Растварачи за ултразвучну екстракцију из биљака

• Ултразвучна екстракција има многе предности, као што су високи приноси, велика брзина екстракције, еколошка прихватљивост и мала потрошња енергије.
• Једна од највећих предности је употреба воде као екстракционог медијума. Међутим, соникација се може применити са разноврсним системима растварача како би се постигли врхунски резултати за циљани екстракт.
• Оптимални растварач за ултразвучну екстракцију биоактивних супстанци из биљака бира се у складу са сировином.

Ултразвучна екстракција

Добро је познато да ултразвук разара ћелијске структуре и побољшава пренос масе, чиме повећава могућност екстракције биолошких једињења (нпр. фенолних једињења, каротеноида).
Пошто механички ефекти соникације знатно унапређују процес екстракције захваљујући побољшаном преносу масе, употреба органских растварача често је сувишна. То значи да је за ултразвучну екстракцију вода често довољна као екстракциони медијум, са бројним предностима: јефтина је, није опасна, лако је доступна и еколошки је прихватљива.
Међутим, за одређена биоактивна једињења најбољи резултати могу се постићи ултразвучном екстракцијом у комбинацији са испарљивим растварачем.
Да би се изабрао одговарајући растварач, морају се узети у обзир сировина (нпр. свеж или осушен, мацериран/самлевен или у прах претворен биљни материјал) и циљане супстанце (нпр. липофилне, хидрофилне).
 

У следећој табели наведено је неколико растварача који су добро познати као екстракциони растварачи и користе се за ултразвучну екстракцију из биљног материјала.

Снажни ултразвучни таласи разарају ћелијски матрикс биолошких структура и ослобађају биоактивна једињења. Пренос масе између биљног материјала и растварача се интензивира. Захваљујући овим механизмима, ултразвучна екстракција је веома ефикасна за екстракцију из биљака.

Ултразвучни уређаји за екстракцију

Од лабораторијских и стоних ултразвучних уређаја до потпуно индустријских система за ултразвучну екстракцију – Hielscher Ultrasonics је ваш партнер са дугогодишњим искуством када су у питању снажни и поуздани ултразвучни уређаји за успешне процесе екстракције.
Наши ултразвучни системи се широко користе у биохемијским лабораторијама и погонима за фармацеутску производњу. Ултразвучне сонотроде и реактори могу се стерилисати у аутоклаву и испуњавају стандарде фармацеутске производње.

Индустријски соникатори компаније Hielscher могу да остваре веома високе амплитуде ради разарања ћелијских матрикса и ослобађања циљних супстанци. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно у режиму рада 24/7. Снага и робусност ултразвучних уређаја компаније Hielscher обезбеђују високе приносе, велику брзину екстракције и потпунију екстракцију – надмашујући конвенционалне процесе екстракције.
Наши ултразвучни процесори могу се комбиновати са конвенционалним методама екстракције као што је Сокслетова екстракција или екстракција суперкритичним CO2. Уградња у постојеће производне линије може се лако извршити.

Литература / Референце

• 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.

Чињенице које вреди знати

Ултразвучна екстракција кавитацијом

Интензивни ултразвучни таласи стварају акустичну кавитацију у течностима. Силе смицања настале кавитацијом разарају ћелијски зид и мембране, чиме се ослобађа унутарћелијски материјал. Ултразвучна екстракција омогућава дубље продирање растварача у биљно ткиво и побољшава пренос масе. Тиме ултразвучна екстракција значајно интензивира процес екстракције, што доводи до виших приноса, веће брзине екстракције и потпуније екстракције.

Системи растварача

За екстракцију биоактивних једињења из биљног материјала доступни су различити системи растварача. За екстракцију хидрофилних једињења углавном се бирају поларни растварачи као што су метанол, етанол или етил-ацетат, док се за екстракцију липофилних једињења (нпр. липида) предност даје системима растварача као што су дихлорметан или дихлорметан/метанол (v/v 1:1). Хексан се често користи као растварач за екстракцију хлорофила.

Шта су биоактивна једињења?

Биоактивна једињења или фитохемикалије дефинишу се као супстанце које утичу на живе организме, ткива или ћелије. Биолошки активне супстанце укључују антибиотике, ензиме и витамине. Биоактивне супстанце као што су каротеноиди и полифеноли могу се екстраховати нпр. из воћа, лишћа и поврћа, док се фитостероли налазе у биљним уљима.
Биоактивна једињења биљног порекла укључују флавоноиде, кофеин, каротеноиде, холин, дитиолтионе, фитостероле, полисахариде, фитоестрогене, глукозинолате, полифеноле и антоцијанине. Многе биоактивне супстанце цењене су због свог антиоксидативног деловања и стога се сматрају корисним за здравље.

Како да изаберем најбољи растварач за екстракцију?

Смернице у наставку помажу вам да изаберете одговарајући растварач за ултразвучну екстракцију из биљака. Пошто је соникација компатибилна са сваким стандардним растварачем, можете изабрати растварач који је најпогоднији за вашу биљну сировину, циљне фитохемикалије и економичност поступка.

• Селективност: Изаберите растварач који специфично раствара жељена једињења, а нежељене компоненте оставља нерастворене. На пример, користите етанол за поларна једињења као што су алкалоиди и флавоноиди.
• Растворљивост: На основу принципа „слично се раствара у сличном“, изаберите растварач чија је поларност слична поларности супстанце која се раствара. Поларни растварачи (нпр. вода, етанол) растварају поларна једињења, док неполарни растварачи (нпр. хексан) растварају неполарна једињења као што су липиди и уља.
• Трошкови: Размотрите исплативост растварача. Неки растварачи могу бити скупљи, али омогућавају више приносе или бољу селективност, чиме се уравнотежују укупни трошкови екстракције.
• Безбедност: Уверите се да је растварач безбедан за употребу и руковање. Фактори обухватају токсичност, запаљивост и утицај на животну средину. На пример, вода и етанол су безбеднији избор у поређењу са хлороформом или толуеном.

Поларност и избор растварача
Према закону сличности и међусобне мешљивости, растварачи чија је вредност поларности блиска поларности растворене супстанце вероватно ће дати боље резултате. Ево неколико примера:

• Поларни растварачи: Вода, етанол, метанол – користе се за екстракцију поларних једињења као што су алкалоиди, флавоноиди, гликозиди и протеини.
• Умерено поларни растварачи: Ацетон, етил-ацетат, изопропанол – погодни за екстракцију широког спектра једињења, укључујући фенолна једињења и неке алкалоиде.
• Неполарни растварачи: Хексан, толуен, петролетар – идеални за екстракцију неполарних једињења као што су липиди, воскови, терпени и етарска уља.

Примери употребе растварача

• Етанол: Један од најчешћих растварача за екстракцију из биљака. Као поларни растварач, етанол раствара поларна једињења као што су алкалоиди и флавоноиди.
• Вода: Универзални растварач, који се често користи за екстракцију хидрофилних једињења као што су полисахариди, протеини и неки гликозиди.
• Метанол: Веома поларан растварач, ефикасан за екстракцију широког спектра биљних једињења, укључујући фенолна једињења, флавоноиде и неке алкалоиде.
• Хексан: Неполарни растварач који се првенствено користи за екстракцију неполарних једињења као што су липиди, воскови и етарска уља.
• Ацетон: Као поларни апротични растварач, ацетон је ефикасан за екстракцију широког спектра биљних једињења, нарочито оних која су мање поларна од једињења која се екстрахују водом или метанолом.
• Изопропанол: Поларни растварач сличан етанолу, који се обично користи за екстракцију етарских уља, смола и неких алкалоида.
• Хлороформ: Неполарни растварач, ефикасан за екстракцију алкалоида, терпеноида и неких гликозида. Ређе се користи због своје токсичности.
• Етил-ацетат: Умерено поларан растварач који се користи за екстракцију низа једињења, укључујући флавоноиде, алкалоиде и фенолна једињења.
• Толуен: Неполарни растварач који се користи за екстракцију неполарних једињења као што су етарска уља, терпени и воскови.
• Бутанол: Умерено поларан растварач, ефикасан за екстракцију једињења средње поларности, укључујући неке гликозиде и сапонине.
• Петролетар: Неполарни растварач који се првенствено користи за екстракцију масти, уља и других неполарних једињења из биљних материјала.

Следећи растварачи испитани су у научним студијама које су истраживале ултразвучну екстракцију из одређених биљних материјала и екстракцију одређених фитохемикалија.

Шта су органски растварачи?

Органски растварач је врста испарљивог органског једињења (VOC). Испарљива органска једињења су органске хемијске супстанце које испаравају на собној температури.
Органска једињења која се користе као растварачи обухватају:

• ароматична једињења, нпр. бензен и толуен
• алкохоле, нпр. метанол
• естре и етре
• кетоне, нпр. ацетон
• амине
• нитроване и халогеноване угљоводонике

Многи органски растварачи класификовани су као токсични или канцерогени. У случају неправилног руковања, могу бити опасни по људе и могу загадити ваздух, воду и земљиште. Захваљујући снажном механизму ултразвучне екстракције, употреба органских растварача може се избећи њиховом заменом блажим, нетоксичним растварачима.