Solvenți pentru extracția cu ultrasunete din plante
- Extracția cu ultrasunete prezintă multe avantaje, ar fi randamente ridicate, rate rapide de extracție, ecologic și consum redus de energie.
- Unul dintre cele mai puternice beneficii este utilizarea apei ca mediu de extracție. Cu toate acestea, sonicare poate fi utilizat cu sisteme multiple solvent pentru a oferi rezultate superioare pentru extractul vizat.
- Solventul optim pentru extracția cu ultrasunete a bioactivilor vegetali este ales în ceea ce privește materia primă.
extracție cu ultrasunete
Ecografia este bine cunoscută pentru perturbarea structurilor celulare și pentru îmbunătățirea transferului de masă, crescând astfel extractabilitatea biocompușilor (de exemplu, fenolici, carotenoizi).
Deoarece efectele mecanice ale sonicare spori procesul de extracție datorită transferului de masă îmbunătățit foarte mult, utilizarea solvenților organici este adesea inutilă. Acest lucru înseamnă că pentru extracția cu ultrasunete, apa este adesea un mediu de extracție suficient, care are multe beneficii, ar fi fiind ieftin, nepericuloase, ușor accesibile și ecologice.
Cu toate acestea, pentru compuși bioactivi specifici cele mai bune rezultate pot fi obținute prin extracție cu ultrasunete în combinație cu un solvent volatil.
Pentru a alege solventul potrivit, trebuie luate în considerare materia primă (de exemplu, material vegetal proaspăt sau uscat, macerat/măcinat sau sub formă de pulbere) și substanțele vizate (de exemplu, lipofile, hidrofile).
Glicerina vegetală este un solvent ideal de extracție datorită proprietăților sale non-toxice, non-iritante și capacității sale de a păstra stabilitatea și potența compușilor bioactivi sensibili. Ambele, amestecuri pure de glicerină și glicerină-apă, sunt solvenți utili pentru producerea de extracte pentru suplimente și nutraceutice, extracte de aromă, aditivi alimentari și produse cosmetice.
UIP2000hdT sonicator pentru extracția botanică în loturi mari sau pentru funcționarea în linie
Următorul tabel listează mai mulți solvenți, care sunt solvenți de extracție bine stabiliți și sunt utilizați pentru extracția cu ultrasunete din material vegetal.
| etanol | Unul dintre cei mai comuni solvenți pentru extracția botanică. Ca solvent polar, etanolul dizolvă compușii polari, cum ar fi alcaloizii și flavonoidele. |
| Apă | Solventul universal, adesea utilizat pentru extragerea compușilor hidrofili, cum ar fi polizaharidele, proteinele și unele glicozide. |
| etanol apos | Un amestec de etanol și apă, acest solvent poate extrage o gamă largă de compuși polari și moderat polari, oferind un echilibru între puterea solventului etanolului și capacitatea apei de a extrage compuși hidrofili. Etanolul apos poate fi preparat în diferite proporții, ajustând capacitatea de dizolvare la compușii țintă. |
| Glicerină | Un solvent foarte polar care este util pentru extragerea compușilor polari și poate fi o alternativă mai sigură la alți solvenți polari, adesea utilizați în tincturi și extracte destinate consumului intern. Citiți mai multe despre extragerea fitochimicalelor în glicerină folosind sonicare! |
| metanol | Un solvent foarte polar eficient în extragerea unei game largi de compuși vegetali, inclusiv fenoli, flavonoide și unii alcaloizi. |
| Hexan | Un solvent nepolar utilizat în principal pentru extragerea compușilor nepolari, cum ar fi lipidele, cerurile și uleiurile esențiale. |
| acetonă | Un solvent aprotic polar, acetona este eficientă pentru extragerea unei game largi de compuși botanici, în special a celor care sunt mai puțin polari decât cei extrași cu apă sau metanol. |
| Izopropanol | Un solvent polar similar etanolului, utilizat în mod obișnuit pentru extragerea uleiurilor esențiale, a rășinilor și a unor alcaloizi. |
| Cloroform | Un solvent nepolar eficient în extragerea alcaloizilor, terpenoizilor și a unor glicozide. Este mai puțin frecvent utilizat datorită toxicității sale. |
| acetat de etil | Un solvent moderat polar utilizat pentru extragerea unei game de compuși, inclusiv flavonoide, alcaloizi și fenolici. |
| Toluen | Un solvent nepolar utilizat pentru extragerea compușilor nepolari, cum ar fi uleiurile esențiale, terpenele și cerurile. |
| Butanol | Un solvent moderat polar eficient în extragerea compușilor de polaritate medie, inclusiv a unor glicozide și saponine. |
| Eter de petrol | Un solvent nepolar utilizat în principal pentru extragerea grăsimilor, uleiurilor și a altor compuși nepolari din materiale vegetale. |
Undele puternice cu ultrasunete perturbă matricea celulară a structurilor biologice și eliberează compușii bioactivi. Transferul de masă între materialul vegetal și solvent este intensificat. Datorită acestor mecanisme, extracția cu ultrasunete este extrem de eficientă pentru extracția botanică.
UP400ST omogenizator cu ultrasunete Pentru extracția pe bază de plante permite utilizarea solventului la alegere.
Ultrasonicators pentru extracție
De la dispozitive cu ultrasunete de laborator și banc-top până la sisteme de extracție cu ultrasunete full-industriale – Hielscher Ultrasonics este partenerul tău cu experiență de lungă durată, atunci când vine vorba de dispozitive cu ultrasunete puternice și fiabile pentru procesele de extracție de succes.
Sistemele noastre cu ultrasunete sunt utilizate pe scară largă în laboratoarele biochimice și fabricile de producție farmaceutică. Sonotrodes cu ultrasunete și reactoare sunt autoclavabile și îndeplinesc standardele de producție farmaceutică.
Hielscher sonicatori industriale pot livra amplitudini foarte mari, în scopul de a perturba matricele celulare și pentru a elibera substanțe vizate. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Puterea și robustețea ultrasonicators Hielscher asigură randamente ridicate, rate rapide de extracție și extracție mai completă – excelarea proceselor convenționale de extracție.
Procesoarele noastre cu ultrasunete pot fi combinate cu metode convenționale de extracție, ar fi Extracția Soxhlet sau extracția cu CO2 supercritic. Retehnologizarea în liniile de producție existente poate fi realizată 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.
Fapte care merită știute
Extracție cu ultrasunete prin cavitație
Undele ultrasonice intense generează cavitație acustică în lichide. Forțele de forfecare cavitaționale sparg peretele celular și membranele, astfel încât materialul intracelular este eliberat. Extracția cu ultrasunete realizează o penetrare mai mare a solventului într-un țesut vegetal și îmbunătățește transferul de masă. Astfel, extracția cu ultrasunete intensifică procesul de extracție în mod semnificativ, rezultând randamente mai mari, rate de extracție mai rapide și o extracție mai completă.
Sisteme de solvenți
Pentru extracția compușilor bioactivi din material vegetal sunt disponibile diferite sisteme de solvenți. Pentru extracția compușilor hidrofili se aleg în principal solvenți polari, cum ar fi metanolul, etanolul sau acetatul de etil, în timp ce pentru extracția compușilor lipofili (de exemplu, lipidele) sunt preferate sistemele de solvenți precum diclormetanul sau diclormetanul/metanolul (v/v 1:1). Hexanul este adesea folosit ca solvent pentru extracția clorofilei.
Ce sunt compușii bioactivi?
Compușii bioactivi sau fitochimicalele sunt definite ca substanțe care au impact asupra organismelor, țesuturilor sau celulelor vii. Substanțele biologic active includ antibiotice, enzime și vitamine. Substanțele bioactive, cum ar fi carotenoizii și polifenolii, pot fi extrase, de exemplu, din fructe, frunze și legume, în timp ce fitosterolii se găsesc în uleiurile vegetale.
Compușii bioactivi derivați din plante includ flavonoide, cafeină, carotenoide, colină, ditioltion, fitosteroli, polizaharide, fitoestrogeni, glucozinolați, polifenoli și antociani. Multe substanțe bioactive sunt evaluate pentru că acționează ca antioxidanți și, prin urmare, sunt considerate benefice pentru sănătate.
Cum selectez cel mai bun solvent de extracție?
Liniile directoare de mai jos vă ajută să selectați un solvent adecvat pentru extracția botanică cu ultrasunete. Deoarece sonicare este compatibil cu orice solvent standard, puteți selecta solventul cel mai ideal pentru materia primă vegetală, fitochimicalele vizate și rentabilitatea.
- Selectivitate: Selectați un solvent care dizolvă în mod specific compușii doriți, lăsând în urmă componentele nedorite. De exemplu, utilizați etanol pentru compuși polari, cum ar fi alcaloizi și flavonoide.
- Solubilitate: Bazat pe principiul “ca se dizolvă ca,” Alegeți un solvent cu o polaritate similară cu cea a solutului. Solvenții polari (de exemplu, apa, etanolul) dizolvă compușii polari, în timp ce solvenții nepolari (de exemplu, hexanul) dizolvă compușii nepolari, cum ar fi lipidele și uleiurile.
- Cost: Luați în considerare rentabilitatea solventului. Unii solvenți pot fi mai scumpi, dar oferă randamente mai mari sau o selectivitate mai bună, echilibrând costul total de extracție.
- 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 alegeri mai sigure în comparație cu cloroformul sau toluenul.
Polaritatea și selecția solvenților
Conform legii similitudinii și intermiscibilității, solvenții cu o valoare a polarității apropiată de polaritatea solutului sunt susceptibili să funcționeze mai bine. Iată câteva exemple:
- Solvenți polari: Apă, etanol, metanol – Utilizat pentru extragerea compușilor polari, cum ar fi alcaloizi, flavonoide, glicozide și proteine.
- solvenți moderat polari: Acetonă, acetat de etil, izopropanol – Potrivit pentru extragerea unei game largi de compuși, inclusiv fenolici și unii alcaloizi.
- Solvenți nepolari: Hexan, toluen, eter de petrol – Ideal pentru extragerea compușilor nepolari, cum ar fi lipidele, cerurile, terpenele și uleiurile esențiale.
Exemple de utilizare a solvenților
- Etanol: Unul dintre cei mai comuni solvenți pentru extracția botanică. Ca solvent polar, etanolul dizolvă compușii polari, cum ar fi alcaloizii și flavonoidele.
- Apă: Solventul universal, adesea utilizat pentru extragerea compușilor hidrofili, cum ar fi polizaharidele, proteinele și unele glicozide.
- Metanol: Un solvent foarte polar eficient în extragerea unei game largi de compuși vegetali, inclusiv fenoli, flavonoide și unii alcaloizi.
- Hexan: Un solvent nepolar utilizat în principal pentru extragerea compușilor nepolari, cum ar fi lipidele, cerurile și uleiurile esențiale.
- Acetonă: Un solvent aprotic polar, acetona este eficientă pentru extragerea unei game largi de compuși botanici, în special a celor care sunt mai puțin polari decât cei extrași cu apă sau metanol.
- Izopropanol: Un solvent polar similar etanolului, utilizat în mod obișnuit pentru extragerea uleiurilor esențiale, a rășinilor și a unor alcaloizi.
- Cloroform: Un solvent nepolar eficient în extragerea alcaloizilor, terpenoizilor și a unor glicozide. Este mai puțin frecvent utilizat datorită toxicității sale.
- Acetat de etil: Un solvent moderat polar utilizat pentru extragerea unei game de compuși, inclusiv flavonoide, alcaloizi și fenolici.
- Toluen: Un solvent nepolar utilizat pentru extragerea compușilor nepolari, cum ar fi uleiurile esențiale, terpenele și cerurile.
- Butanol: Un solvent moderat polar eficient în extragerea compușilor de polaritate medie, inclusiv a unor glicozide și saponine.
- Eter petrolier: Un solvent nepolar utilizat în principal pentru extragerea grăsimilor, uleiurilor și a altor compuși nepolari din materiale vegetale.
Următorii solvenți au fost testați în studii de cercetare care investighează extracția cu ultrasunete a materialelor vegetale specifice și fitochimicale.
| solvent | Plantă | Un fel de țesut |
|---|---|---|
| Acid acetic / uree / bromură de cetiltrim-etilamoniu | orez | tărâțe |
| etanol apos | cereale de distilerie | bob |
| Izopropanol apos | soia, rapiță | Seminţe |
| etanol | Zaharina japonica | – |
| Acid actic glacial | sorg | – |
| Fenol | Tomate / Cartof / Aloe Vera / Soia | polen / tubercul / frunze / semințe |
| Fenol/acetat de amoniu | orz / banană | rădăcină / frunză |
| Fenol/acetat de amoniu | avocado / roșii / portocale / banane / pere / struguri / mere / căpșuni | Fructe |
| Fenol/acetat de metanol-amoniu | conifere / banane / mere / cartofi | semințe / fructe |
| Dodecil sulfat/acetonă de sodiu | conifere / cartofi | semințe / tuberculi |
| Dodecil sulfat/TCA/acetonă de sodiu | mere / banane | țesut |
| TCA | fasole | anteră |
| TCA/acetonă | citrice / soia / aloe vera | Frunze |
| TCA/acetonă | soia / conifere | Seminţe |
| TCA/acetonă | roșie | grăunte de polen |
| TCA/acetonă/fenol | măsline / bambus / struguri / lămâie | Frunze |
| TCA/acetonă/fenol | mere / portocale / roșii | Fructe |
| Tiouree/uree | Soia | sămânță |
| Tiouree/uree | mere / banane | Ţesuturi |
| Tampon Tris-HCL | roșie | grăunte de polen |
Ce sunt solvenții organici?
Un solvent organic este un tip de compus organic volatil (COV). COV sunt substanțe chimice organice care se vaporizează la temperatura camerei.
Compușii organici utilizați ca solvenți includ:
- compuși aromatici, de exemplu benzen și toluen
- alcooli, de exemplu metanol
- esteri și eteri
- cetone, de exemplu acetonă
- Amine
- hidrocarburi nitrate și halogenate
Mulți solvenți organici sunt clasificați ca toxici sau cancerigeni. În cazul manipulării incorecte, acestea pot fi periculoase pentru oameni și pot contamina aerul, apa și solul. Datorită mecanismului puternic de extracție cu ultrasunete, utilizarea solvenților organici poate fi evitată înlocuindu-le cu solvenți mai blânzi, netoxici.
