Растворители для ультразвуковой экстракции из растений

• Ультразвуковая экстракция имеет множество преимуществ, таких как высокий выход, высокая скорость экстракции, экологичность и низкое энергопотребление.
• Одним из важнейших преимуществ является использование воды в качестве экстракционной среды. Однако обработку ультразвуком можно проводить с разнообразными системами растворителей для получения превосходных результатов при получении целевого экстракта.
• Оптимальный растворитель для ультразвуковой экстракции биоактивных веществ из растений выбирают с учетом исходного сырья.

Ультразвуковая экстракция

Хорошо известно, что ультразвук разрушает клеточные структуры и улучшает массоперенос, тем самым повышая извлекаемость биологических соединений (например, фенольных соединений, каротиноидов).
Поскольку механические эффекты обработки ультразвуком значительно усиливают процесс экстракции благодаря улучшению массопереноса, использование органических растворителей часто оказывается излишним. Это означает, что для ультразвуковой экстракции часто достаточно воды в качестве экстракционной среды, которая имеет множество преимуществ: низкую стоимость, отсутствие опасных свойств, доступность и экологичность.
Однако для определенных биоактивных соединений наилучшие результаты могут быть достигнуты при сочетании ультразвуковой экстракции с летучим растворителем.
Для выбора подходящего растворителя необходимо учитывать исходное сырье (например, свежее или высушенное, мацерированное/измельченное или порошкообразное растительное сырье) и целевые вещества (например, липофильные, гидрофильные).
 

В следующей таблице перечислены некоторые растворители, которые хорошо зарекомендовали себя для экстракции и используются для ультразвуковой экстракции из растительного сырья.

Мощные ультразвуковые волны разрушают клеточный матрикс биологических структур и высвобождают биоактивные соединения. Массоперенос между растительным сырьем и растворителем усиливается. Благодаря этим механизмам ультразвуковая экстракция высокоэффективна для извлечения веществ из растений.

Ультразвуковые аппараты для экстракции

От лабораторных и настольных ультразвуковых устройств до полностью промышленных систем ультразвуковой экстракции – Hielscher Ultrasonics является вашим партнером с многолетним опытом в области мощных и надежных ультразвуковых устройств для успешного проведения процессов экстракции.
Наши ультразвуковые системы широко используются в биохимических лабораториях и на фармацевтических производствах. Ультразвуковые сонотроды и реакторы можно автоклавировать, и они соответствуют стандартам фармацевтического производства.

Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher могут обеспечивать очень высокие амплитуды для разрушения клеточных матриксов и высвобождения целевых веществ. Амплитуды до 200µm можно без труда поддерживать непрерывно в режиме 24/7. Мощность и прочность ультразвуковых аппаратов Hielscher обеспечивают высокий выход, высокую скорость экстракции и более полное извлечение, превосходя традиционные процессы экстракции.
Наши ультразвуковые процессоры можно сочетать с традиционными методами экстракции, такими как экстракция по Сокслету или экстракция сверхкритическим CO2. Их можно легко встроить в существующие производственные линии.

Литература / Источники

• 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.

Полезные сведения

Ультразвуковая экстракция с помощью кавитации

Интенсивные ультразвуковые волны создают акустическую кавитацию в жидкостях. Кавитационные силы сдвига разрушают клеточную стенку и мембраны, высвобождая внутриклеточный материал. Ультразвуковая экстракция обеспечивает более глубокое проникновение растворителя в растительную ткань и улучшает массоперенос. Таким образом, ультразвуковая экстракция значительно интенсифицирует процесс извлечения, обеспечивая более высокий выход, более высокую скорость экстракции и более полное извлечение.

Системы растворителей

Для извлечения биоактивных соединений из растительного сырья доступны различные системы растворителей. Для извлечения гидрофильных соединений преимущественно выбирают полярные растворители, такие как метанол, этанол или этилацетат, тогда как для извлечения липофильных соединений (например, липидов) предпочтительны такие системы растворителей, как дихлорметан или дихлорметан/метанол (v/v 1:1). Гексан часто используют в качестве растворителя для извлечения хлорофилла.

Что такое биоактивные соединения?

Биоактивные соединения, или фитохимические вещества, определяются как вещества, оказывающие воздействие на живые организмы, ткани или клетки. К биологически активным веществам относятся антибиотики, ферменты и витамины. Биоактивные вещества, такие как каротиноиды и полифенолы, можно извлекать, например, из плодов, листьев и овощей, тогда как фитостеролы содержатся в растительных маслах.
Биоактивные соединения растительного происхождения включают флавоноиды, кофеин, каротиноиды, холин, дитиолтионы, фитостеролы, полисахариды, фитоэстрогены, глюкозинолаты, полифенолы и антоцианы. Многие биоактивные вещества ценятся за антиоксидантное действие и поэтому считаются полезными для здоровья.

Как выбрать лучший растворитель для экстракции?

Приведенные ниже рекомендации помогут вам выбрать подходящий растворитель для ультразвуковой экстракции из растений. Поскольку обработка ультразвуком совместима с любым стандартным растворителем, вы можете выбрать растворитель, наиболее подходящий для вашего растительного сырья, целевых фитохимических веществ и экономической эффективности.

• Селективность: Выберите растворитель, который избирательно растворяет нужные соединения, оставляя нежелательные компоненты неизвлеченными. Например, используйте этанол для полярных соединений, таких как алкалоиды и флавоноиды.
• Растворимость: Руководствуясь принципом «подобное растворяется в подобном», выбирайте растворитель с полярностью, близкой к полярности растворяемого вещества. Полярные растворители (например, вода, этанол) растворяют полярные соединения, тогда как неполярные растворители (например, гексан) растворяют неполярные соединения, такие как липиды и масла.
• Стоимость: Учитывайте экономическую эффективность растворителя. Некоторые растворители могут стоить дороже, но обеспечивать более высокий выход или лучшую селективность, компенсируя общие затраты на экстракцию.
• Безопасность: Убедитесь, что растворитель безопасен при использовании и обращении с ним. Учитывайте такие факторы, как токсичность, воспламеняемость и воздействие на окружающую среду. Например, вода и этанол являются более безопасным выбором по сравнению с хлороформом или толуолом.

Полярность и выбор растворителя
Согласно закону подобия и взаимной смешиваемости, растворители с полярностью, близкой к полярности растворяемого вещества, вероятно, будут более эффективны. Вот несколько примеров:

• Полярные растворители: Вода, этанол, метанол – используются для извлечения полярных соединений, таких как алкалоиды, флавоноиды, гликозиды и белки.
• Умеренно полярные растворители: Ацетон, этилацетат, изопропанол – подходят для извлечения широкого спектра соединений, включая фенольные соединения и некоторые алкалоиды.
• Неполярные растворители: Гексан, толуол, петролейный эфир – идеально подходят для извлечения неполярных соединений, таких как липиды, воски, терпены и эфирные масла.

Примеры использования растворителей

• Этанол: Один из наиболее распространенных растворителей для экстракции из растений. Будучи полярным растворителем, этанол растворяет полярные соединения, такие как алкалоиды и флавоноиды.
• Вода: Универсальный растворитель, часто используемый для извлечения гидрофильных соединений, таких как полисахариды, белки и некоторые гликозиды.
• Метанол: Высокополярный растворитель, эффективный для извлечения широкого спектра растительных соединений, включая фенольные соединения, флавоноиды и некоторые алкалоиды.
• Гексан: Неполярный растворитель, используемый преимущественно для извлечения неполярных соединений, таких как липиды, воски и эфирные масла.
• Ацетон: Ацетон является полярным апротонным растворителем и эффективен для извлечения широкого спектра растительных соединений, особенно тех, которые менее полярны, чем соединения, извлекаемые водой или метанолом.
• Изопропанол: Полярный растворитель, сходный с этанолом, обычно используемый для извлечения эфирных масел, смол и некоторых алкалоидов.
• Хлороформ: Неполярный растворитель, эффективный для извлечения алкалоидов, терпеноидов и некоторых гликозидов. Применяется реже из-за своей токсичности.
• Этилацетат: Умеренно полярный растворитель, используемый для извлечения ряда соединений, включая флавоноиды, алкалоиды и фенольные соединения.
• Толуол: Неполярный растворитель, используемый для извлечения неполярных соединений, таких как эфирные масла, терпены и воски.
• Бутанол: Умеренно полярный растворитель, эффективный для извлечения соединений средней полярности, включая некоторые гликозиды и сапонины.
• Петролейный эфир: Неполярный растворитель, используемый преимущественно для извлечения жиров, масел и других неполярных соединений из растительного сырья.

Следующие растворители были испытаны в исследованиях ультразвуковой экстракции из конкретных видов растительного сырья и извлечения фитохимических веществ.

Что такое органические растворители?

Органический растворитель представляет собой разновидность летучих органических соединений (ЛОС). ЛОС – это органические химические вещества, испаряющиеся при комнатной температуре.
К органическим соединениям, используемым в качестве растворителей, относятся:

• ароматические соединения, например бензол и толуол
• спирты, например метанол
• сложные и простые эфиры
• кетоны, например ацетон
• амины
• нитрованные и галогенированные углеводороды

Многие органические растворители классифицируются как токсичные или канцерогенные. При неправильном обращении они могут быть опасны для человека и загрязнять воздух, воду и почву. Благодаря мощному механизму ультразвуковой экстракции можно избежать использования органических растворителей, заменив их более мягкими, нетоксичными растворителями.