Ултразвучна екстракција помоћу дубоких еутектичких растварача
Дубоки еутектички растварачи (DES) и природни дубоки еутектички растварачи (NADES) су снажна, подесива и еколошки прихватљива средства за екстракцију биљака, хране, нутрацевтика, козметике и фармацеутских састојака. Хилсчер сондикатори типа сонде интензивирају DES екстракцију убрзавајући масовни пренос, нарушавајући структуре биљних ћелија и побољшавајући продор растварача – чак и при раду са вискозним растворима као што су NADES базирани на глицеролу.
Без обзира да ли вршите скрининг формулација растварача у лабораторији, оптимизујете параметре екстракције за специфичан фитохемијски састојак или прелазите на континуирану индустријску производњу, Хилсчер ултразвучни екстрактори обезбеђују репродуктивну контролу амплитуде, поуздан рад 24/7 и скалабилну прераду од милилитара до индустријских количина протока.
Зашто произвођачи екстраката бирају Hielscher за DES екстракцију
- Виша ефикасност екстракције за полифеноле, флавоноиде, канабиноиде, терпене, антоцијане и друге биолошки активне комплексе
- Бржа екстракција у поређењу са конвенционалном намакањем и екстракцијом раствора у мешајућем резервоару
- Компатибилно са DES, NADES, глицерином, водом, етанолом и мешовитим растворама
- Ефикасан процес обраде вискозних растварача употребом сондације високе амплитуде
- Поставке за партијску, рециркулациону и континуирану проточну екстракцију
- Прецизна контрола амплитуде, уноса енергије, температуре и времена процеса
- Лако ширење од тестирања изводљивости до пилот и пуне индустријске производње
Ултразвучна екстракција са (природним) дубоким еутектичким растварачима је високо ефикасан метод за врхунске ботаничке екстракте. На слици је ултразвучни процесор УП400Ст (400В) са шаржом од 8Л за ботаничку екстракцију.
Зашто ултразвук побољшава екстракцију DES и NADES
Екстракција типа ултразвучне сонде користећи дубоке еутектичке раствараче и природне дубоке еутектичке раствараче може понудити неколико предности за екстракцију биоактивних једињења. Једна од главних предности је повећана ефикасност екстракције фенолних једињења и других фитокемикалија из природних извора. Дубоки еутектички растварачи су познати по високој ефикасности екстракције, која се чак може побољшати екстракцијом уз помоћ ултразвука. Због своје нетоксичности, одлична су опција растварача за фармацеутске и прехрамбене производе. Ово чини ултразвучну екстракцију коришћењем дубоких еутектичких растварача зеленом и одрживом методом за опоравак биоактивних једињења. Научно је доказано да синергетска употреба ултразвучне обраде са дубоким еутектичким растварачима доводи до већег приноса различитих биоактивних једињења. Све у свему, екстракција типа ултразвучне сонде коришћењем дубоких еутектичких растварача и природних дубоких еутектичких растварача обезбеђује ефикаснији и еколошки прихватљив приступ екстракцији биоактивних једињења.
Биљни глицерин је идеалан растварач за екстракцију због својих нетоксичних, неиритирајућих својстава и способности да очува стабилност и снагу осетљивих биоактивних једињења. И чисти глицерин и мешавине глицерин-вода, корисни су растварачи за производњу екстраката за суплементе и нутрацеутике, екстраката укуса, адитива за храну и козметике.
Биљни глицерин је идеалан растварач за екстракцију због својих нетоксичних, неиритирајућих својстава и способности да очува стабилност и снагу осетљивих биоактивних једињења. И чисти глицерин и мешавине глицерин-вода, корисни су растварачи за производњу екстраката за суплементе и нутрацеутике, екстраката укуса, адитива за храну и козметике.
Ултразвучна екстракција антоцијанина са ДЕС
Anthocyanins are valuable natural pigments and antioxidants found in black carrots, berries, grapes, purple corn and other plant materials. Deep eutectic solvents are well suited for anthocyanin extraction because their hydrogen-bonding network can be adjusted to match the polarity and stability requirements of these color compounds. When combined with probe-type ultrasonication, DES extraction becomes significantly more efficient: ultrasonic cavitation disrupts plant cell structures, improves solvent penetration and accelerates the release of anthocyanins into the extraction medium. A study on black carrot anthocyanins using the sonicator UP400St show that choline chloride-based DES, especially when combined with ultrasound-assisted extraction, can provide a sustainable and effective alternative to conventional acidified ethanol or methanol extraction. (cf. Türker et al., 2021)
Ултразвучна екстракција полифенола помоћу DES-а
Полифеноли, укључујући флавоноиде, фенолне киселине и сродне антиоксидативне једињења, важне су циљне молекуле у ботаничкој, прехрамбеној, нутрацевтичкој и козметичкој екстракцији. Дубоки еутектички растварачи на бази глицерола посебно су атрактивни за добијање полифенола јер њихова поларност и капацитет за водоничне везе подржавају растворљивост фенолних једињења. Ултразвук типа сонде додатно интензивира процес повећањем масовног транспорта, смањењем времена екстракције и побољшавањем контакта између DES-а и биљне матрице.
Истраживачка студија користила је глицерол-амонијум ацетат ДЕС са ултразвучно потпомогнутом екстракцијом под оптимизованим параметрима као што су температура, концентрација ДЕС и ултразвучна амплитуда. Резултат је показао да је ултразвучна ДЕС екстракција омогућила ефикасан опоравак укупних фенола, флавоноида и антиоксидативне активности из плодова кинеске јагоде, показујући потенцијал ултразвучне екстракције коришћењем ДЕС-а као методе зелене екстракције за индустријску ботаничку обраду. (цф . Јамсхед ет ал., 2022)
- Високо ефикасан
- брз процес
- Нетоксичан
- Тачно подесиво према специфичном ботаничком
- Благи услови обраде
- Режим серије и протока
- Лако и сигурно
- Еколошки / биоразградиво
- Рецицлабле
- Незапаљив
- Јефтино
- Лако доступна
Шта су дубоки еутектички растварачи (ДЕС)?
Дубоки eutecтичki растварачи (DES) су мешавине од најмање једног пријемника водоничних веза (HBA) и једног даваоца водоничних веза (HBD), укључујући карбоксилне киселине и друге обновљиве компоненте. Према Cai et al. (2019), “снажна интеракција водоничних веза између HBA и HBD је најважнији фактор за формирање DES.” [Cai et al. 2019]
За доноре водоничне везе често се користе једињења као што су шећери, аминокиселине, карбоксилне киселине (нпр. бензојева киселина, лимунска киселина, јантарна киселина) или амини (нпр. уреа, бензамид). Потенцијал хемијске интеракције донора водоничне везе је главни фактор који доприноси формирању и ефикасности дубоких еутектичких растварача. Халидне соли као што су холин хлорид или цинк хлорид се такође могу користити заједно са донорима водоничне везе. Други дубоки еутектички растварачи на бази холин хлорида се формирају са малонском киселином, фенолом или глицерином. Као резултат јаких интеракција водоничне везе, тачка топљења дубоких еутектичких растварача је значајно смањена у поређењу са појединачним компонентама. За разлику од конвенционалних растварача (нпр. етанол, метанол, хексан, бутан итд.) дубоки еутектички растварачи су неиспарљиви, што значи да имају веома низак притисак паре и стога су тешко запаљиви. Токсичност дубоких еутектичких растварача је ниска, њихова биолошка разградљивост је висока, а неопходни прекурсори су јефтини, лако и у изобиљу доступни као и обновљиви.
Природни дубоки еутектички растварачи (НАДЕС) су још еколошки прихватљивији јер се сви прекурсори потичу из природних извора. Дубоки еутектички растварачи такође нуде прилагодљиву солвентност засновану на хемији растворене супстанце и врстама које се користе за стварање дубоких еутектичких растварача. Неки природни дубоки еутектички растварачи показују висок вискозитет и стога нису баш погодни за серијску екстракцију. Међутим, природни дубоки еутектички растварачи већег вискозитета могу се успешно применити као растварачи у ултразвучној проточној екстракцији.
Табела испод приказује неколико примерних састава природних дубоких еутектичких растварача (НАДЕС) за екстракцију фитокемикалија:
| НАДЕС Цомпоситион | Моларни однос |
|---|---|
| Холин хлорид: млечна киселина | 1:2 |
| Холин хлорид: Лимунска киселина: Вода | 1:1:2 |
| Холин хлорид: Јабучна киселина: Вода | 1:1:2 |
| Холин хлорид: винска киселина | 1:2 |
| Холин хлорид: глицерол | 1:2 |
| Холин хлорид: 1,2-пропандиол | 1:3 |
| Холин хлорид: сорбитол | 1:1 |
| Холин хлорид: Глукоза: Вода | 2:1:1 |
| Холин хлорид: Фруктоза: Вода | 2:1:1 |
| Холин хлорид: уреа | 1:2 |
Industrijski ultrazvučni uređaj UIP4000hdT са проточним ћелијама за континуирану инлине екстракцију
Како функционише ултразвучна екстракција са дубоким еутектичким растварачима?
Ултразвучна екстракција се заснива на сономеханичким ефектима ултразвука високог интензитета, ниске фреквенције. Да би се промовисала и интензивирала екстракција ботаничких једињења (тј. биоактивних супстанци) ултразвуком, ултразвучни таласи велике снаге се спајају преко ултразвучне сонде (која се такође назива ултразвучни рог или сонотрода) у течни медијум, тј. материјал и (природни) дубоки еутектички растварач. Ултразвучни таласи путују кроз течност и стварају наизменичне циклусе ниског/високог притиска. Током циклуса ниског притиска стварају се ситни вакуумски мехурићи (тзв. кавитациони мехурићи), који расту током неколико циклуса притиска. Током тих циклуса раста мехурића, растворени гасови у течности улазе у вакуумски мехур, тако да се вакуумски мехур трансформише у растуће мехуриће гаса. Након раста током неколико циклуса, вакуумски мехурићи достижу одређену величину при којој не могу да апсорбују више енергије, тако да насилно имплодирају током циклуса високог притиска. Имплозију мехурића карактеришу интензивне кавитационе силе, укључујући веома високу температуру и притисак који достижу до 4000К и 1000атм, респективно; као и одговарајуће високе температуре и разлике притиска. Ове ултразвучно генерисане турбуленције и силе смицања разбијају биљне ћелије и ослобађају интрацелуларна биоактивна једињења у (природни) дубоки еутектички растварач. Ултразвучна екстракција отвара ћелијску структуру биљака и интензивира пренос масе између биљног материјала и растварача. Соникација на тај начин промовише ефикасност природних дубоких еутектичких растварача. Ултразвучна екстракција са (природним) дубоким еутектичким растварачима даје изузетно високе приносе у веома кратком времену обраде.
Снажни ултразвучни таласи ометају ћелијску структуру биљака, ослобађају биоактивна једињења и промовишу пренос масе између биљног материјала и растварача (нпр. дубоки еутектички растварачи).
Комбинација ултразвучне екстракције са (природним) дубоким еутектичким растварачима даје вам прилику да комбинујете моћ ултразвука за интензивирање процеса са изванредним ефектима растварања и изванредним дизајном дубоких еутектичких растварача. Због врхунске ефикасности ултразвучне екстракције, ултрасоникатори се такође успешно користе за екстракцију воде.
Контактирајте нас сада да сазнате више о моћној ултразвучној екстракцији помоћу дубоких еутектичких растварача!
ултразвучни екстрактор УИП2000хдТ (2кВ) за производњу ботаничких екстраката
Ултразвучни екстрактори за лабораторијску, пилот и индустријску DES екстракцију
Ултразвучна екстракција је поуздана технологија обраде, која олакшава и убрзава производњу висококвалитетних екстраката из различитих биљних, као и свих растварача. Ултразвучна екстракција је веома компатибилна са (природним) дубоким еутектичким растварачима, који су повољни због своје одличне моћи растварања, могућности дизајна за екстракт, одрживости, биоразградљивости и еколошке прихватљивости. Комбинација интензивирања процеса ултразвука снаге са предностима (природних) дубоких еутектичких растварача даје овој процесној технологији супериорност на више нивоа. Хиелсцхер Ултрасоницс портфолио покрива читав спектар од компактних лабораторијских ултрасоникатора до индустријских система за екстракцију. Сви су наравно погодни за екстракцију са дубоким еутектичким растварачима.
Наше дугогодишње искусно особље ће вам помоћи од тестова изводљивости и оптимизације процеса до инсталације вашег ултразвучног система на коначном нивоу производње.
| Обим екстракције | Препоручени сонатор |
|---|---|
| Развој метода, R&D, скрининг | УП100Х (100В), УП200Хт (200В), УП400Ст (400В) |
| Вискозне DES/NADES серије | УИП500хдТ (500В), УИП1000хдТ (1000В) |
| Пилот производња | УИП1000хдТ или UIP2000hdT (2000W) |
| Континуирана индустријска екстракција | UIP4000hdT (4000W), UIP6000hdT (6000W), УИП16000хдТ (16кВ) или у кластерима |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Искористите ултразвучну екстракцију и користите Хиелсцхер соникатор за ботаничку екстракцију са неупоредивом ефикасношћу и одрживошћу!
Искористите ултразвучну екстракцију и користите Хиелсцхер соникатор за ботаничку екстракцију са неупоредивом ефикасношћу и одрживошћу!
Глицерин (глицерол) је у стању да сачува интегритет биоактивних једињења, у комбинацији са његовом нетоксичном и биоразградивом природом, чини га атрактивним растварачем за фармацеутску, козметичку и прехрамбену индустрију. У комбинацији са благим условима екстракције ултразвучне обраде, ултразвучни екстракти глицерина показују одличан квалитет и биодоступност. Процес соникације осигурава највећу ефикасност што резултира високим приносима, смањеним временом екстракције и ниским трошковима обраде! Користите растварач по свом избору, остварите одличне приносе екстракције и врхунски квалитет екстракта са Хиелсцхер соникаторима!
Најчешћа питања о ултразвучној екстракцији помоћу дубокоеутектских растворљивача
Шта је ултразвучна екстракција помоћу дубокоеутектских растворљивача?
Ултразвучна екстракција са дубоко еутектичким растворима комбинује сонда-тип соникацију са DES или NADES растворима. Ултразвучна сонда уводи звучне таласе високе интензитета у талог биљка-растварач. Настала кавитација ремети структуре биљних ћелија, побољшава продирање растварача и убрзава пренос биоактивних једињења у дубоко еутектички растварач.
Зашто користити ултразвук за DES и NADES екстракцију?
Ултразвук побољшава DES и NADES екстракцију повећањем масеног преноса, скраћивањем времена екстракције и омогућавајући раствору да ефикасније досегне унутарћелијска једињења. Ово је посебно корисно за ботаничке материјале где су циљна једињења затворена у биљним ћелијама, влакнима или смоластим структурама.
Која једињења се могу екстраховати DES и NADES растворима коришћењем соникације?
Ултразвучна DES и NADES екстракција могу се користити за многе биоактивне једињења, укључујући полифеноле, флавоноиде, антоцијанине, терпене, канабиноиде, алкалоиде, антиоксиданте, пигменте, арома једињења и друге фитохемикалије. Састав растварача треба одабрати у складу са поларношћу, стабилношћу и растворљивошћу циљаног једињења.
Да ли су дубоки еутектички растварачи компатибилни са Hielscher ултразвучним екстракторима?
Да. Хилшерови сонатори типа сонде су погодни за екстракцију уз помоћ дубоких еутектичких растварача, природних дубоких еутектичких растварача, растварача на бази глицерина, воде, етанола и многих других медија за екстракцију. За вискозне DES или NADES системе, моћан сонатор са сондом је посебно користан јер обезбеђује интензивно мешање, кавитацију и пренос масе директно у течности.
Да ли ултразвучни DES процес може екстраховати вискозне раствараче?
Да. Многе DES и NADES формулације имају већу вискозност од конвенционалних растварача. Hielscher ултразвучни процесори су веома погодни за екстракцију вискозних медија јер сонотрода уноси ултразвук велике амплитуде директно у мешавину материјал-растворљивач. За веће запремине или континуирани процес, реактори са протоком могу побољшати мешање, контролу топлоте и уједначеност процеса.
Да ли је ултразвучна ДЕС екстракција погодна за храну, нутрацеутичке и козметичке производње?
Да. DES и NADES се често бирају за примене где је важна ниска испарљивост, смањени ризици од растварача и подесиве перформансе екстракције. У зависности од одабраних компоненти растварача и регулаторних захтева, ултразвучна DES екстракција може се користити за састојке хране, нутрацевтичке екстракте, козметичке активне супстанце, ботаничке концентрате и истраживачке екстракте.
Да ли се ултразвучна екстракција са DES-ом може скалирати?
Yes. Ultrasonic extraction is highly scalable because the same process parameters – such as amplitude, energy input, residence time, temperature and solid-liquid ratio – can be transferred from lab trials to pilot and industrial production. Hielscher supplies ultrasonic extractors for small laboratory samples, bench-top optimization, pilot batches and continuous industrial flow-through extraction.
Should I use batch or inline ultrasonic extraction for DES processes?
Батцх екстракција је често најбоља за лабораторијска испитивања, скрининг формулације и мале количине производње. Инлине ултразвучна екстракција се обично преферира за пилот и индустријску производњу јер обезбеђује контролисано време задржавања, побољшану поновљивост, лакше хлађење и континуирану пропусност. Најбоље подешавање зависи од вискозности, биљног материјала, односа растварача, циљног једињења и производних капацитета.
Како да изаберем прави ултразвучни екстрактор за ДЕС екстракцију?
Прави ултразвучни екстрактор зависи од волумена вашег узорка, величине серије, протока, вискозности растварача, циљаног једињења, температуре екстракције и производног циља. Мале лабораторијске јединице су погодне за развој метода, док се индустријски ултразвукатори UIP серије користе за пилот и производну екстракцију DES. Hielscher може препоручити конфигурацију на основу вашег сировог материјала, система растварача и потребног протока.
Који параметри процеса су важни за ултразвучну DES екстракцију?
Important parameters include ultrasonic amplitude, energy input, extraction time, temperature, DES or NADES composition, water content, solid-liquid ratio, particle size, viscosity and flow rate. These parameters should be optimized for each botanical material and target compound to achieve high yield, good extract quality and reproducible production.
Литература / Референце
- Türker, D.A., Doğan, M. (2021): Application of deep eutectic solvents as a green and biodegradable media for extraction of anthocyanin from black carrots. LWT – Food Science and Technology, Volume 138, March 2021.
- Duygu Aslan Türker, Mahmut Doğan (2022): Ultrasound-assisted natural deep eutectic solvent extraction of anthocyanin from black carrots: Optimization, cytotoxicity, in-vitro bioavailability and stability. Food and Bioproducts Processing, Volume 132, 2022. 99-113.
- Sumbal Jamshed, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.
- Křížek, et al. (2018): Menthol-based Hydrophobic Deep Eutectic Solvents: Towards Greener and Efficient Extraction of Phytocannabinoids. Journal of Cleaner Production, 193, 2018. 391-396.
- Chemat F, et al. (2019): Review of Alternative Solvents for Green Extraction of Food and Natural Products: Panorama, Principles, Applications and Prospects. Molecules, vol.24, no.16, 2019. 3007.
- Lores, H.; Romero, Vanesa; Costas Mora, Isabel; Bendicho, Carlos; Lavilla, Isela (2016): Natural deep eutectic solvents in combination with ultrasonic energy as a green approach for solubilisation of proteins: application to gluten determination by immunoassay. Talanta 2017. 453-459.
- Cai, et al. (2019): Green Extraction of Cannabidiol from Industrial Hemp (Cannabis sativa L.) Using Deep Eutectic Solvents Coupled with Further Enrichment and Recovery by Macroporous Resin. Journal of Molecular Liquids, 2019.
High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.