Topila za ultrazvočno ekstrakcijo iz rastlin
- Ultrazvočna ekstrakcija ima številne prednosti, kot so visoki donosi, hitre stopnje ekstrakcije, prijaznost do okolja in nizka poraba energije.
- Ena najmočnejših prednosti je uporaba vode kot ekstrakcijskega medija. Vendar pa se ultrazvočno razbijanje lahko uporablja z različnimi sistemi topil, da se dosežejo vrhunski rezultati za ciljni ekstrakt.
- Optimalno topilo za ultrazvočno ekstrakcijo rastlinskih bioaktivnih snovi je izbrano glede na surovino.
Ultrazvočna ekstrakcija
Znano je, da ultrazvok moti celične strukture in izboljšuje prenos mase, s čimer se poveča ekstrakcija biospojin (npr. fenolov, karotenoidi).
Ker mehanski učinki ultrazvočnega razbijanja močno izboljšajo proces ekstrakcije zaradi izboljšanega prenosa mase, je uporaba organskih topil pogosto odveč. To pomeni, da je za ultrazvočno ekstrakcijo voda pogosto zadosten ekstrakcijski medij, ki ima številne prednosti, kot so poceni, nevarna, lahko dostopna in okolju prijazna.
Vendar pa je za specifične bioaktivne spojine mogoče najboljše rezultate doseči z ultrazvočno ekstrakcijo v kombinaciji s hlapnim topilom.
Pri izbiri pravega topila je treba upoštevati surovine (npr. sveže ali posušene, macerirane/zmlete rastlinske snovi ali rastlinske snovi v prahu) in ciljne snovi (npr. lipofilne, hidrofilne).
Rastlinski glicerin je idealno topilo za ekstrakcijo zaradi svojih nestrupenih, nedražilnih lastnosti in sposobnosti ohranjanja stabilnosti in moči občutljivih bioaktivnih spojin. Tako čisti glicerin kot mešanice glicerina in vode so koristna topila za proizvodnjo izvlečkov za dodatke in nutracevtike, ekstrakte okusov, aditive za živila in kozmetiko.
UIP2000hdT zvočnik za botanično ekstrakcijo v velikih serijah ali v linijskem obratovanju
V naslednji tabeli je navedenih več topil, ki so dobro uveljavljena ekstrakcijska topila in se uporabljajo za ultrazvočno ekstrakcijo iz rastlinskega materiala.
| etanol | Eno najpogostejših topil za botanično ekstrakcijo. Kot polarno topilo etanol raztopi polarne spojine, kot so alkaloidi in flavonoidi. |
| Voda | Univerzalno topilo, ki se pogosto uporablja za ekstrakcijo hidrofilnih spojin, kot so polisaharidi, beljakovine in nekateri glikozidi. |
| vodni etanol | Mešanica etanola in vode, to topilo lahko ekstrahira širok spekter polarnih in zmerno polarnih spojin, kar zagotavlja ravnovesje med močjo topila etanola in sposobnostjo vode za ekstrakcijo hidrofilnih spojin. Vodni etanol se lahko pripravi v različnih razmerjih, pri čemer se sposobnost raztapljanja prilagodi ciljnim spojinam. |
| Glicerin | Visoko polarno topilo, ki je uporabno za ekstrakcijo polarnih spojin in je lahko varnejša alternativa drugim polarnim topilom, ki se pogosto uporabljajo v tinkturah in ekstraktih, namenjenih za notranjo porabo. Preberite več o ekstrakciji fitokemikalij v glicerinu z uporabo ultrazvočne obdelave! |
| metanol | Visoko polarno topilo, učinkovito pri ekstrakciji široke palete rastlinskih spojin, vključno s fenoli, flavonoidi in nekaterimi alkaloidi. |
| Heksana | Nepolarno topilo, ki se uporablja predvsem za ekstrakcijo nepolarnih spojin, kot so lipidi, voski in eterična olja. |
| Acetona | Polarno aprotsko topilo, aceton, je učinkovito za ekstrakcijo širokega spektra rastlinskih spojin, zlasti tistih, ki so manj polarne od tistih, ki jih ekstrahiramo z vodo ali metanolom. |
| Izopropanola | Polarno topilo, podobno etanolu, ki se običajno uporablja za ekstrakcijo eteričnih olj, smol in nekaterih alkaloidov. |
| Klorofórm | Nepolarno topilo, učinkovito pri ekstrakciji alkaloidov, terpenoidov in nekaterih glikozidov. Zaradi svoje toksičnosti se manj pogosto uporablja. |
| Etilacetata | Zmerno polarno topilo, ki se uporablja za ekstrakcijo vrste spojin, vključno s flavonoidi, alkaloidi in fenoli. |
| Toluen | Nepolarno topilo, ki se uporablja za ekstrakcijo nepolarnih spojin, kot so eterična olja, terpeni in voski. |
| Butanol | Zmerno polarno topilo, učinkovito pri ekstrakciji spojin srednje polarnosti, vključno z nekaterimi glikozidi in saponini. |
| Naftni eter | Nepolarno topilo, ki se uporablja predvsem za ekstrakcijo maščob, olj in drugih nepolarnih spojin iz rastlinskih materialov. |
Močni ultrazvočni valovi motijo celično matrico bioloških struktur in sproščajo bioaktivne spojine. Prenos mase med rastlinskim materialom in topilom se okrepi. Zaradi teh mehanizmov je ultrazvočna ekstrakcija zelo učinkovita za botanično ekstrakcijo.
UP400ST ultrazvočni homogenizator Za zeliščno ekstrakcijo omogoča uporabo topila po vaši izbiri.
Ultrazvočni aparati za ekstrakcijo
Od laboratorijskih in namiznih ultrazvočnih naprav do polnih industrijskih ultrazvočnih ekstrakcijskih sistemov – Hielscher Ultrasonics je vaš dolgoletni izkušen partner, ko gre za zmogljive in zanesljive ultrazvočne naprave za uspešne procese ekstrakcije.
Naši ultrazvočni sistemi se pogosto uporabljajo v biokemičnih laboratorijih in farmacevtskih proizvodnih obratih. Ultrazvočne sonotrode in reaktorji so avtoklavni in izpolnjujejo standarde farmacevtske proizvodnje.
Hielscher industrijski sonikatorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude, da motijo celične matrike in sproščajo ciljne snovi. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Moč in robustnost Hielscher ultrazvočnih aparatov zagotavljata visoke donose, hitre hitrosti ekstrakcije in popolnejšo ekstrakcijo – odlični konvencionalni postopki ekstrakcije.
Naši ultrazvočni procesorji se lahko kombinirajo z običajnimi metodami ekstrakcije, kot so Soxhletova ekstrakcija ali superkritično ekstrakcijo CO2. Naknadno opremljanje obstoječih proizvodnih linij je enostavno izvedljivo.
Literatura / Reference
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Ultrazvočna ekstrakcija s kavitacijo
Intenzivni ultrazvočni valovi ustvarjajo akustična kavitacija v tekočinah. Kavitacijske strižne sile razbijejo celično steno in membrane, tako da se sprosti znotrajcelični material. Ultrazvočna ekstrakcija doseže večjo penetracijo topila v rastlinsko tkivo in izboljša prenos mase. S tem ultrazvočna ekstrakcija bistveno okrepi postopek ekstrakcije, kar ima za posledico višje donose, hitrejše hitrosti ekstrakcije in popolnejšo ekstrakcijo.
sistemi topil
Za ekstrakcijo bioaktivnih spojin iz rastlinskega materiala so na voljo različni sistemi topil. Za ekstrakcijo hidrofilnih spojin se izberejo predvsem polarna topila, kot so metanol, etanol ali etil-acetat, medtem ko so za ekstrakcijo lipofilnih spojin (npr. lipidov) zaželeni sistemi topil, kot sta diklorometan ali diklorometan/metanol (v/v 1:1). Heksan se pogosto uporablja kot topilo za ekstrakcijo klorofila.
Kaj so bioaktivne spojine?
Bioaktivne spojine ali fitokemikalije so opredeljene kot snovi, ki vplivajo na žive organizme, tkiva ali celice. Biološko aktivne snovi vključujejo antibiotike, encime in vitamine. Bioaktivne snovi, kot so karotenoidi in polifenoli, se lahko pridobivajo npr. iz sadja, listov in zelenjave, fitosteroli pa v rastlinskih oljih.
Bioaktivne spojine rastlinskega izvora vključujejo flavonoide, kofein, karotenoide, holin, ditioltione, fitosterole, polisaharide, fitoestrogene, glukozinolate, polifenole in antocianine. Številne bioaktivne snovi so cenjene, ker delujejo kot antioksidanti in se zato štejejo za koristne za zdravje.
Kako izbrati najboljše topilo za ekstrakcijo?
Spodnje smernice vam pomagajo izbrati primerno topilo za ultrazvočno botanično ekstrakcijo. Ker je ultrazvočno razbijanje združljivo s katerim koli standardnim topilom, lahko izberete topilo, ki je najbolj idealno za vašo rastlinsko surovino, ciljne fitokemikalije in stroškovno učinkovitost.
- Selektivnost: Izberite topilo, ki posebej raztopi želene spojine, medtem ko za seboj pusti neželene sestavine. Na primer, uporabite etanol za polarne spojine, kot so alkaloidi in flavonoidi.
- Topnost: Na podlagi načela “Kot se raztopi kot,” Izberite topilo s polarnostjo, podobno kot pri topili. Polarna topila (npr. voda, etanol) raztopijo polarne spojine, medtem ko nepolarna topila (npr. heksan) raztopijo nepolarne spojine, kot so lipidi in olja.
- Strošek: Upoštevajte stroškovno učinkovitost topila. Nekatera topila so lahko dražja, vendar ponujajo višje donose ali boljšo selektivnost, kar uravnava skupne stroške ekstrakcije.
- Varnost: Prepričajte se, da je vehikel varen za uporabo in rokovanje. Dejavniki vključujejo toksičnost, vnetljivost in vpliv na okolje. Na primer, voda in etanol sta varnejša izbira v primerjavi s kloroformom ali toluenom.
Polarnost in izbira topila
V skladu z zakonom podobnosti in intermiscibilnosti bodo topila z vrednostjo polarnosti, ki je blizu polarnosti topila, verjetno delovala bolje. Tukaj je nekaj primerov:
- Polarna topila: Voda, etanol, metanol – Uporablja se za ekstrakcijo polarnih spojin, kot so alkaloidi, flavonoidi, glikozidi in beljakovine.
- Zmerno polarna topila: Aceton, etil acetat, izopropanol – Primerno za ekstrakcijo širokega spektra spojin, vključno s fenoli in nekaterimi alkaloidi.
- Nepolarna topila: Heksan, toluen, naftni eter – Idealno za ekstrakcijo nepolarnih spojin, kot so lipidi, voski, terpeni in eterična olja.
Primeri uporabe topil
- Etanol: Eno najpogostejših topil za botanično ekstrakcijo. Kot polarno topilo etanol raztopi polarne spojine, kot so alkaloidi in flavonoidi.
- Voda: Univerzalno topilo, ki se pogosto uporablja za ekstrakcijo hidrofilnih spojin, kot so polisaharidi, beljakovine in nekateri glikozidi.
- Metanol: Visoko polarno topilo, učinkovito pri ekstrakciji široke palete rastlinskih spojin, vključno s fenoli, flavonoidi in nekaterimi alkaloidi.
- Heksana: Nepolarno topilo, ki se uporablja predvsem za ekstrakcijo nepolarnih spojin, kot so lipidi, voski in eterična olja.
- Acetona: Polarno aprotsko topilo, aceton, je učinkovito za ekstrakcijo širokega spektra rastlinskih spojin, zlasti tistih, ki so manj polarne od tistih, ki jih ekstrahiramo z vodo ali metanolom.
- Izopropanola: Polarno topilo, podobno etanolu, ki se običajno uporablja za ekstrakcijo eteričnih olj, smol in nekaterih alkaloidov.
- Klorofórm: Nepolarno topilo, učinkovito pri ekstrakciji alkaloidov, terpenoidov in nekaterih glikozidov. Zaradi svoje toksičnosti se manj pogosto uporablja.
- Etilacetata: Zmerno polarno topilo, ki se uporablja za ekstrakcijo vrste spojin, vključno s flavonoidi, alkaloidi in fenoli.
- Toluen: Nepolarno topilo, ki se uporablja za ekstrakcijo nepolarnih spojin, kot so eterična olja, terpeni in voski.
- Butanol: Zmerno polarno topilo, učinkovito pri ekstrakciji spojin srednje polarnosti, vključno z nekaterimi glikozidi in saponini.
- Naftni eter: Nepolarno topilo, ki se uporablja predvsem za ekstrakcijo maščob, olj in drugih nepolarnih spojin iz rastlinskih materialov.
Naslednja topila so bila preizkušena v raziskovalnih študijah, ki preučujejo ultrazvočno ekstrakcijo določenih rastlinskih materialov in fitokemikalij.
| topilo | Rastlina | Vrsta tkiva |
|---|---|---|
| Ocetna kislina / sečnina / cetiltrim-etilamonijev bromid | riž | otrobi |
| vodni etanol | Destilarno zrnje | žito |
| Vodni izopropanol | soja, oljna ogrščica | Semena |
| etanol | Saccharina japonica | – |
| Ledeniška aktična kislina | sirek | – |
| Fenol | Paradižnik / krompir / aloe vera / soja | cvetni prah / gomolj / list / seme |
| Fenol/amonijev acetat | ječmen / banana | koren / list |
| Fenol/amonijev acetat | avokado / paradižnik / pomaranča / banana / hruška / grozdje / jabolko / jagoda | Sadje |
| Fenol/metanol-amonijev acetat | iglavci / banana / jabolko / krompir | seme / plodovi |
| Natrijev dodecilsulfat/aceton | iglavci / krompir | seme / gomolj |
| Natrijev dodecil sulfat/TCA/aceton | jabolko / banana | tkivo |
| TCA | Fižol | prašnik |
| TCA/aceton | citrusi / soja / aloe vera | Leafs |
| TCA/aceton | soja / iglavci | Semena |
| TCA/aceton | paradižnik | cvetni prah |
| TCA/aceton/fenol | oljka / bambus / grozdje / limona | Leafs |
| TCA/aceton/fenol | jabolko / pomaranča / paradižnik | Sadje |
| Tiourea/sečnina | Soje | seme |
| Tiourea/sečnina | jabolko / banana | Tkiva |
| Pufer Tris-HCL | paradižnik | cvetni prah |
Kaj so organska topila?
Organsko topilo je vrsta hlapne organske spojine (HOS). HOS-ji so organske kemikalije, ki izhlapijo pri sobni temperaturi.
Organske spojine, ki se uporabljajo kot topila, vključujejo:
- aromatske spojine, npr. benzen in toluen
- alkoholi, npr. metanol
- estri in etri
- ketoni, npr. aceton
- Amini
- Nitrirani in halogenirani ogljikovodiki
Številna organska topila so razvrščena kot strupena ali rakotvorna. V primeru nepravilnega ravnanja so lahko nevarni za ljudi in lahko onesnažijo zrak, vodo in tla. Zaradi močnega mehanizma ultrazvočne ekstrakcije se lahko izognemo uporabi organskih topil in jih nadomestimo z blažjimi, nestrupenimi topili.
