Rozpúšťadlá na ultrazvukovú extrakciu z rastlín
- Ultrazvuková extrakcia má mnoho výhod, ako sú vysoké výnosy, rýchle rýchlosti extrakcie, šetrnosť k životnému prostrediu a nízka spotreba energie.
- Jednou z najsilnejších výhod je použitie vody ako extrakčného média. Sonikácia sa však môže použiť s rôznymi rozpúšťadlovými systémami, aby sa dosiahli vynikajúce výsledky pre cieľový extrakt.
- Optimálne rozpúšťadlo na ultrazvukovú extrakciu rastlinných bioaktívnych látok sa volí vzhľadom na surovinu.
ultrazvuková extrakcia
Ultrazvuk je dobre známy tým, že narúša bunkové štruktúry a zlepšuje prenos hmoty, čím zvyšuje extrakovateľnosť biozlúčenín (napr. fenolov, karotenoidov).
Keďže mechanické účinky sonikácie výrazne zlepšujú proces extrakcie vďaka zlepšenému prenosu hmoty, použitie organických rozpúšťadiel je často zbytočné. To znamená, že pre ultrazvukovú extrakciu je voda často dostatočným extrakčným médiom, ktoré má mnoho výhod, ako je lacná, bezpečná, ľahko dostupná a šetrná k životnému prostrediu.
Pre špecifické bioaktívne zlúčeniny však najlepšie výsledky možno dosiahnuť ultrazvukovou extrakciou v kombinácii s prchavým rozpúšťadlom.
Pri výbere správneho rozpúšťadla je potrebné zvážiť surovinu (napr. čerstvý alebo sušený, macerovaný/mletý alebo práškový rastlinný materiál) a cieľové látky (napr. lipofilné, hydrofilné).
Rastlinný glycerín je ideálnym extrakčným rozpúšťadlom vďaka svojim netoxickým, nedráždivým vlastnostiam a schopnosti zachovať stabilitu a účinnosť citlivých bioaktívnych zlúčenín. Čistý glycerín aj zmesi glycerínu a vody sú užitočnými rozpúšťadlami na výrobu extraktov pre doplnky a nutraceutiká, aromatických extraktov, potravinárskych prídavných látok a kozmetiky.
Ultrazvuk UIP2000hdT na botanickú extrakciu vo veľkých dávkach alebo v inline prevádzke
V nasledujúcej tabuľke je uvedených niekoľko rozpúšťadiel, ktoré sú dobre zavedenými extrakčnými rozpúšťadlami a používajú sa na ultrazvukovú extrakciu z rastlinného materiálu.
| etanol | Jedno z najbežnejších rozpúšťadiel na botanickú extrakciu. Ako polárne rozpúšťadlo etanol rozpúšťa polárne zlúčeniny, ako sú alkaloidy a flavonoidy. |
| Voda | Univerzálne rozpúšťadlo, ktoré sa často používa na extrakciu hydrofilných zlúčenín, ako sú polysacharidy, proteíny a niektoré glykozidy. |
| vodný etanol | Toto rozpúšťadlo, zmes etanolu a vody, dokáže extrahovať širokú škálu polárnych a stredne polárnych zlúčenín, čím poskytuje rovnováhu medzi rozpúšťadlovým výkonom etanolu a schopnosťou vody extrahovať hydrofilné zlúčeniny. Vodný etanol sa môže pripraviť v rôznych pomeroch, pričom sa kapacita rozpúšťania upravuje cieľovým zlúčeninám. |
| glycerín | Vysoko polárne rozpúšťadlo, ktoré je užitočné na extrakciu polárnych zlúčenín a môže byť bezpečnejšou alternatívou k iným polárnym rozpúšťadlám, často používaným v tinktúrach a extraktoch určených na vnútornú spotrebu. Prečítajte si viac o extrakcii fytochemikálií v glyceríne pomocou sonikácie! |
| metanol | Vysoko polárne rozpúšťadlo účinné pri extrakcii širokej škály rastlinných zlúčenín vrátane fenolov, flavonoidov a niektorých alkaloidov. |
| hexán | Nepolárne rozpúšťadlo používané predovšetkým na extrakciu nepolárnych zlúčenín, ako sú lipidy, vosky a éterické oleje. |
| acetón | Polárne aprotické rozpúšťadlo, acetón, je účinný na extrakciu širokej škály rastlinných zlúčenín, najmä tých, ktoré sú menej polárne ako tie, ktoré sa extrahujú vodou alebo metanolom. |
| Izopropanolu | Polárne rozpúšťadlo podobné etanolu, bežne používané na extrakciu éterických olejov, živíc a niektorých alkaloidov. |
| Chloroform | Nepolárne rozpúšťadlo účinné pri extrakcii alkaloidov, terpenoidov a niektorých glykozidov. Menej často sa používa kvôli svojej toxicite. |
| etylacetát | Stredne polárne rozpúšťadlo používané na extrakciu celého radu zlúčenín vrátane flavonoidov, alkaloidov a fenolov. |
| toluén | Nepolárne rozpúšťadlo používané na extrakciu nepolárnych zlúčenín, ako sú éterické oleje, terpény a vosky. |
| Butanol | Stredne polárne rozpúšťadlo účinné pri extrakcii zlúčenín so strednou polaritou vrátane niektorých glykozidov a saponínov. |
| Ropný éter | Nepolárne rozpúšťadlo primárne používané na extrakciu tukov, olejov a iných nepolárnych zlúčenín z rastlinných materiálov. |
Silné ultrazvukové vlny narúšajú bunkovú matricu biologických štruktúr a uvoľňujú bioaktívne zlúčeniny. Prenos hmoty medzi rastlinným materiálom a rozpúšťadlom sa zintenzívňuje. Vďaka týmto mechanizmom je ultrazvuková extrakcia vysoko účinná na botanickú extrakciu.
UP400ST ultrazvukový homogenizátor Pre bylinnú extrakciu umožňuje použiť rozpúšťadlo podľa vášho výberu.
Ultrazvukové prístroje na extrakciu
Od laboratórnych a stolových ultrazvukových zariadení až po plne priemyselné ultrazvukové extrakčné systémy – Spoločnosť Hielscher Ultrasonics je vaším dlhoročným skúseným partnerom, pokiaľ ide o výkonné a spoľahlivé ultrazvukové zariadenia pre úspešné extrakčné procesy.
Naše ultrazvukové systémy sú široko používané v biochemických laboratóriách a farmaceutických výrobných závodoch. Ultrazvukové sonotródy a reaktory sú autoklávovateľné a spĺňajú štandardy farmaceutickej výroby.
Priemyselné sonikátory Hielscher môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy, aby narušili bunkové matrice a uvoľnili cielené látky. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Výkon a robustnosť ultrazvukových prístrojov Hielscher zaisťuje vysoké výnosy, rýchle rýchlosti extrakcie a úplnejšiu extrakciu – vynikajúce konvenčné extrakčné procesy.
Naše ultrazvukové procesory je možné kombinovať s konvenčnými extrakčnými metódami, ako sú Soxhletova extrakcia alebo superkritická extrakcia CO2. Dodatočné vybavenie existujúcich výrobných liniek je možné ľahko zrealizovať.
Literatúra / Referencie
- 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Ultrazvuková extrakcia kavitáciou
Vytvárajú intenzívne ultrazvukové vlny akustická kavitácia v kvapalinách. Kavitačné šmykové sily rozbíjajú bunkovú stenu a membrány, takže sa uvoľňuje intracelulárny materiál. Ultrazvuková extrakcia dosahuje väčšie prenikanie rozpúšťadla do rastlinného tkaniva a zlepšuje prenos hmoty. Ultrazvuková extrakcia tým výrazne zintenzívňuje proces extrakcie, čo vedie k vyšším výťažkom, rýchlejšej rýchlosti extrakcie a úplnejšej extrakcii.
Rozpúšťadlové systémy
Na extrakciu bioaktívnych zlúčenín z rastlinného materiálu sú k dispozícii rôzne rozpúšťadlové systémy. Na extrakciu hydrofilných zlúčenín sa vyberajú najmä polárne rozpúšťadlá, ako je metanol, etanol alebo etylacetát, zatiaľ čo na extrakciu lipofilných zlúčenín (napr. lipidov) sa uprednostňujú rozpúšťadlové systémy, ako je dichlórmetán alebo dichlórmetán/metanol (v/v 1:1). Hexán sa často používa ako rozpúšťadlo na extrakciu chlorofylu.
Čo sú bioaktívne zlúčeniny?
Bioaktívne zlúčeniny alebo fytochemikálie sú definované ako látky, ktoré majú vplyv na živé organizmy, tkanivá alebo bunky. Medzi biologicky aktívne látky patria antibiotiká, enzýmy a vitamíny. Bioaktívne látky, ako sú karotenoidy a polyfenoly, sa môžu extrahovať napr. z ovocia, listov a zeleniny, zatiaľ čo fytosteroly sa nachádzajú v rastlinných olejoch.
Bioaktívne zlúčeniny rastlinného pôvodu zahŕňajú flavonoidy, kofeín, karotenoidy, cholín, ditioltióny, fytosteroly, polysacharidy, fytoestrogény, glukozinoláty, polyfenoly a antokyány. Mnohé bioaktívne látky sú cenené pre to, že pôsobia ako antioxidanty, a preto sa považujú za prospešné pre zdravie.
Ako si vyberiem najlepšie extrakčné rozpúšťadlo?
Nižšie uvedené pokyny vám pomôžu vybrať vhodné rozpúšťadlo na ultrazvukovú botanickú extrakciu. Keďže sonikácia je kompatibilná s akýmkoľvek štandardným rozpúšťadlom, môžete si vybrať rozpúšťadlo, ktoré je najideálnejšie pre vašu rastlinnú surovinu, cielené fytochemikálie a nákladovú efektívnosť.
- Selektívnosť: Vyberte rozpúšťadlo, ktoré špecificky rozpúšťa požadované zlúčeniny a zároveň zanecháva nežiaduce zložky. Napríklad použite etanol na polárne zlúčeniny, ako sú alkaloidy a flavonoidy.
- Rozpustnosť: Na základe princípu “ako sa rozpúšťa ako,” Vyberte si rozpúšťadlo s polaritou podobnou rozpustenej látke. Polárne rozpúšťadlá (napr. voda, etanol) rozpúšťajú polárne zlúčeniny, zatiaľ čo nepolárne rozpúšťadlá (napr. hexán) rozpúšťajú nepolárne zlúčeniny, ako sú lipidy a oleje.
- Stáť: Zvážte nákladovú efektívnosť rozpúšťadla. Niektoré rozpúšťadlá môžu byť drahšie, ale ponúkajú vyššie výťažky alebo lepšiu selektivitu, čím sa vyrovnávajú celkové náklady na extrakciu.
- Bezpečnosť: Uistite sa, že rozpúšťadlo je bezpečné na použitie a manipuláciu. Medzi faktory patrí toxicita, horľavosť a vplyv na životné prostredie. Napríklad voda a etanol sú bezpečnejšou voľbou v porovnaní s chloroformom alebo toluénom.
Polarita a výber rozpúšťadla
Podľa zákona podobnosti a intermiskibility budú rozpúšťadlá s hodnotou polarity blízkou polarite rozpustenej látky pravdepodobne fungovať lepšie. Tu je niekoľko príkladov:
- Polárne rozpúšťadlá: Voda, etanol, metanol – Používa sa na extrakciu polárnych zlúčenín, ako sú alkaloidy, flavonoidy, glykozidy a bielkoviny.
- Stredne polárne rozpúšťadlá: Acetón, etylacetát, izopropanol – Vhodný na extrakciu širokej škály zlúčenín vrátane fenolov a niektorých alkaloidov.
- Nepolárne rozpúšťadlá: Hexán, toluén, ropný éter – Ideálne na extrakciu nepolárnych zlúčenín, ako sú lipidy, vosky, terpény a esenciálne oleje.
Príklady použitia rozpúšťadiel
- Etanol: Jedno z najbežnejších rozpúšťadiel na botanickú extrakciu. Ako polárne rozpúšťadlo etanol rozpúšťa polárne zlúčeniny, ako sú alkaloidy a flavonoidy.
- Voda: Univerzálne rozpúšťadlo, ktoré sa často používa na extrakciu hydrofilných zlúčenín, ako sú polysacharidy, proteíny a niektoré glykozidy.
- Metanol: Vysoko polárne rozpúšťadlo účinné pri extrakcii širokej škály rastlinných zlúčenín vrátane fenolov, flavonoidov a niektorých alkaloidov.
- Hexán: Nepolárne rozpúšťadlo používané predovšetkým na extrakciu nepolárnych zlúčenín, ako sú lipidy, vosky a éterické oleje.
- Acetón: Polárne aprotické rozpúšťadlo, acetón, je účinný na extrakciu širokej škály rastlinných zlúčenín, najmä tých, ktoré sú menej polárne ako tie, ktoré sa extrahujú vodou alebo metanolom.
- Izopropanolu: Polárne rozpúšťadlo podobné etanolu, bežne používané na extrakciu éterických olejov, živíc a niektorých alkaloidov.
- Chloroform: Nepolárne rozpúšťadlo účinné pri extrakcii alkaloidov, terpenoidov a niektorých glykozidov. Menej často sa používa kvôli svojej toxicite.
- Etylacetát: Stredne polárne rozpúšťadlo používané na extrakciu celého radu zlúčenín vrátane flavonoidov, alkaloidov a fenolov.
- Toluén: Nepolárne rozpúšťadlo používané na extrakciu nepolárnych zlúčenín, ako sú éterické oleje, terpény a vosky.
- Butanol: Stredne polárne rozpúšťadlo účinné pri extrakcii zlúčenín so strednou polaritou vrátane niektorých glykozidov a saponínov.
- Ropný éter: Nepolárne rozpúšťadlo primárne používané na extrakciu tukov, olejov a iných nepolárnych zlúčenín z rastlinných materiálov.
Nasledujúce rozpúšťadlá boli testované vo výskumných štúdiách skúmajúcich ultrazvukovú extrakciu špecifických rastlinných materiálov a fytochemikálií.
| rozpúšťadlo | Rastlina | Druh tkaniva |
|---|---|---|
| Kyselina octová / močovina / cetyltrim-etylamónny bromid | ryža | otruby |
| vodný etanol | liehovarnícke obilie | obilie |
| Vodný izopropanol | sója, repka | semená |
| etanol | Saccharina japonica | – |
| Ľadovcová kyselina aktová | cirok | – |
| Fenol | paradajka / zemiaky / aloe vera / sója | peľ / hľuza / list / semeno |
| Fenol/octan amónny | jačmeň / banán | koreň / list |
| Fenol/octan amónny | avokádo / paradajka / pomaranč / banán / hruška / hrozno / jablko / jahoda | ovocie |
| Fenol/metanol-octan amónny | ihličnaté / banány / jablká / zemiaky | semeno / plody |
| Dodecylsulfát sodný/acetón | ihličnaté / zemiaky | semeno / hľuza |
| Dodecylsulfát sodný/TCA/acetón | jablko / banán | tkanivo |
| TCA | fazuľa | prašník |
| TCA/acetón | citrusy / sójové bôby / aloe vera | Listy |
| TCA/acetón | sója / ihličnaté | semená |
| TCA/acetón | paradajka | peľové zrno |
| TCA/acetón/fenol | oliva / bambus / hrozno / citrón | Listy |
| TCA/acetón/fenol | jablko / pomaranč / paradajka | ovocie |
| Tiomočovina/močovina | Sójový | semeno |
| Tiomočovina/močovina | jablko / banán | Tkanív |
| Vyrovnávacia pamäť Tris-HCL | paradajka | peľové zrno |
Čo sú organické rozpúšťadlá?
Organické rozpúšťadlo je druh prchavej organickej zlúčeniny (VOC). VOC sú organické chemikálie, ktoré sa odparujú pri izbovej teplote.
Organické zlúčeniny používané ako rozpúšťadlá zahŕňajú:
- aromatické zlúčeniny, napr. benzén a toluén
- alkoholy, napr. metanol
- estery a étery
- ketóny, napr. acetón
- amíny
- nitrátované a halogénované uhľovodíky
Mnohé organické rozpúšťadlá sú klasifikované ako toxické alebo karcinogénne. V prípade nesprávnej manipulácie môžu byť nebezpečné pre ľudí a môžu kontaminovať vzduch, vodu a pôdu. Vďaka silnému mechanizmu ultrazvukovej extrakcie sa dá vyhnúť použitiu organických rozpúšťadiel ich nahradením miernejšími, netoxickými rozpúšťadlami.
