Ultrazvuková extrakcia s použitím hlboko eutektických rozpúšťadiel

Hlboké eutektické rozpúšťadlá (DES) a prírodné hlboké eutektické rozpúšťadlá (NADES) sú výkonné, prispôsobiteľné a ekologické extrakčné médiá pre rastlinné látky, potraviny, nutraceutiká, kozmetiku a farmaceutické zložky. Sonikátory typu sondy spoločnosti Hielscher zintenzívňujú extrakciu DES urýchlením prenosu hmoty, narušením štruktúr rastlinných buniek a zlepšením penetrácie rozpúšťadla – a to aj pri práci s viskóznymi systémami rozpúšťadiel, ako sú NADES na báze glycerolu.

Či už v laboratóriu testujete zloženie rozpúšťadiel, optimalizujete parametre extrakcie pre konkrétnu fytochemikáliu alebo prechádzate na kontinuálnu inline výrobu, ultrazvukové extraktory spoločnosti Hielscher ponúkajú reprodukovateľnú reguláciu amplitúdy, spoľahlivú prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni a škálovateľné spracovanie od mililitrov až po priemyselné prietoky.

Prečo si výrobcovia extraktov vyberajú spoločnosť Hielscher pre extrakciu DES

• Vyššia účinnosť extrakcie polyfenolov, flavonoidov, kanabinoidov, terpenov, antokyanov a ďalších bioaktívnych látok
• Rýchlejšia extrakcia v porovnaní s bežnou maceráciou a extrakciou rozpúšťadlom v miešanej nádrži
• Kompatibilný s DES, NADES, glycerínom, vodou, etanolom a zmesami rozpúšťadiel
• Efektívne spracovanie vysoko viskóznych rozpúšťadiel pomocou ultrazvukovej sonikácie s vysokou amplitúdou
• Systémy s dávkovaním, recirkuláciou a nepretržitým prietokom
• Presné riadenie amplitúdy, prívodu energie, teploty a dĺžky procesu
• Jednoduché rozšírenie od overovania realizovateľnosti cez pilotnú fázu až po plnohodnotnú priemyselnú výrobu

Prečo ultrazvuková extrakcia zlepšuje výťažnosť DES a NADES

Extrakcia ultrazvukovou sondou pomocou hlbokých eutektických rozpúšťadiel a prírodných hlbokých eutektických rozpúšťadiel môže ponúknuť niekoľko výhod pri extrakcii bioaktívnych zlúčenín. Jednou z hlavných výhod je zvýšená účinnosť extrakcie fenolových zlúčenín a iných fytochemikálií z prírodných zdrojov. Hĺbkové eutektické rozpúšťadlá sú známe vysokou účinnosťou extrakcie, ktorú je možné dokonca zvýšiť ultrazvukom asistovanou extrakciou. Vďaka svojej netoxicite sú skvelou voľbou rozpúšťadiel pre farmaceutické a potravinárske výrobky. Vďaka tomu je ultrazvuková extrakcia pomocou hlbokých eutektických rozpúšťadiel zelenou a udržateľnou metódou na regeneráciu bioaktívnych zlúčenín. Bolo vedecky dokázané, že synergické použitie ultrazvuku s hlbokými eutektickými rozpúšťadlami vedie k vyšším výťažkom rôznych bioaktívnych zlúčenín. Celkovo ultrazvuková extrakcia typu sondy pomocou hlbokých eutektických rozpúšťadiel a prírodných hlbokých eutektických rozpúšťadiel poskytuje efektívnejší a ekologickejší prístup k extrakcii bioaktívnych zlúčenín.

Ultrazvuková extrakcia antokyanov pomocou DES

Antokyány sú cenné prírodné farbivá a antioxidanty, ktoré sa nachádzajú v čiernej mrkve, bobuľovom ovocí, hrozne, fialovej kukurici a iných rastlinných surovinách. Hlboké eutektické rozpúšťadlá sú na extrakciu antokyánov veľmi vhodné, pretože ich sieť vodíkových väzieb je možné prispôsobiť tak, aby spĺňala požiadavky týchto farbív na polaritu a stabilitu. V kombinácii s ultrazvukom sondového typu sa extrakcia DES stáva výrazne efektívnejšou: ultrazvuková kavitácia narúša štruktúry rastlinných buniek, zlepšuje penetráciu rozpúšťadla a urýchľuje uvoľňovanie antokyanov do extrakčného média. Štúdia o antokyanoch z čiernej mrkvy s použitím sonikátora UP400St ukazuje, že DES na báze chloridu cholínu, najmä v kombinácii s extrakciou podporovanou ultrazvukom, môže poskytnúť udržateľnú a účinnú alternatívu k bežnej extrakcii okysleným etanolom alebo metanolom. (porov. Türker et al., 2021)

Ultrazvuková extrakcia polyfenolov pomocou DES

Polyfenoly, vrátane flavonoidov, fenolových kyselín a príbuzných antioxidačných zlúčenín, sú dôležitými cieľovými molekulami pri extrakcii v botanike, potravinárstve, nutraceutike a kozmetike. Hlboké eutektické rozpúšťadlá na báze glycerolu sú obzvlášť atraktívne pre získavanie polyfenolov, pretože ich polarita a schopnosť vytvárať vodíkové väzby podporujú rozpustnosť fenolických zlúčenín. Ultrazvuk typu sondy ďalej zintenzívňuje tento proces zvýšením prenosu hmoty, skrátením času extrakcie a zlepšením kontaktu medzi hlbokým eutektickým rozpúšťadlom a rastlinnou matricou.
V rámci výskumnej štúdie sa použil DES na báze glycerolu a octanu amónneho v kombinácii s extrakciou podporovanou ultrazvukom pri optimalizovaných parametroch, ako sú teplota, koncentrácia DES a amplitúda ultrazvuku. Výsledok preukázal, že ultrazvuková extrakcia DES umožnila efektívne získanie celkových fenolov, flavonoidov a antioxidačnej aktivity z plodov chinaberry, čím sa preukázal potenciál ultrazvukovej extrakcie s použitím DES ako ekologickej extrakčnej metódy pre priemyselné spracovanie rastlinných surovín. (porov. Jamshed et al., 2022)

Čo sú hlboké eutektické rozpúšťadlá (DES)?

Hlboké eutektické rozpúšťadlá (DES) sú zmesi pozostávajúce z aspoň jedného akceptora vodíkových väzieb (HBA) a jedného donora vodíkových väzieb (HBD), medzi ktoré patria karboxylové kyseliny a iné obnoviteľné zlúčeniny. Podľa Caiho a kol. (2019), “Silná interakcia vo forme vodíkových väzieb medzi HBA a HBD je najdôležitejším faktorom pri tvorbe DES.” [Cai a kol. 2019]
Pre donory vodíkových väzieb sa často používajú zlúčeniny ako cukry, aminokyseliny, karboxylové kyseliny (napr. kyselina benzoová, kyselina citrónová, kyselina jantárová) alebo amíny (napr. močovina, benzamid). Chemický interakčný potenciál donorov vodíkových väzieb je hlavným faktorom prispievajúcim k tvorbe a účinnosti hlbokých eutektických rozpúšťadiel. Halogenidové soli, ako je cholínchlorid alebo chlorid zinočnatý, sa môžu použiť aj v spojení s donormi vodíkových väzieb. Ďalšie hlboké eutektické rozpúšťadlá na báze cholínchloridu sú tvorené kyselinou malónovou, fenolom alebo glycerínom. V dôsledku silných interakcií vodíkových väzieb sa teplota topenia hlbokých eutektických rozpúšťadiel výrazne znižuje v porovnaní s ich jednotlivými zložkami. Na rozdiel od bežných rozpúšťadiel (napr. etanol, metanol, hexán, bután atď.) sú hlboké eutektické rozpúšťadlá neprchavé, čo znamená, že majú veľmi nízky tlak pár, a preto sú ťažko horľavé. Toxicita hlbokých eutektických rozpúšťadiel je nízka, ich biologická odbúrateľnosť je vysoká a potrebné prekurzory sú lacné, ľahko a hojne dostupné, ako aj obnoviteľné.
Prírodné hĺbkové eutektické rozpúšťadlá (NADES) sú ešte ekologickejšie, pretože všetky prekurzory pochádzajú z prírodných zdrojov. Hlboké eutektické rozpúšťadlá tiež ponúkajú laditeľnú solventnosť na základe chémie rozpustenej látky a druhov použitých na vytvorenie hlbokých eutektických rozpúšťadiel. Niektoré prírodné hlboké eutektické rozpúšťadlá vykazujú vysokú viskozitu, a preto nie sú veľmi vhodné na dávkovú extrakciu. Prírodné hlboké eutektické rozpúšťadlá s vyššou viskozitou sa však dajú úspešne aplikovať ako rozpúšťadlá pri ultrazvukovej prietokovej extrakcii.

Nasledujúca tabuľka ukazuje niekoľko príkladných zložení prírodných hlbokých eutektických rozpúšťadiel (NADES) na extrakciu fytochemikálií:

Ako funguje ultrazvuková extrakcia hlbokými eutektickými rozpúšťadlami?

Ultrazvuková extrakcia je založená na sonomechanických účinkoch vysokointenzívneho, nízkofrekvenčného ultrazvuku. Na podporu a zintenzívnenie extrakcie botanických zlúčenín (t. j. bioaktívnych látok) prostredníctvom ultrazvuku sa vysokovýkonné ultrazvukové vlny spájajú pomocou ultrazvukovej sondy (nazývanej aj ultrazvukový roh alebo sonotroda) do kvapalného média, t. j. suspenzie pozostávajúcej z botanickej suroviny a (prírodného) hlbokého eutektického rozpúšťadla. Ultrazvukové vlny prechádzajú kvapalinou a vytvárajú striedavé nízkotlakové / vysokotlakové cykly. Počas nízkotlakových cyklov vznikajú nepatrné vákuové bubliny (tzv. kavitačné bubliny), ktoré rastú počas niekoľkých tlakových cyklov. Počas týchto cyklov rastu bublín sa rozpustené plyny v kvapaline dostanú do vákuovej bubliny, takže vákuová bublina sa premení na rastúce bubliny plynu. Po raste počas niekoľkých cyklov dosiahnu vákuové bubliny určitú veľkosť, pri ktorej nemôžu absorbovať viac energie, takže počas vysokotlakového cyklu prudko implodujú. Implózia bublín je charakterizovaná intenzívnymi kavitačnými silami, vrátane veľmi vysokej teploty a tlaku dosahujúceho až 4000 K a 1000 atm; ako aj zodpovedajúce vysoké teplotné a tlakové rozdiely. Tieto ultrazvukom generované turbulencie a šmykové sily rozbíjajú rastlinné bunky a uvoľňujú intracelulárne bioaktívne zlúčeniny do (prírodného) hlbokého eutektického rozpúšťadla. Ultrazvuková extrakcia otvára bunkovú štruktúru rastlín a zintenzívňuje prenos hmoty medzi rastlinným materiálom a rozpúšťadlom. Sonikácia tým podporuje účinnosť prírodných hlbokých eutektických rozpúšťadiel. Ultrazvuková extrakcia (prírodnými) hlbokými eutektickými rozpúšťadlami vedie k mimoriadne vysokým výťažkom vo veľmi krátkom čase spracovania.

Výkonové ultrazvukové vlny narúšajú bunkovú štruktúru rastlín, uvoľňujú bioaktívne zlúčeniny a podporujú prenos hmoty medzi rastlinným materiálom a rozpúšťadlom (napr. hlboké eutektické rozpúšťadlá).

Kombinácia ultrazvukovej extrakcie s (prírodnými) hlbokými eutektickými rozpúšťadlami vám dáva možnosť skombinovať proces zintenzívňujúcu silu ultrazvuku s pozoruhodnými solubilizačnými účinkami a vynikajúcou dizajnovateľnosťou hlbokých eutektických rozpúšťadiel. Vďaka vynikajúcej účinnosti ultrazvukovej extrakcie, Ultrazvukové prístroje sa úspešne používajú aj na extrakciu vody.
Kontaktujte nás teraz a dozviete sa viac o výkonnej aplikácii ultrazvukovej extrakcie pomocou hlbokých eutektických rozpúšťadiel!

Ultrazvukové extrakčné zariadenia pre laboratórnu, pilotnú a priemyselnú extrakciu DES

Ultrazvuková extrakcia je spoľahlivá technológia spracovania, ktorá uľahčuje a urýchľuje výrobu vysokokvalitných extraktov z rôznych botanických a akýchkoľvek rozpúšťadiel. Ultrazvuková extrakcia je vysoko kompatibilná s (prírodnými) hlbokými eutektickými rozpúšťadlami, ktoré sú priaznivé vďaka svojej vynikajúcej rozpustnej schopnosti, dizajnovateľnosti extraktu, udržateľnosti, biologickej odbúrateľnosti a šetrnosti k životnému prostrediu. Kombinácia procesnej intenzifikácie výkonového ultrazvuku s výhodami (prírodných) hlbokých eutektických rozpúšťadiel dáva tejto procesnej technológii nadradenosť na mnohých úrovniach. Portfólio spoločnosti Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rad od kompaktných laboratórnych ultrazvukov až po priemyselné extrakčné systémy. Všetky sú samozrejme vhodné na extrakciu hlbokými eutektickými rozpúšťadlami.
Náš dlhoročný skúsený personál vám pomôže od testov uskutočniteľnosti a optimalizácie procesov až po inštaláciu vášho ultrazvukového systému na úrovni finálnej výroby.