Розчинники для ультразвукової екстракції з рослин

• Ультразвукова екстракція має багато переваг, таких як високі виходи, швидкі темпи екстракції, екологічність та низьке енергоспоживання.
• Однією з найсильніших переваг є використання води як середовища екстракції. Однак ультразвукова обробка може застосовуватися з різноманітними системами розчинників для досягнення найкращих результатів для цільового екстракту.
• Оптимальний розчинник для ультразвукової екстракції рослинних біоактивних речовин обирається з урахуванням сировини.

Ультразвукова екстракція

Відомо, що ультразвук руйнує клітинні структури та покращує масоперенесення, збільшуючи таким чином екстрагованість біосполук (наприклад, фенолів, каротиноїдів).
Оскільки механічні ефекти ультразвукової обробки значно покращують процес екстракції завдяки вдосконаленому масоперенесенню, використання органічних розчинників часто є зайвим. Це означає, що для ультразвукової екстракції вода часто є достатнім середовищем екстракції, яке має багато переваг, таких як дешевизна, нешкідливість, легка доступність та екологічність.
Однак для певних біоактивних сполук найкращі результати можуть бути досягнуті за допомогою ультразвукової екстракції в поєднанні з летким розчинником.
Щоб обрати правильний розчинник, необхідно враховувати сировину (наприклад, свіжий або сушений, мацерований/подрібнений або порошкоподібний рослинний матеріал) та цільові речовини (наприклад, ліпофільні, гідрофільні).

У наведеній нижче таблиці перелічено кілька розчинників, які є добре зарекомендованими розчинниками для екстракції та використовуються для ультразвукової екстракції з рослинного матеріалу.

Потужні ультразвукові хвилі руйнують клітинну матрицю біологічних структур і вивільняють біоактивні сполуки. Масоперенесення між рослинним матеріалом і розчинником інтенсифікується. Завдяки цим механізмам ультразвукова екстракція є надзвичайно ефективною для ботанічної екстракції.

Ультразвукові системи для екстракції

Від лабораторних і настільних ультразвукових приладів до повномасштабних промислових систем ультразвукової екстракції – Hielscher Ultrasonics є вашим досвідченим партнером протягом багатьох років, коли йдеться про потужні та надійні ультразвукові прилади для успішних процесів екстракції.
Наші ультразвукові системи широко використовуються в біохімічних лабораторіях і на фармацевтичних виробничих підприємствах. Ультразвукові сонотроди та реактори є автоклабованими та відповідають стандартам фармацевтичного виробництва.

Промислові соникатори Hielscher можуть забезпечувати дуже високі амплітуди для руйнування клітинних матриць і вивільнення цільових речовин. Амплітуди до 200µm можуть легко підтримуватися безперервно в режимі роботи 24/7. Потужність і надійність ультразвукових систем Hielscher забезпечують високі виходи, швидкі швидкості екстракції та більш повну екстракцію – перевершуючи традиційні процеси екстракції.
Наші ультразвукові процесори можна поєднувати з традиційними методами екстракції, такими як екстракція за Сокслетом або надкритична екстракція CO2. Модернізація існуючих виробничих ліній може бути легко здійснена.

Література / Посилання

• 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.

Факти, які варто знати

Ультразвукова екстракція за допомогою кавітації

Інтенсивні ультразвукові хвилі генерують акустичну кавітацію в рідинах. Кавітаційні зсувні сили руйнують клітинну стінку та мембрани, так що внутрішньоклітинний матеріал вивільняється. Ультразвукова екстракція досягає більшого проникнення розчинника в рослинну тканину та покращує масоперенесення. Таким чином, ультразвукова екстракція значно інтенсифікує процес екстракції, що призводить до вищих виходів, швидших швидкостей екстракції та більш повної екстракції.

Системи розчинників

Для екстракції біоактивних сполук з рослинної сировини доступні різні системи розчинників. Для екстракції гідрофільних сполук переважно обирають полярні розчинники, такі як метанол, етанол або етилацетат, тоді як для екстракції ліпофільних сполук (наприклад, ліпідів) перевага надається системам розчинників, таким як дихлорметан або дихлорметан/метанол (v/v 1:1). Гексан часто використовується як розчинник для екстракції хлорофілу.

Що таке біоактивні сполуки?

Біоактивні сполуки або фітохімікати визначаються як речовини, які впливають на живі організми, тканини або клітини. До біологічно активних речовин належать антибіотики, ферменти та вітаміни. Біоактивні речовини, такі як каротиноїди та поліфеноли, можна екстрагувати, наприклад, з фруктів, листя та овочів, тоді як фітостероли містяться в рослинних оліях.
Біоактивні сполуки рослинного походження включають флавоноїди, кофеїн, каротиноїди, холін, дитіолтіони, фітостероли, полісахариди, фітоестрогени, глюкозинолати, поліфеноли та антоціани. Багато біоактивних речовин цінуються за їхню антиоксидантну дію і тому вважаються корисними для здоров’я.

Як обрати найкращий розчинник для екстракції?

Наведені нижче рекомендації допоможуть вам обрати відповідний розчинник для ультразвукової ботанічної екстракції. Оскільки ультразвукова обробка сумісна з будь-яким стандартним розчинником, ви можете обрати розчинник, який є найбільш ідеальним для вашої рослинної сировини, цільових фітохімікатів та економічної ефективності.

• Селективність: Оберіть розчинник, який специфічно розчиняє бажані сполуки, залишаючи небажані компоненти позаду. Наприклад, використовуйте етанол для полярних сполук, таких як алкалоїди та флавоноїди.
• Розчинність: Виходячи з принципу «подібне розчиняється в подібному», оберіть розчинник із полярністю, подібною до полярності розчиненої речовини. Полярні розчинники (наприклад, вода, етанол) розчиняють полярні сполуки, тоді як неполярні розчинники (наприклад, гексан) розчиняють неполярні сполуки, такі як ліпіди та олії.
• Вартість: Враховуйте економічну ефективність розчинника. Деякі розчинники можуть бути дорожчими, але забезпечувати вищі виходи або кращу селективність, балансуючи загальну вартість екстракції.
• Безпека: Переконайтеся, що розчинник є безпечним для використання та поводження. Фактори включають токсичність, займистість та вплив на навколишнє середовище. Наприклад, вода та етанол є безпечнішими виборами порівняно з хлороформом або толуолом.

Полярність і вибір розчинника
Згідно із законом подібності та взаємної змішуваності, розчинники зі значенням полярності, близьким до полярності розчиненої речовини, ймовірно, працюватимуть краще. Ось кілька прикладів:

• Полярні розчинники: Вода, етанол, метанол – використовуються для екстракції полярних сполук, таких як алкалоїди, флавоноїди, глікозиди та білки.
• Помірно полярні розчинники: Ацетон, етилацетат, ізопропанол – підходять для екстракції широкого спектру сполук, включаючи фенольні сполуки та деякі алкалоїди.
• Неполярні розчинники: Гексан, толуол, петролейний ефір – ідеальні для екстракції неполярних сполук, таких як ліпіди, воски, терпени та ефірні олії.

Приклади використання розчинників

• Етанол: Один із найпоширеніших розчинників для ботанічної екстракції. Як полярний розчинник, етанол розчиняє полярні сполуки, такі як алкалоїди та флавоноїди.
• Вода: Універсальний розчинник, часто використовується для екстракції гідрофільних сполук, таких як полісахариди, білки та деякі глікозиди.
• Метанол: Високополярний розчинник, ефективний для екстракції широкого спектру рослинних сполук, включаючи фенольні сполуки, флавоноїди та деякі алкалоїди.
• Гексан: Неполярний розчинник, що використовується переважно для екстракції неполярних сполук, таких як ліпіди, воски та ефірні олії.
• Ацетон: Полярний апротонний розчинник, ацетон ефективний для екстракції широкого спектру ботанічних сполук, особливо тих, що є менш полярними, ніж ті, що екстрагуються водою або метанолом.
• Ізопропанол: Полярний розчинник, подібний до етанолу, що часто використовується для екстракції ефірних олій, смол та деяких алкалоїдів.
• Хлороформ: Неполярний розчинник, ефективний для екстракції алкалоїдів, терпеноїдів та деяких глікозидів. Він рідше використовується через свою токсичність.
• Етилацетат: Помірно полярний розчинник, що використовується для екстракції ряду сполук, включаючи флавоноїди, алкалоїди та фенольні сполуки.
• Толуол: Неполярний розчинник, що використовується для екстракції неполярних сполук, таких як ефірні олії, терпени та воски.
• Бутанол: Помірно полярний розчинник, ефективний для екстракції сполук середньої полярності, включаючи деякі глікозиди та сапоніни.
• Петролейний ефір: Неполярний розчинник, що переважно використовується для екстракції жирів, олій та інших неполярних сполук із рослинних матеріалів.

Наступні розчинники були протестовані в дослідницьких дослідженнях, що вивчали ультразвукову екстракцію специфічних рослинних матеріалів та фітохімічних речовин.

Що таке органічні розчинники?

Органічний розчинник – це тип леткої органічної сполуки (ЛОС). ЛОС – це органічні хімічні речовини, які випаровуються при кімнатній температурі.
Органічні сполуки, що використовуються як розчинники, включають:

• ароматичні сполуки, напр. бензол і толуол
• спирти, напр. метанол
• естери та ефіри
• кетони, напр. ацетон
• аміни
• нітровані та галогеновані вуглеводні

Багато органічних розчинників класифікуються як токсичні або канцерогенні. У разі неправильного поводження вони можуть бути небезпечними для людей і забруднювати повітря, воду та ґрунт. Завдяки потужному механізму ультразвукової екстракції використання органічних розчинників можна уникнути, замінивши їх м’якшими, нетоксичними розчинниками.