Ультразвуковая экстракция с использованием глубокоэвтектических растворителей

Глубокие эвтектические растворители (DES) и природные глубокие эвтектические растворители (NADES) представляют собой высокоэффективные, настраиваемые и экологически безопасные экстрагенты для растительных компонентов, пищевых продуктов, нутрицевтиков, косметики и фармацевтических ингредиентов. Ультразвуковые аппараты Hielscher зондового типа усиливают экстракцию с использованием DES за счет ускорения массопереноса, разрушения структур растительных клеток и улучшения проникновения растворителя — даже при работе с вязкими растворительными системами, такими как NADES на основе глицерина.

Независимо от того, проводите ли вы лабораторные испытания растворимых составов, оптимизируете параметры экстракции конкретного фитохимического вещества или переходите к непрерывному производству в технологической линии, ультразвуковые экстракторы Hielscher обеспечивают точный контроль амплитуды, надежную круглосуточную работу и масштабируемость процессов — от миллилитров до промышленных расходов.

Почему производители экстрактов выбирают компанию Hielscher для экстракции DES

• Повышенная эффективность экстракции полифенолов, флавоноидов, каннабиноидов, терпенов, антоцианов и других биологически активных веществ
• Более быстрая экстракция по сравнению с традиционной мацерацией и экстракцией растворителем в резервуаре с перемешиванием
• Совместим с DES, NADES, глицерином, водой, этанолом и смешанными растворителями
• Эффективная переработка высоковязких растворителей с помощью ультразвуковой обработки с использованием зонда высокой амплитуды
• Установки периодического, рециркуляционного и непрерывного действия
• Точное регулирование амплитуды, подаваемой энергии, температуры и продолжительности процесса
• Простое масштабирование от проверочных испытаний до пилотного и полномасштабного промышленного производства

Почему ультразвуковая обработка повышает эффективность экстракции DES и NADES

Ультразвуковая зондовая экстракция с использованием глубоководных эвтектических растворителей и природных глубоких эвтектических растворителей может иметь ряд преимуществ для экстракции биологически активных соединений. Одним из главных преимуществ является повышенная эффективность экстракции фенольных соединений и других фитохимических веществ из природных источников. Глубоководные эвтектические растворители известны своей высокой эффективностью экстракции, которая может быть даже повышена с помощью ультразвуковой экстракции. Благодаря своей нетоксичности они являются отличным растворителем для фармацевтических и пищевых продуктов. Это делает ультразвуковую экстракцию с использованием глубоких эвтектических растворителей экологически чистым и устойчивым методом восстановления биологически активных соединений. Научно доказано, что синергетическое использование ультразвука с глубокоэвтектическими растворителями приводит к более высокому выходу различных биологически активных соединений. В целом, ультразвуковая зондовая экстракция с использованием глубоких эвтектических растворителей и природных глубоких эвтектических растворителей обеспечивает более эффективный и экологически чистый подход к экстракции биологически активных соединений.

Ультразвуковая экстракция антоцианов с использованием диэтиленгликоля

Антоцианы — это ценные природные пигменты и антиоксиданты, содержащиеся в черной моркови, ягодах, винограде, фиолетовой кукурузе и других растительных материалах. Глубокие эвтектические растворители хорошо подходят для экстракции антоцианов, поскольку их сеть водородных связей можно адаптировать с учетом требований к полярности и стабильности этих пигментных соединений. В сочетании с ультразвуковой обработкой с помощью зонда экстракция с использованием глубокоэвтектических растворителей становится значительно более эффективной: ультразвуковая кавитация разрушает структуры растительных клеток, улучшает проникновение растворителя и ускоряет высвобождение антоцианов в экстракционную среду. Исследование антоцианов черной моркови с использованием ультразвукового аппарата UP400St показывает, что DES на основе хлорида холина, особенно в сочетании с ультразвуковой экстракцией, может стать экологичной и эффективной альтернативой традиционной экстракции на основе подкисленного этанола или метанола. (см. Türker et al., 2021)

Ультразвуковая экстракция полифенолов с использованием диэтиленгликоля

Полифенолы, включая флавоноиды, фенольные кислоты и родственные антиоксидантные соединения, являются важными целевыми молекулами при экстракции в ботанической, пищевой, нутрицевтической и косметической отраслях. Глицериновые глубокие эвтектические растворители особенно привлекательны для извлечения полифенолов, поскольку их полярность и способность к водородной связи способствуют растворению фенольных соединений. Ультразвук зондового типа дополнительно усиливает процесс за счет увеличения массопереноса, сокращения времени экстракции и улучшения контакта между глубоким эвтектическим растворителем и растительной матрицей.
В ходе исследования использовался диэтиловый эфир глицерина (DES) в сочетании с ультразвуковой экстракцией при оптимизированных параметрах, таких как температура, концентрация DES и амплитуда ультразвука. Результаты показали, что ультразвуковая экстракция с использованием DES позволяет эффективно извлекать общие фенолы, флавоноиды и антиоксидантную активность из плодов китайского черного дерева, что демонстрирует потенциал ультразвуковой экстракции с использованием DES в качестве экологически безопасного метода экстракции для промышленной переработки растительного сырья. (см. Jamshed et al., 2022)

Что такое глубоководные эвтектические растворители (ДЭС)?

Глубокие эвтектические растворители (DES) представляют собой смеси, состоящие как минимум из одного акцептора водородной связи (HBA) и одного донора водородной связи (HBD), в том числе карбоновых кислот и других возобновляемых соединений. Согласно Cai et al. (2019), “Сильное водородное взаимодействие между HBA и HBD является наиболее важным фактором, определяющим образование DES.” [Cai и др., 2019]
В качестве доноров водородных связей часто используются такие соединения, как сахара, аминокислоты, карбоновые кислоты (например, бензойная кислота, лимонная кислота, янтарная кислота) или амины (например, мочевина, бензамид). Потенциал химического взаимодействия доноров водородных связей является основным фактором, способствующим образованию и эффективности глубоких эвтектических растворителей. Галогенидные соли, такие как хлорид холина или хлорид цинка, также могут использоваться в сочетании с донорами водородных связей. Другие глубокоэвтектические растворители на основе хлорида холина образуются с малоновой кислотой, фенолом или глицерином. В результате сильного взаимодействия водородных связей температура плавления глубоких эвтектических растворителей значительно снижается по сравнению с его отдельными компонентами. В отличие от обычных растворителей (например, этанола, метанола, гексана, бутана и т.д.) глубоководные эвтектические растворители являются нелетучими, что означает, что они имеют очень низкое давление паров и, следовательно, трудновоспламеняемы. Токсичность глубоководных эвтектических растворителей низкая, их биоразлагаемость высокая, а необходимые прекурсоры недороги, легко и в изобилии доступны, а также возобновляемы.
Природные растворители глубокого эвтекта (NADES) еще более экологичны, поскольку все прекурсоры получены из природных источников. Глубокие эвтектические растворители также обеспечивают настраиваемую растворимость, основанную на химическом составе растворенного вещества и веществах, используемых для создания глубоких эвтектических растворителей. Некоторые природные растворители глубокой эвтектики обладают высокой вязкостью, поэтому они не очень подходят для периодической экстракции. Тем не менее, природные глубокоэвтектические растворители с более высокой вязкостью могут быть успешно применены в качестве растворителей при ультразвуковой проточной экстракции.

В таблице ниже приведены несколько примерных составов природных глубоководных эвтектических растворителей (НАДЕС) для экстракции фитохимических веществ:

Как работает ультразвуковая экстракция с помощью глубоких эвтектических растворителей?

Ультразвуковая экстракция основана на сономеханическом воздействии высокоинтенсивного низкочастотного ультразвука. Для стимулирования и интенсификации экстракции растительных соединений (т.е. биологически активных веществ) с помощью ультразвука ультразвуковые волны высокой мощности связываются с помощью ультразвукового зонда (также называемого ультразвуковым рогом или сонотродом) в жидкую среду, т.е. в суспензию, состоящую из растительного сырья и (природного) растворителя глубинной эвтектики. Ультразвуковые волны распространяются через жидкость и создают чередование циклов низкого и высокого давления. Во время циклов низкого давления образуются мельчайшие вакуумные пузырьки (так называемые кавитационные пузырьки), которые растут в течение нескольких циклов давления. Во время этих циклов роста пузырьков растворенные в жидкости газы попадают в вакуумный пузырь, так что вакуумный пузырь превращается в растущие газовые пузырьки. После роста в течение нескольких циклов вакуумные пузырьки достигают определенного размера, при котором они не могут поглощать больше энергии, поэтому они сильно взрываются во время цикла высокого давления. Имплозия пузырьков характеризуется интенсивными кавитационными силами, включая очень высокую температуру и давление, достигающие до 4000 К и 1000 атм соответственно; а также соответствующие высокие перепады температур и давления. Эти создаваемые ультразвуком турбулентности и силы сдвига разрушают растительные клетки и высвобождают внутриклеточные биологически активные соединения в (естественный) растворитель глубоких эвтектических веществ. Ультразвуковая экстракция раскрывает клеточную структуру растительных компонентов и усиливает массоперенос между растительным материалом и растворителем. Таким образом, ультразвуковая обработка способствует повышению эффективности природных глубоких эвтектических растворителей. Ультразвуковая экстракция (природными) глубокими эвтектическими растворителями приводит к исключительно высокому выходу при очень коротком времени обработки.

Мощные ультразвуковые волны нарушают клеточную структуру растительных компонентов, высвобождают биологически активные соединения и способствуют массообмену между растительным материалом и растворителем (например, глубоководными эвтектическими растворителями).

Сочетание ультразвуковой экстракции с (естественными) глубокими эвтектическими растворителями дает вам возможность сочетать интенсификацию процесса ультразвука с замечательными солюбилизирующими эффектами и выдающимися конструктивными возможностями глубоких эвтектических растворителей. Благодаря превосходной эффективности ультразвуковой экстракции, Ультразвуковые аппараты также успешно используются для добычи воды.
Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше о мощном применении ультразвуковой экстракции с использованием глубоких эвтектических растворителей!

Ультразвуковые экстракторы для лабораторной, пилотной и промышленной экстракции DES

Ультразвуковая экстракция – это надежная технология обработки, которая облегчает и ускоряет получение высококачественных экстрактов из различных растительных, а также любых растворителей. Ультразвуковая экстракция обладает высокой совместимостью с (природными) растворителями глубокой эвтектики, которые являются благоприятными благодаря своей превосходной солюбилизирующей способности, пригодности для извлечения, экологичности, биоразлагаемости и экологичности. Сочетание интенсификации процесса мощного ультразвука с преимуществами (природных) глубоких эвтектических растворителей дает этой технологии превосходство на многих уровнях. Портфолио Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до промышленных вытяжных систем. Все они, конечно же, подходят для экстракции с помощью глубоких эвтектических растворителей.
Наши многолетние опытные сотрудники помогут вам от технико-экономических испытаний и оптимизации процесса до установки вашей ультразвуковой системы на конечном производственном уровне.