Lösningsmedel för ultraljud extraktion från växter
- Ultraljud extraktion har många fördelar såsom hög avkastning, snabba utvinningshastigheter, miljövänlighet och låg energiförbrukning.
- En av de starkaste fördelarna är användningen av vatten som extraktionsmedium. Emellertid, ultraljudsbehandling kan användas med mångfaldiga lösningsmedelssystem för att leverera överlägsna resultat för den riktade extraktet.
- Det optimala lösningsmedlet för ultraljud extraktion av vegetabiliska bioaktiva ämnen väljs med hänsyn till råvaran.
Ultraljud extraktion
Ultraljud är välkänt för att störa cellstrukturer och förbättra massöverföringen, vilket ökar extraherbarheten av bioföreningar (t.ex. fenoler, karotenoider).
Eftersom de mekaniska effekterna av ultraljudsbehandling förbättra extraktionsprocessen på grund av förbättrad massöverföring kraftigt, är användningen av organiska lösningsmedel ofta överflödig. Detta innebär att för ultraljud extraktion, vatten är ofta ett tillräckligt extraktionsmedium som har många fördelar som att vara billigt, ofarligt, lättillgängligt och miljövänligt.
Emellertid, för specifika bioaktiva föreningar kan bästa resultat uppnås genom ultraljud extraktion i kombination med ett flyktigt lösningsmedel.
För att välja rätt lösningsmedel måste man ta hänsyn till råmaterialet (t.ex. färskt eller torkat, macererat/malet eller pulveriserat växtmaterial) och de riktade ämnena (t.ex. lipofilt, hydrofilt).
UIP2000hdT ultraljudsapparat för botanisk extraktion i stora satser eller inline-drift
Följande tabell listar flera lösningsmedel, som är väletablerade extraktionslösningsmedel och används för ultraljudsextraktion från växtmaterial.
| etanol | Ett av de vanligaste lösningsmedlen för botanisk extraktion. Som ett polärt lösningsmedel löser etanol polära föreningar såsom alkaloider och flavonoider. |
| Vatten | Det universella lösningsmedlet, som ofta används för att extrahera hydrofila föreningar som polysackarider, proteiner och vissa glykosider. |
| Vattenhaltig etanol | En blandning av etanol och vatten, detta lösningsmedel kan extrahera ett brett spektrum av polära och måttligt polära föreningar, vilket ger en balans mellan etanolens lösningsmedelskraft och vattnets förmåga att extrahera hydrofila föreningar. Vattenhaltig etanol kan framställas i olika förhållanden för att justera upplösningskapaciteten till målföreningar. |
| glycerin | Ett mycket polärt lösningsmedel som är användbart för att extrahera polära föreningar och kan vara ett säkrare alternativ till andra polära lösningsmedel, som ofta används i tinkturer och extrakt avsedda för intern konsumtion. Läs mer om att extrahera fytokemikalier i glycerin med hjälp av ultraljudsbehandling! |
| metanol | Ett mycket polärt lösningsmedel som är effektivt för att extrahera ett brett spektrum av växtföreningar, inklusive fenoler, flavonoider och vissa alkaloider. |
| hexan | Ett opolärt lösningsmedel som främst används för att extrahera opolära föreningar som lipider, vaxer och eteriska oljor. |
| aceton | Aceton är ett polärt aprotiskt lösningsmedel som är effektivt för att extrahera ett brett spektrum av botaniska föreningar, särskilt de som är mindre polära än de som extraheras med vatten eller metanol. |
| Isopropanol | Ett polärt lösningsmedel som liknar etanol, som vanligtvis används för att extrahera eteriska oljor, hartser och vissa alkaloider. |
| Kloroform | Ett opolärt lösningsmedel som är effektivt för att extrahera alkaloider, terpenoider och vissa glykosider. Det används mindre ofta på grund av dess toxicitet. |
| etylacetat | Ett måttligt polärt lösningsmedel som används för att extrahera en rad föreningar, inklusive flavonoider, alkaloider och fenoler. |
| toluen | Ett opolärt lösningsmedel som används för att extrahera opolära föreningar som eteriska oljor, terpener och vaxer. |
| Butanol | Ett måttligt polärt lösningsmedel som är effektivt vid extraktion av föreningar med medelpolaritet, inklusive vissa glykosider och saponiner. |
| Petroleumeter | Ett opolärt lösningsmedel som främst används för att extrahera fetter, oljor och andra opolära föreningar från växtmaterial. |
Kraftfulla ultraljudsvågor stör cellmatrisen av biologiska strukturer och frigör de bioaktiva föreningarna. Massöverföringen mellan växtmaterialet och lösningsmedlet intensifieras. På grund av dessa mekanismer är ultraljudsextraktion mycket effektiv för botanisk extraktion.
UP400ST homogenisator med ultraljud För växtbaserad extraktion kan du använda det lösningsmedel du väljer.
Ultraljudsapparater för extraktion
Från ultraljudsenheter för laboratorier och stationära datorer upp till fullindustriella ultraljudsutsugningssystem – Hielscher Ultrasonics är din långvariga erfarna partner när det gäller kraftfulla och pålitliga ultraljudsenheter för framgångsrika extraktionsprocesser.
Våra ultraljudssystem används i stor utsträckning i biokemiska laboratorier och farmaceutiska produktionsanläggningar. Ultraljudssonotrodes och reaktorer är autoklaverbara och uppfyller standarderna för farmaceutisk produktion.
Hielscher industriella sonikatorer kan leverera mycket höga amplituder för att störa cellmatriser och för att frigöra riktade ämnen. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. Kraften och robustheten hos Hielscher ultraljudsapparater säkerställer höga utbyten, snabba utvinningshastigheter och mer fullständig extraktion – som utmärker sig i konventionella extraktionsprocesser.
Våra ultraljudsprocessorer kan kombineras med konventionella extraktionsmetoder som t.ex. Soxhlet extraktion eller superkritisk CO2-extraktion. Eftermontering i befintliga produktionslinjer kan enkelt utföras.
Litteratur / Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
Ultraljud extraktion genom kavitation
Intensiva ultraljudsvågor genererar akustisk kavitation i vätskor. De kavitationella skjuvkrafterna bryter sönder cellvägg och membran så att det intracellulära materialet frigörs. Ultraljud extraktion uppnår större penetration av lösningsmedlet i en vegetabilisk vävnad och förbättrar massöverföringen. Därmed intensifierar ultraljud extraktionsprocessen avsevärt vilket resulterar i högre utbyten, snabbare utvinningshastigheter och en mer fullständig extraktion.
System för lösningsmedel
För extraktion av bioaktiva föreningar från vegetabiliskt material finns olika lösningsmedelssystem tillgängliga. För extraktion av hydrofila föreningar väljs mestadels polära lösningsmedel som metanol, etanol eller etylacetat, medan för extraktion av lipofila föreningar (t.ex. lipider) är lösningsmedelssystem som diklormetan eller diklormetan/metanol (v/v 1:1) att föredra. Hexan används ofta som lösningsmedel för klorofyllextraktion.
Vad är bioaktiva föreningar?
Bioaktiva föreningar eller fytokemikalier definieras som ämnen som har inverkan på levande organismer, vävnader eller celler. Biologiskt aktiva substanser inkluderar antibiotika, enzymer och vitaminer. Bioaktiva ämnen som karotenoider och polyfenoler kan utvinnas t.ex. från frukt, blad och grönsaker, medan fytosteroler finns i vegetabiliska oljor.
Växtbaserade bioaktiva föreningar inkluderar flavonoider, koffein, karotenoider, kolin, ditioltioner, fytosteroler, polysackarider, fytoöstrogener, glukosinolater, polyfenoler och antocyaniner. Många bioaktiva ämnen är uppskattade för att fungera som antioxidanter och anses därför vara hälsofördelaktiga.
Hur väljer jag det bästa extraktionslösningsmedlet?
Riktlinjerna nedan hjälper dig att välja ett lämpligt lösningsmedel för ultraljud botanisk extraktion. Eftersom ultraljudsbehandling är kompatibel med alla vanliga lösningsmedel, kan du välja det lösningsmedel som är mest idealiskt för din växt råmaterial, de riktade fytokemikalierna och kostnadseffektiviteten.
- Selektivitet: Välj ett lösningsmedel som specifikt löser upp de önskade föreningarna samtidigt som oönskade komponenter lämnas kvar. Använd till exempel etanol för polära föreningar som alkaloider och flavonoider.
- Löslighet: På grundval av principen om “lika upplöses som,” Välj ett lösningsmedel med en polaritet som liknar den för det lösta ämnet. Polära lösningsmedel (t.ex. vatten, etanol) löser upp polära föreningar, medan icke-polära lösningsmedel (t.ex. hexan) löser upp opolära föreningar som lipider och oljor.
- Kostnad: Tänk på lösningsmedlets kostnadseffektivitet. Vissa lösningsmedel kan vara dyrare men ger högre avkastning eller bättre selektivitet, vilket balanserar den totala extraktionskostnaden.
- Säkerhet: Se till att lösningsmedlet är säkert att använda och hantera. Faktorer inkluderar toxicitet, brandfarlighet och miljöpåverkan. Till exempel är vatten och etanol säkrare val jämfört med kloroform eller toluen.
Val av polaritet och lösningsmedel
Enligt lagen om likhet och intermiscbilitet kommer lösningsmedel med ett polaritetsvärde nära polariteten hos det lösta ämnet sannolikt att prestera bättre. Här är några exempel:
- Polära lösningsmedel: Vatten, etanol, metanol – Används för att extrahera polära föreningar som alkaloider, flavonoider, glykosider och proteiner.
- Måttligt polära lösningsmedel: aceton, etylacetat, isopropanol – Lämplig för att extrahera ett brett spektrum av föreningar, inklusive fenoler och vissa alkaloider.
- Icke-polära lösningsmedel: Hexan, toluen, petroleumeter – Idealisk för att extrahera opolära föreningar som lipider, vaxer, terpener och eteriska oljor.
Exempel på användning av lösningsmedel
- Etanol: Ett av de vanligaste lösningsmedlen för botanisk extraktion. Som ett polärt lösningsmedel löser etanol polära föreningar såsom alkaloider och flavonoider.
- Vatten: Det universella lösningsmedlet, som ofta används för att extrahera hydrofila föreningar som polysackarider, proteiner och vissa glykosider.
- Metanol: Ett mycket polärt lösningsmedel som är effektivt för att extrahera ett brett spektrum av växtföreningar, inklusive fenoler, flavonoider och vissa alkaloider.
- Hexan: Ett opolärt lösningsmedel som främst används för att extrahera opolära föreningar som lipider, vaxer och eteriska oljor.
- Aceton: Aceton är ett polärt aprotiskt lösningsmedel som är effektivt för att extrahera ett brett spektrum av botaniska föreningar, särskilt de som är mindre polära än de som extraheras med vatten eller metanol.
- Isopropanol: Ett polärt lösningsmedel som liknar etanol, som vanligtvis används för att extrahera eteriska oljor, hartser och vissa alkaloider.
- Kloroform: Ett opolärt lösningsmedel som är effektivt för att extrahera alkaloider, terpenoider och vissa glykosider. Det används mindre ofta på grund av dess toxicitet.
- Etylacetat: Ett måttligt polärt lösningsmedel som används för att extrahera en rad föreningar, inklusive flavonoider, alkaloider och fenoler.
- Toluen: Ett opolärt lösningsmedel som används för att extrahera opolära föreningar som eteriska oljor, terpener och vaxer.
- Butanol: Ett måttligt polärt lösningsmedel som är effektivt vid extraktion av föreningar med medelpolaritet, inklusive vissa glykosider och saponiner.
- Petroleumeter: Ett opolärt lösningsmedel som främst används för att extrahera fetter, oljor och andra opolära föreningar från växtmaterial.
Följande lösningsmedel testades i forskningsstudier som undersökte ultraljudsextraktion av specifika växtmaterial och fytokemikalier.
| lösningsmedel | Växt | Typ av vävnad |
|---|---|---|
| Ättiksyra / karbamid / cetyltrim-etylammoniumbromid | ris | kli |
| Vattenhaltig etanol | Dranka | korn |
| Vattenhaltig isopropanol | sojaböna, raps | Frön |
| etanol | Saccharina japonica | – |
| Isättande aktisk syra | durra | – |
| Fenol | Tomat / Potatis / Aloe Vera / Sojabönor | pollen / knöl / blad / frö |
| Fenol/ammoniumacetat | korn / banan | rot / blad |
| Fenol/ammoniumacetat | Avokado / tomat / apelsin / banan / päron / druva / äpple / jordgubbe | Frukter |
| Fenol/metanol-ammoniumacetat | barrträd / banan / äpple / potatis | Frö / Frukter |
| Natriumdodecylsulfat/aceton | barrträd / potatis | Frö / knöl |
| Natriumdodecylsulfat/TCA/aceton | äpple / banan | vävnad |
| TCA | bönor | ståndarknapp |
| TCA/aceton | citrus / sojabönor / aloe vera | Blad |
| TCA/aceton | sojabönor / barrträd | Frön |
| TCA/aceton | tomat | pollen korn |
| TCA/aceton/fenol | oliv / bambu / druva / citron | Blad |
| TCA/aceton/fenol | äpple / apelsin / tomat | Frukter |
| Tiourea/urea | sojaböna | frö |
| Tiourea/urea | äpple / banan | Vävnader |
| Tris-HCL-buffert | tomat | pollen korn |
Vad är organiska lösningsmedel?
Ett organiskt lösningsmedel är en typ av flyktig organisk förening (VOC). VOC är organiska kemikalier som förångas vid rumstemperatur.
Organiska föreningar som används som lösningsmedel inkluderar:
- aromatiska föreningar, t.ex. bensen och toluen
- alkoholer, t.ex. metanol
- estrar och etrar
- ketoner, t.ex. aceton
- Amines
- nitrerade och halogenerade kolväten
Många organiska lösningsmedel är klassificerade som giftiga eller cancerframkallande. Vid felaktig hantering kan de vara farliga för människor och kan förorena luft, vatten och mark. På grund av den kraftfulla mekanismen för ultraljudsextraktion kan användningen av organiska lösningsmedel undvikas genom att ersätta dem med mildare, giftfria lösningsmedel.
