilor nepolari, precum lipidele, cerurile și uleiurile esențiale.
• Acetonă: Solvent polar aprotic, acetona este eficientă pentru extracția unei game largi de compuși botanici, în special a celor mai puțin polari decât cei extrași cu apă sau metanol.
• Izopropanol: Un solvent polar similar etanolului, utilizat frecvent pentru extracția uleiurilor esențiale, a rășinilor și a unor alcaloizi.
• Cloroform: Un solvent nepolar eficient în extracția alcaloizilor, terpenoidelor și a unor glicozide. Este utilizat mai rar din cauza toxicității sale.
• Acetat de etil: Un solvent moderat polar utilizat pentru extracția unei game de compuși, inclusiv flavonoide, alcaloizi și compuși fenolici.
• Toluen: Un solvent nepolar utilizat pentru extracția compușilor nepolari, precum uleiurile esențiale, terpenele și cerurile.
• Butanol: Un solvent moderat polar, eficient în extracția compușilor de polaritate medie, inclusiv a unor glicozide și saponine.
• Eter de petrol: Un solvent nepolar utilizat în principal pentru extracția grăsimilor, uleiurilor și a altor compuși nepolari din materialele vegetale.

Următorii solvenți au fost testați în studii de cercetare care au investigat extracția cu ultrasunete a unor materiale vegetale și compuși fitochimici specifici.

Ce sunt solvenții organici?

Un solvent organic este un tip de compus organic volatil (COV). COV-urile sunt substanțe chimice organice care se evaporă la temperatura camerei.
Compușii organici utilizați ca solvenți includ:

• compuși aromatici, de ex. benzen și toluen
• alcooli, de ex. metanol
• esteri și eteri
• cetone, de ex. acetonă
• amine
• hidrocarburi nitrate și halogenate

Mulți solvenți organici sunt clasificați ca toxici sau cancerigeni. În cazul manipulării incorecte, aceștia pot fi periculoși pentru oameni și pot contamina aerul, apa și solul. Datorită mecanismului puternic al extracției cu ultrasunete, utilizarea solvenților organici poate fi evitată, înlocuindu-i cu solvenți mai blânzi, netoxici.