Растворители для ультразвуковой экстракции из растений
- Ультразвуковая экстракция имеет множество преимуществ, таких как высокая производительность, высокая скорость экстракции, экологичность и низкое энергопотребление.
- Одним из самых сильных преимуществ является использование воды в качестве среды для экстракции. Тем не менее, ультразвуковая обработка может использоваться с различными системами растворителей для получения превосходных результатов для целевого экстракта.
- Оптимальный растворитель для ультразвуковой экстракции растительных биоактивных веществ выбирается с учетом сырья.
ультразвуковая экстракция
Хорошо известно, что ультразвук разрушает клеточные структуры и улучшает массообмен, тем самым повышая экстрагируемость биосоединений (например, фенольных соединений, каротиноидов).
Поскольку механические эффекты ультразвуковой обработки значительно усиливают процесс экстракции за счет улучшенного массообмена, использование органических растворителей часто является излишним. Это означает, что для ультразвуковой экстракции вода часто является достаточной экстракционной средой, которая имеет множество преимуществ, таких как недорогая, неопасная, легкодоступная и экологически чистая.
Однако для конкретных биологически активных соединений наилучшие результаты могут быть достигнуты при ультразвуковой экстракции в сочетании с летучим растворителем.
Для выбора подходящего растворителя необходимо учитывать сырье (например, свежий или сушеный, мацерированный/измельченный или порошкообразный растительный материал) и целевые вещества (например, липофильные, гидрофильные вещества).
В следующей таблице перечислены несколько растворителей, которые являются хорошо зарекомендовавшими себя экстракционными растворителями и используются для ультразвуковой экстракции из растительного сырья.
этанол | Один из самых распространенных растворителей для ботанической экстракции. В качестве полярного растворителя 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. |
Водный этанол | Представляя собой смесь этанола и воды, этот растворитель может экстрагировать широкий спектр полярных и умеренно полярных соединений, обеспечивая баланс между растворяющей способностью этанола и способностью воды извлекать гидрофильные соединения. Водный этанол можно получать в различных соотношениях, регулируя растворимость в соответствии с целевыми соединениями. |
глицерин | Высокополярный растворитель, который полезен для экстракции полярных соединений и может быть более безопасной альтернативой другим полярным растворителям, часто используется в настойках и экстрактах, предназначенных для внутреннего потребления. Узнайте больше об экстракции фитохимических веществ в глицерине с помощью ультразвуковой обработки! |
метанол | Высокополярный растворитель, эффективный при экстракции широкого спектра растительных соединений, включая фенолы, флавоноиды и некоторые алкалоиды. |
гексан | Неполярный растворитель, используемый в основном для экстракции неполярных соединений, таких как липиды, воски и эфирные масла. |
ацетон | Полярный апротонный растворитель, ацетон эффективен для экстракции широкого спектра растительных соединений, особенно тех, которые менее полярны, чем те, которые экстрагируются водой или метанолом. |
Изопропанол | Полярный растворитель, похожий на этанол, обычно используемый для экстракции эфирных масел, смол и некоторых алкалоидов. |
Хлороформ | Неполярный растворитель, эффективный при экстракции алкалоидов, терпеноидов и некоторых гликозидов. Он используется реже из-за своей токсичности. |
этилацетат | Умеренно полярный растворитель, используемый для экстракции ряда соединений, включая флавоноиды, алкалоиды и фенолы. |
толуол | Неполярный растворитель, используемый для экстракции неполярных соединений, таких как эфирные масла, терпены и воски. |
Бутанол | Умеренно полярный растворитель, эффективный при экстракции среднеполярных соединений, включая некоторые гликозиды и сапонины. |
Петролейный эфир | Неполярный растворитель, используемый в основном для извлечения жиров, масел и других неполярных соединений из растительного сырья. |
Ультразвуковые аппараты для экстракции
От лабораторных и настольных ультразвуковых устройств до полноценных промышленных ультразвуковых экстракционных систем – Hielscher Ultrasonics - ваш давний опытный партнер, когда речь идет о мощных и надежных ультразвуковых устройствах для успешных процессов экстракции.
Наши ультразвуковые системы широко используются в биохимических лабораториях и на фармацевтических заводах. Ультразвуковые сонотроды и реакторы являются автоклавируемыми и соответствуют стандартам фармацевтического производства.
Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher могут обеспечивать очень высокую амплитуду для разрушения клеточных матриц и высвобождения целевых веществ. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7. Мощность и надежность ультразвуковых аппаратов Hielscher обеспечивают высокую производительность, высокую скорость экстракции и более полную экстракцию – Превосходные традиционные процессы экстракции.
Наши ультразвуковые процессоры можно комбинировать с традиционными методами экстракции, такими как Экстракция по Сокслету или сверхкритическая экстракция CO2. Модернизация существующих производственных линий может быть легко выполнена.
Литература / Литература
- 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.
Факты, которые стоит знать
Ультразвуковая экстракция кавитацией
Генерируются интенсивные ультразвуковые волны акустическая кавитация в жидкостях. Кавитационные сдвиговые силы разрушают клеточную стенку и мембраны, в результате чего высвобождается внутриклеточный материал. Ультразвуковая экстракция обеспечивает большее проникновение растворителя в растительную ткань и улучшает массообмен. Таким образом, ультразвуковая экстракция значительно интенсифицирует процесс экстракции, что приводит к более высокому выходу, более высокой скорости экстракции и более полной экстракции.
Системы для растворителей
Для извлечения биологически активных соединений из растительного материала доступны различные системы растворителей. Для экстракции гидрофильных соединений выбирают в основном полярные растворители, такие как метанол, этанол или этилацетат, в то время как для экстракции липофильных соединений (например, липидов) предпочтительны системы растворителей, такие как дихлорметан или дихлорметан/метанол (v/v 1:1). Гексан часто используется в качестве растворителя для экстракции хлорофилла.
Что такое биологически активные соединения?
Биологически активные соединения или фитохимические вещества определяются как вещества, которые оказывают воздействие на живые организмы, ткани или клетки. К биологически активным веществам относятся антибиотики, ферменты и витамины. Биологически активные вещества, такие как каротиноиды и полифенолы, могут быть извлечены, например, из фруктов, листьев и овощей, в то время как фитостеролы содержатся в растительных маслах.
Биологически активные соединения растительного происхождения включают флавоноиды, кофеин, каротиноиды, холин, дитиолтионы, фитостеролы, полисахариды, фитоэстрогены, глюкозинолаты, полифенолы и антоцианы. Многие биологически активные вещества ценятся как антиоксиданты и поэтому считаются полезными для здоровья.
Как выбрать лучший растворитель для экстракции?
Приведенные ниже рекомендации помогут вам выбрать подходящий растворитель для ультразвуковой ботанической экстракции. Поскольку ультразвуковая обработка совместима с любым стандартным растворителем, вы можете выбрать растворитель, наиболее подходящий для вашего растительного сырья, целевых фитохимикатов и экономической эффективности.
- Избирательность: Выберите растворитель, который специально растворяет нужные соединения, оставляя при этом нежелательные компоненты. Например, используйте этанол для полярных соединений, таких как алкалоиды и флавоноиды.
- Растворимость: Основан на принципе “подобное растворяется как,” Выбирайте растворитель с полярностью, схожей с полярностью растворенного вещества. Полярные растворители (например, вода, этанол) растворяют полярные соединения, в то время как неполярные растворители (например, гексан) растворяют неполярные соединения, такие как липиды и масла.
- Стоить: Учитывайте экономическую эффективность растворителя. Некоторые растворители могут быть более дорогими, но обеспечивают более высокий выход или лучшую селективность, уравновешивая общую стоимость экстракции.
- Безопасность: Убедитесь, что растворитель безопасен для использования и обращения. К таким факторам относятся 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 смешиваемости, растворители со значением полярности, близким к полярности растворенного вещества, вероятно, будут работать лучше. Вот несколько примеров:
- Полярные растворители: Вода, этанол, метанол – Используется для извлечения полярных соединений, таких как алкалоиды, флавоноиды, гликозиды и белки.
- Умеренно полярные растворители: Ацетон, этилацетат, изопропанол – Подходит для извлечения широкого спектра соединений, включая фенолы и некоторые алкалоиды.
- Неполярные растворители: Гексан, толуол, петролейный эфир – Идеально подходит для экстракции неполярных соединений, таких как липиды, воски, терпены и эфирные масла.
Примеры использования растворителей
- Этанол: Один из самых распространенных растворителей для ботанической экстракции. В качестве полярного растворителя 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 при экстракции широкого спектра растительных соединений, включая фенолы, флавоноиды и некоторые алкалоиды.
- Гексан: Неполярный растворитель, используемый в основном для экстракции неполярных соединений, таких как липиды, воски и эфирные масла.
- Ацетон: Полярный апротонный растворитель, ацетон эффективен для экстракции широкого спектра растительных соединений, особенно тех, которые менее полярны, чем те, которые экстрагируются водой или метанолом.
- Изопропанол: Полярный растворитель, похожий на этанол, обычно используемый для экстракции эфирных масел, смол и некоторых алкалоидов.
- Хлороформ: Неполярный растворитель, эффективный при экстракции алкалоидов, терпеноидов и некоторых гликозидов. Он используется реже из-за своей токсичности.
- Этилацетат: Умеренно полярный растворитель, используемый для экстракции ряда соединений, включая флавоноиды, алкалоиды и фенолы.
- Толуол: Неполярный растворитель, используемый для экстракции неполярных соединений, таких как эфирные масла, терпены и воски.
- Бутанол: Умеренно полярный растворитель, эффективный при экстракции среднеполярных соединений, включая некоторые гликозиды и сапонины.
- Петролейный эфир: Неполярный растворитель, используемый в основном для извлечения жиров, масел и других неполярных соединений из растительного сырья.
Следующие растворители были протестированы в научных исследованиях, посвященных ультразвуковой экстракции конкретных растительных материалов и фитохимических веществ.
растворитель | Растение | Вид ткани |
---|---|---|
Уксусная кислота / мочевина / цетилтрим-этиламмония бромид | рис | отруби |
Водный этанол | Бардышня | зерно |
Водный изопропанол | соя, рапс | Семена |
этанол | Сахарина японская | – |
Ледяная уксусная кислота | сорго | – |
Фенол | Помидор / Картофель / Алоэ Вера / Соя | пыльца / клубень / лист / семена |
Фенол/ацетат аммония | ячмень / банан | корень / лист |
Фенол/ацетат аммония | Авокадо / Помидор / Апельсин / Банан / Груша / Виноград / Яблоко / Клубника | фрукты |
Фенол/метанол-аммонийацетат | хвойный / банан / яблоко / картофель | Семена / плоды |
Додецилсульфат/ацетон натрия | хвойный / картофель | семя/клубень |
Додецилсульфат натрия/ТСА/ацетон | яблоко / банан | ткань |
ТСА | фасоль | пыльник |
ТСА/ацетон | цитрусовые / соевые бобы / алоэ вера | Лифс |
ТСА/ацетон | соя / хвойные | Семена |
ТСА/ацетон | помидор | пыльцевое зерно |
ТСА/ацетон/фенол | Олива / Бамбук / Виноград / Лимон | Лифс |
ТСА/ацетон/фенол | яблоко / апельсин / помидор | фрукты |
Тиомочевина/мочевина | соя | семя |
Тиомочевина/мочевина | яблоко / банан | Тканей |
Буфер Tris-HCL | помидор | пыльцевое зерно |
Что такое органические растворители?
Органический растворитель — это разновидность летучих органических соединений (ЛОС). ЛОС — это органические химические вещества, которые испаряются при комнатной температуре.
К органическим соединениям, используемым в качестве растворителей, относятся:
- ароматические соединения, например, бензол и толуол
- спирты, например, метанол
- Сложные эфиры и эфиры
- кетоны, например, ацетон
- амины
- Нитрированные и галогенированные углеводороды
Многие органические растворители классифицируются как токсичные или канцерогенные. При неправильном обращении они могут быть опасны для человека и могут загрязнять воздух, воду и почву. Благодаря мощному механизму ультразвуковой экстракции можно избежать использования органических растворителей, заменив их более мягкими, нетоксичными растворителями.