Ультразвукова екстракція з використанням глибокоевтектичних розчинників

Глибокі евтектичні розчинники (DES) та природні глибокі евтектичні розчинники (NADES) — це ефективні, настроювані та екологічно чисті екстрагенти для рослинних компонентів, харчових продуктів, нутрицевтиків, косметичних засобів та фармацевтичних інгредієнтів. Ультразвукові апарати Hielscher з зондовим типом підсилюють екстракцію DES, прискорюючи масообмін, руйнуючи структури рослинних клітин та покращуючи проникнення розчинника – навіть при роботі з в'язкими розчинними системами, такими як NADES на основі гліцерину.

Незалежно від того, чи проводите ви лабораторні випробування розчинних сумішей, оптимізуєте параметри екстракції для конкретного фітохімічного компонента, чи переходите до безперервного поточного виробництва, ультразвукові екстрактори Hielscher забезпечують стабільне регулювання амплітуди, надійну роботу в режимі 24/7 та масштабованість обробки — від мілілітрів до промислових витрат.

Чому виробники екстрактів обирають компанію Hielscher для екстракції DES

• Вища ефективність екстракції поліфенолів, флавоноїдів, канабіноїдів, терпенів, антоціанів та інших біоактивних сполук
• Швидша екстракція порівняно зі звичайною мацерацією та екстракцією розчинником у резервуарі з перемішуванням
• Сумісний із DES, NADES, гліцерином, водою, етанолом та системами змішаних розчинників
• Ефективна обробка розчинників з високою в'язкістю за допомогою ультразвукової обробки з високою амплітудою
• Установки періодичної дії, з рециркуляцією та безперервної дії
• Точне регулювання амплітуди, потужності, температури та тривалості процесу
• Просте масштабування від попередніх випробувань до пілотного та повномасштабного промислового виробництва

Чому ультразвукова обробка покращує ефективність екстракції DES та NADES

Ультразвукова екстракція зондового типу з використанням глибоких евтектичних розчинників і природних глибоких евтектичних розчинників може запропонувати ряд переваг для екстракції біологічно активних сполук. Однією з головних переваг є підвищена ефективність екстракції фенольних сполук та інших фітохімічних речовин з природних джерел. Глибокі евтектичні розчинники відомі високою ефективністю екстракції, яку можна навіть підвищити за допомогою ультразвукової екстракції. Завдяки своїй нетоксичності вони є чудовим варіантом розчинника для фармацевтичних та харчових продуктів. Це робить ультразвукову екстракцію з використанням глибоких евтектичних розчинників екологічним і стійким методом відновлення біологічно активних сполук. Науково доведено, що синергетичне використання ультразвуку з глибокими евтектичними розчинниками призводить до більш високих виходів різних біологічно активних сполук. В цілому, ультразвукова екстракція зондового типу з використанням глибоких евтектичних розчинників і природних глибоких евтектичних розчинників забезпечує більш ефективний і екологічно чистий підхід до екстракції біологічно активних сполук.

Ультразвукова екстракція антоціанів за допомогою DES

Антоціани — це цінні природні пігменти та антиоксиданти, що містяться в чорній моркві, ягодах, винограді, фіолетовій кукурудзі та інших рослинних матеріалах. Глибокі евтектичні розчинники чудово підходять для екстракції антоціанів, оскільки їхню мережу водневих зв’язків можна налаштувати відповідно до вимог щодо полярності та стабільності цих барвників. У поєднанні з ультразвуковим опроміненням зондового типу екстракція DES стає значно ефективнішою: ультразвукова кавітація руйнує структури рослинних клітин, покращує проникнення розчинника та прискорює вивільнення антоціанів у екстракційне середовище. Дослідження антоціанів чорної моркви з використанням ультразвукового апарату UP400St показує, що DES на основі хлориду холіну, особливо в поєднанні з ультразвуковою екстракцією, може стати стійкою та ефективною альтернативою традиційній екстракції підкисленим етанолом або метанолом. (див. Türker et al., 2021)

Ультразвукова екстракція поліфенолів за допомогою DES

Поліфеноли, зокрема флавоноїди, фенольні кислоти та споріднені антиоксидантні сполуки, є важливими молекулами-мішенями в процесі екстракції у фітотерапії, харчовій, нутрицевтичній та косметичній галузях. Глибокі евтектичні розчинники на основі гліцерину є особливо привабливими для вилучення поліфенолів, оскільки їхня полярність та здатність до утворення водневих зв'язків сприяють розчиненню фенольних сполук. Ультразвук з використанням зонда додатково інтенсифікує процес, збільшуючи масообмін, скорочуючи час екстракції та покращуючи контакт між DES та рослинною матрицею.
У ході дослідження використовували DES на основі гліцерину та ацетату амонію з ультразвуковою екстракцією за оптимізованих параметрів, таких як температура, концентрація DES та амплітуда ультразвуку. Результати показали, що ультразвукова екстракція DES дозволила ефективно вилучити загальні феноли, флавоноїди та антиоксидантну активність з плодів китайського ясена, продемонструвавши потенціал ультразвукової екстракції з використанням DES як екологічного методу екстракції для промислової переробки рослинної сировини. (див. Jamshed et al., 2022)

Що таке глибокі евтектичні розчинники (DES)?

Глибокі евтектичні розчинники (DES) — це суміші, що містять принаймні один акцептор водневих зв’язків (HBA) та один донор водневих зв’язків (HBD), зокрема карбонові кислоти та інші сполуки з відновлюваних джерел. Згідно з Cai та ін. (2019), “Сильна взаємодія водневих зв’язків між HBA та HBD є найважливішим чинником утворення DES.” [Cai та ін. 2019]
Для донорів водневих зв'язків часто використовуються такі сполуки, як цукри, амінокислоти, карбонові кислоти (наприклад, бензойна кислота, лимонна кислота, бурштинова кислота) або аміни (наприклад, сечовина, бензамід). Потенціал хімічної взаємодії донорів водневих зв'язків є основними факторами, що сприяють утворенню та ефективності глибоких евтектичних розчинників. Галогенідні солі, такі як хлорид холіну або хлорид цинку, також можуть використовуватися разом з донорами водневих зв'язків. Інші глибокі евтектичні розчинники на основі хлоріну утворюються з малонової кислоти, фенолу або гліцерину. В результаті сильних взаємодій водневих зв'язків температура плавлення глибоких евтектичних розчинників значно знижується в порівнянні з окремими їх компонентами. На відміну від звичайних розчинників (наприклад, етанолу, метанолу, гексану, бутану тощо), глибокі евтектичні розчинники є нелеткими, що означає, що вони мають дуже низький тиск пари і тому майже не горять. Токсичність глибоких евтектичних розчинників низька, їх здатність до біологічного розкладання висока, а необхідні прекурсори недорогі, легко і рясно доступні, а також поновлювані.
Природні глибокі евтектичні розчинники (NADES) є ще більш екологічними, оскільки всі прекурсори отримують з природних джерел. Глибокі евтектичні розчинники також пропонують регульовану розчинність на основі хімічного складу розчиненої речовини та видів, що використовуються для створення глибоких евтектичних розчинників. Деякі природні глибокі евтектичні розчинники демонструють високу в'язкість, і тому вони не дуже підходять для періодичної екстракції. Однак природні глибокі евтектичні розчинники з більш високою в'язкістю можуть бути успішно застосовані в якості розчинників при ультразвуковій проточній екстракції.

У таблиці нижче наведено кілька зразкових композицій природних глибоких евтектичних розчинників (NADES) для екстракції фітохімічних речовин:

Як працює ультразвукова екстракція за допомогою глибоких евтектичних розчинників?

Ультразвукова екстракція заснована на сономеханічному впливі високоінтенсивного, низькочастотного ультразвуку. Щоб стимулювати та інтенсифікувати екстракцію рослинних сполук (тобто біологічно активних речовин) за допомогою ультразвуку, ультразвукові хвилі високої потужності з'єднуються за допомогою ультразвукового зонда (також званого ультразвуковим ріжком або сонотродом) у рідке середовище, тобто суспензію, що складається з рослинної сировини та (природного) глибокого евтектичного розчинника. Ультразвукові хвилі проходять через рідину і створюють чергування циклів низького / високого тиску. Під час циклів низького тиску утворюються дрібні вакуумні бульбашки (так звані кавітаційні бульбашки), які ростуть протягом декількох циклів тиску. Під час цих циклів росту бульбашок розчинені гази в рідині потрапляють у вакуумну бульбашку, завдяки чому вакуумна бульбашка перетворюється на зростаючі бульбашки газу. Після зростання протягом декількох циклів вакуумні бульбашки досягають певного розміру, при якому вони не можуть поглинути більше енергії, тому вони сильно вибухають під час циклу високого тиску. Імплозія бульбашки характеризується інтенсивними кавітаційними силами, включаючи дуже високу температуру і тиск, що досягає відповідно 4000К і 1000 атм; а також відповідні перепади високих температур і тиску. Ці ультразвукові турбулентності та зсувні сили руйнують рослинні клітини та вивільняють внутрішньоклітинні біологічно активні сполуки в (природний) глибокий евтектичний розчинник. Ультразвукова екстракція відкриває клітинну структуру рослинних компонентів та інтенсифікує масообмін між рослинною сировиною та розчинником. Ультразвукове дослідження сприяє тим самим ефективності природних глибоких евтектичних розчинників. Ультразвукова екстракція за допомогою (природних) глибоких евтектичних розчинників забезпечує надзвичайно високі виходи за дуже короткий час обробки.

Потужні ультразвукові хвилі порушують клітинну структуру рослинних компонентів, вивільняють біологічно активні сполуки та сприяють перенесенню маси між рослинною сировиною та розчинником (наприклад, глибокі евтектичні розчинники).

Комбінація ультразвукової екстракції з (природними) глибокими евтектичними розчинниками дає вам можливість поєднати інтенсифікуючу силу ультразвуку з чудовими розчинюючими ефектами та видатною конструктивною здатністю глибоких евтектичних розчинників. Завдяки чудовій ефективності ультразвукової екстракції, Ультразвукові апарати також успішно використовуються для видобутку води.
Зв'яжіться з нами зараз, щоб дізнатися більше про потужне застосування ультразвукової екстракції з використанням глибоких евтектичних розчинників!

Ультразвукові екстрактори для лабораторної, пілотної та промислової екстракції DES

Ультразвукова екстракція - це надійна технологія обробки, яка полегшує і прискорює отримання високоякісних екстрактів з різних рослинних, а також будь-яких розчинників. Ультразвукова екстракція має високу сумісність з (природними) глибокими евтектичними розчинниками, які є сприятливими завдяки своїй чудовій розчинювальній здатності, здатності до дизайну, стійкості, біологічному розкладанню та екологічності. Поєднання процесу інтенсифікації потужності ультразвуку з перевагами (природних) глибоких евтектичних розчинників надає цій технології перевагу на багатьох рівнях. Портфоліо Hielscher Ultrasonics охоплює повний спектр від компактних лабораторних ультразвукових приладів до промислових екстракційних систем. Всі вони, звичайно, підходять для екстракції глибокими евтектичними розчинниками.
Наш досвідчений персонал допоможе вам від техніко-економічних випробувань та оптимізації процесу до встановлення вашої ультразвукової системи на кінцевому рівні виробництва.