Ультразвуковая экстракция с глубокими эвтектическими растворителями

Глубокие эвтектические растворители (DES) и природные глубокие эвтектические растворители (NADES) представляют собой эффективные, настраиваемые и экологичные экстракционные среды для растительного сырья, пищевых продуктов, нутрицевтиков, косметики и фармацевтических ингредиентов. Зондовые ультразвуковые аппараты Hielscher интенсифицируют экстракцию с DES, ускоряя массоперенос, разрушая структуры растительных клеток и улучшая проникновение растворителя – даже при работе с вязкими системами растворителей, такими как NADES на основе глицерина.

Независимо от того, проводите ли вы скрининг составов растворителей в лаборатории, оптимизируете параметры экстракции для конкретного фитохимического соединения или масштабируете процесс до непрерывного производства в потоке, ультразвуковые экстракторы Hielscher обеспечивают воспроизводимое управление амплитудой, надёжную работу в режиме 24/7 и масштабируемую обработку от миллилитров до промышленных расходов.

Почему производители экстрактов выбирают Hielscher для экстракции с DES

• Более высокая эффективность экстракции полифенолов, флавоноидов, каннабиноидов, терпенов, антоцианов и других биологически активных соединений
• Более быстрая экстракция по сравнению с традиционной мацерацией и экстракцией растворителем в ёмкостях с мешалкой
• Совместимость с DES, NADES, глицерином, водой, этанолом и смешанными системами растворителей
• Эффективная обработка высоковязких растворителей с помощью высокоамплитудной обработки ультразвуком зондовым аппаратом
• Установки для периодической обработки, рециркуляции и непрерывной проточной обработки
• Точное управление амплитудой, вводимой энергией, температурой и временем процесса
• Простое масштабирование от испытаний технологической осуществимости до опытного и полномасштабного промышленного производства

Почему обработка ультразвуком улучшает экстракцию с DES и NADES

Ультразвуковая экстракция зондовым аппаратом с использованием глубоких эвтектических растворителей и природных глубоких эвтектических растворителей может давать ряд преимуществ при извлечении биологически активных соединений. Одно из основных преимуществ – повышенная эффективность экстракции фенольных соединений и других фитохимических соединений из природных источников. Глубокие эвтектические растворители известны высокой эффективностью экстракции, которую можно ещё больше повысить за счёт экстракции с помощью ультразвука. Благодаря своей нетоксичности они являются отличным вариантом растворителя для фармацевтических и пищевых продуктов. Это делает ультразвуковую экстракцию с использованием глубоких эвтектических растворителей экологичным и устойчивым методом извлечения биологически активных соединений. Научно доказано, что синергетическое применение обработки ультразвуком и глубоких эвтектических растворителей позволяет получить более высокий выход различных биологически активных соединений. В целом ультразвуковая экстракция зондовым аппаратом с использованием глубоких эвтектических растворителей и природных глубоких эвтектических растворителей обеспечивает более эффективный и экологичный подход к извлечению биологически активных соединений.

Ультразвуковая экстракция антоцианов с DES

Антоцианы – ценные природные пигменты и антиоксиданты, содержащиеся в чёрной моркови, ягодах, винограде, фиолетовой кукурузе и другом растительном сырье. Глубокие эвтектические растворители хорошо подходят для экстракции антоцианов, поскольку их сеть водородных связей можно настроить в соответствии с требованиями к полярности и стабильности этих окрашенных соединений. В сочетании с обработкой ультразвуком зондовым аппаратом экстракция с DES становится значительно эффективнее: ультразвуковая кавитация разрушает структуры растительных клеток, улучшает проникновение растворителя и ускоряет высвобождение антоцианов в экстракционную среду. Исследование антоцианов чёрной моркови с использованием ультразвукового аппарата UP400St показывает, что DES на основе хлорида холина, особенно в сочетании с экстракцией с помощью ультразвука, могут стать устойчивой и эффективной альтернативой традиционной экстракции подкисленным этанолом или метанолом. (см. Türker et al., 2021)

Ультразвуковая экстракция полифенолов с DES

Полифенолы, включая флавоноиды, фенольные кислоты и родственные антиоксидантные соединения, являются важными целевыми молекулами при экстракции растительного сырья, пищевых продуктов, нутрицевтиков и косметических ингредиентов. Глубокие эвтектические растворители на основе глицерина особенно привлекательны для извлечения полифенолов, поскольку их полярность и способность образовывать водородные связи способствуют солюбилизации фенольных соединений. Ультразвук, вводимый зондовым аппаратом, дополнительно интенсифицирует процесс, усиливая массоперенос, сокращая время экстракции и улучшая контакт между DES и растительной матрицей.
В одном исследовании использовали DES из глицерина и ацетата аммония для экстракции с помощью ультразвука при оптимизированных параметрах, таких как температура, концентрация DES и амплитуда ультразвука. Результат показал, что ультразвуковая экстракция с DES обеспечивает эффективное извлечение суммарных фенолов и флавоноидов и получение антиоксидантной активности из плодов мелии азедарах, демонстрируя потенциал ультразвуковой экстракции с DES как экологичного метода экстракции для промышленной переработки растительного сырья. (см. Jamshed et al., 2022)

Что такое глубокие эвтектические растворители (DES)?

Глубокие эвтектические растворители (DES) представляют собой смеси как минимум одного акцептора водородной связи (HBA) и одного донора водородной связи (HBD), включая карбоновые кислоты и другие возобновляемые соединения. Согласно Cai et al. (2019), «сильное взаимодействие посредством водородных связей между HBA и HBD является наиболее важным фактором образования DES». [Cai et al. 2019]
В качестве доноров водородной связи часто используют такие соединения, как сахара, аминокислоты, карбоновые кислоты (например, бензойная кислота, лимонная кислота, янтарная кислота) или амины (например, мочевина, бензамид). Способность доноров водородной связи к химическому взаимодействию является основным фактором, способствующим образованию и эффективности глубоких эвтектических растворителей. Галогенидные соли, такие как хлорид холина или хлорид цинка, также могут использоваться совместно с донорами водородной связи. Другие глубокие эвтектические растворители на основе хлорида холина образуют с малоновой кислотой, фенолом или глицерином. В результате сильных взаимодействий посредством водородных связей температура плавления глубоких эвтектических растворителей значительно снижается по сравнению с их отдельными компонентами. В отличие от традиционных растворителей (например, этанола, метанола, гексана, бутана и т. д.), глубокие эвтектические растворители нелетучи, что означает очень низкое давление их паров и, следовательно, трудную воспламеняемость. Токсичность глубоких эвтектических растворителей низкая, их биоразлагаемость высокая, а необходимые исходные компоненты недороги, легкодоступны, имеются в изобилии и являются возобновляемыми.
Природные глубокие эвтектические растворители (NADES) ещё более экологичны, поскольку все исходные компоненты получают из природных источников. Глубокие эвтектические растворители также обеспечивают настраиваемую растворяющую способность, зависящую от химической природы растворяемого вещества и веществ, используемых для получения глубоких эвтектических растворителей. Некоторые природные глубокие эвтектические растворители обладают высокой вязкостью и поэтому не очень подходят для периодической экстракции. Однако природные глубокие эвтектические растворители с более высокой вязкостью можно успешно применять в качестве растворителей при ультразвуковой проточной экстракции.

В таблице ниже приведены несколько примеров составов природных глубоких эвтектических растворителей (NADES) для экстракции фитохимических соединений:

Как работает ультразвуковая экстракция с глубокими эвтектическими растворителями?

Ультразвуковая экстракция основана на механических эффектах высокоинтенсивного низкочастотного ультразвука. Для стимулирования и интенсификации извлечения растительных соединений (то есть биологически активных веществ) посредством обработки ультразвуком мощные ультразвуковые волны передаются через ультразвуковой зонд (также называемый ультразвуковым рупором или сонотродом) в жидкую среду, то есть суспензию, состоящую из растительного сырья и (природного) глубокого эвтектического растворителя. Ультразвуковые волны распространяются через жидкость и создают чередующиеся циклы низкого / 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 растворённые в жидкости газы поступают в вакуумные пузырьки, вследствие чего вакуумные пузырьки превращаются в растущие газовые пузырьки. После роста в течение нескольких циклов вакуумные пузырьки достигают определённого размера, при котором они больше не могут поглощать энергию, и резко схлопываются во время цикла высокого давления. Схлопывание пузырьков характеризуется интенсивными кавитационными силами, включая очень высокие температуру и давление, достигающие соответственно до 4000K и 1000atm, а также соответствующие высокие перепады температуры и давления. Эти создаваемые ультразвуком турбулентные потоки и силы сдвига разрушают растительные клетки и высвобождают внутриклеточные биологически активные соединения в (природный) глубокий эвтектический растворитель. Ультразвуковая экстракция вскрывает клеточную структуру растительного сырья и интенсифицирует массоперенос между растительным материалом и растворителем. Таким образом, обработка ультразвуком повышает эффективность природных глубоких эвтектических растворителей. Ультразвуковая экстракция с (природными) глубокими эвтектическими растворителями обеспечивает исключительно высокий выход за очень короткое время обработки.

Мощные ультразвуковые волны разрушают клеточную структуру растительного сырья, высвобождают биологически активные соединения и усиливают массоперенос между растительным материалом и растворителем (например, глубокими эвтектическими растворителями).

Сочетание ультразвуковой экстракции с (природными) глубокими эвтектическими растворителями позволяет объединить способность ультразвука интенсифицировать процесс с замечательными солюбилизирующими свойствами и выдающимися возможностями разработки составов глубоких эвтектических растворителей. Благодаря превосходной эффективности ультразвуковой экстракции ультразвуковые аппараты также успешно применяются для экстракции водой.
Свяжитесь с нами прямо сейчас, чтобы узнать больше об эффективном применении ультразвуковой экстракции с глубокими эвтектическими растворителями!

Ультразвуковые экстракторы для лабораторной, опытной и промышленной экстракции с DES

Ультразвуковая экстракция – надёжная технология обработки, которая облегчает и ускоряет производство высококачественных экстрактов из различного растительного сырья с использованием любого растворителя. Ультразвуковая экстракция отличается высокой совместимостью с (природными) глубокими эвтектическими растворителями, привлекательными благодаря превосходной растворяющей способности, возможности настройки под экстракт, устойчивости, биоразлагаемости и экологичности. Сочетание интенсификации процесса мощным ультразвуком с преимуществами (природных) глубоких эвтектических растворителей обеспечивает этой технологии обработки превосходство по многим параметрам. Ассортимент Hielscher Ultrasonics охватывает весь диапазон от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до промышленных экстракционных систем. Разумеется, все они подходят для экстракции с глубокими эвтектическими растворителями.
Наши сотрудники с многолетним опытом помогут вам на всех этапах – от испытаний технологической осуществимости и оптимизации процесса до установки вашей ультразвуковой системы на конечном производственном этапе.