Розчинники для ультразвукової екстракції з рослин
- Ультразвукова екстракція має багато переваг, таких як високі виходи, швидкі темпи екстракції, екологічність і низьке споживання енергії.
- Однією з найсильніших переваг є використання води як середовища для видобутку. Однак ультразвук можна використовувати з різноманітними системами розчинників, щоб забезпечити чудові результати для цільового екстракту.
- Оптимальний розчинник для ультразвукової екстракції рослинних біоактивних речовин вибирається по відношенню до сировини.
Ультразвукова екстракція
Добре відомо, що ультразвук руйнує клітинні структури та покращує перенесення маси, тим самим збільшуючи екстракцію біосполук (наприклад, фенолів, каротиноїдів).
Оскільки механічні ефекти ультразвуку значно підсилюють процес екстракції за рахунок поліпшення масообміну, то використання органічних розчинників часто буває зайвим. Це означає, що для ультразвукової екстракції вода часто є достатнім середовищем для видобутку, яке має багато переваг, таких як недорога, безпечна, легкодоступна та екологічно чиста.
Однак для конкретних біологічно активних сполук найкращі результати може бути досягнуті ультразвуковою екстракцією в поєднанні з летким розчинником.
Щоб вибрати правильний розчинник, необхідно враховувати сировину (наприклад, свіжу або висушену, мацеровану/подрібнену або порошкоподібну рослинну сировину) та цільові речовини (наприклад, ліпофільні, гідрофільні).
Рослинний гліцерин є ідеальним розчинником для екстракції завдяки своїм нетоксичним, не подразнюючим властивостям і здатності зберігати стабільність і ефективність чутливих біологічно активних сполук. Як чистий гліцерин, так і гліцерин-водні суміші, є корисними розчинниками для виробництва екстрактів для добавок і нутрицевтиків, ароматичних екстрактів, харчових добавок і косметичних засобів.
Звуковий апарат UIP2000HDT для ботанічної екстракції великими партіями або вбудованої роботи
У наступній таблиці перераховано кілька розчинників, які добре зарекомендували себе як розчинники для екстракції і використовуються для ультразвукової екстракції з рослинної сировини.
| Етанол | Один з 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. |
| Водний етанол | Будучи сумішшю етанолу і води, цей розчинник може витягувати широкий спектр полярних і помірно полярних сполук, забезпечуючи баланс між силою розчинника етанолу і здатністю води витягувати гідрофільні сполуки. Водний етанол можна готувати в різних співвідношеннях, регулюючи розчинну здатність до цільових сполук. |
| гліцерин | Високополярний розчинник, який корисний для екстракції полярних сполук і може бути безпечнішою альтернативою іншим полярним розчинникам, часто використовується в настоянках і екстрактах, призначених для внутрішнього споживання. Дізнайтеся більше про екстракцію фітохімічних речовин у гліцерині за допомогою ультразвуку! |
| метанол | Високополярний розчинник, ефективний для екстракції широкого спектру рослинних сполук, включаючи феноли, флавоноїди та деякі алкалоїди. |
| Гексан | Неполярний розчинник, який використовується в основному для екстракції неполярних сполук, таких як ліпіди, воски та ефірні олії. |
| Ацетон | Полярний апрототонний розчинник, ацетон ефективний для екстракції широкого спектру рослинних сполук, особливо тих, які є менш полярними, ніж ті, що екстрагуються водою або метанолом. |
| ізопропанол | Полярний розчинник, схожий на етанол, зазвичай використовується для екстракції ефірних олій, смол і деяких алкалоїдів. |
| Хлороформ | Неполярний розчинник, ефективний для екстракції алкалоїдів, терпеноїдів і деяких глікозидів. Використовується рідше через свою токсичність. |
| етилацетат | Помірно полярний розчинник, який використовується для екстракції ряду сполук, включаючи флавоноїди, алкалоїди та феноли. |
| толуол | Неполярний розчинник, який 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. |
| Нафтовий ефір | Неполярний розчинник, який в основному використовується для екстракції жирів, масел та інших неполярних сполук з рослинних матеріалів. |
Потужні ультразвукові хвилі порушують клітинний матрикс біологічних структур і вивільняють біологічно активні сполуки. Масообмін між рослинною сировиною і розчинником посилюється. Завдяки цим механізмам ультразвукова екстракція є високоефективною для ботанічної екстракції.
UP400ST ультразвуковий гомогенізатор Для трав'яної екстракції дозволяє використовувати розчинник на ваш вибір.
Ультразвукові апарати для екстракції
Від лабораторних і настільних ультразвукових приладів до повністю промислових ультразвукових екстракційних систем – Hielscher Ultrasonics - це ваш багаторічний досвідчений партнер, коли мова йде про потужні та надійні ультразвукові пристрої для успішних процесів екстракції.
Наші ультразвукові системи широко використовуються в біохімічних лабораторіях і на фармацевтичних виробництвах. Ультразвукові сонотроди і реактори автоклавуються і відповідають стандартам фармацевтичного виробництва.
Промислові ультразвуки Hielscher можуть видавати дуже високі амплітуди, щоб порушити клітинні матриці та вивільнити цільові речовини. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Потужність і надійність ультразвукових апаратів Hielscher забезпечують високі виходи, швидку швидкість екстракції і більш повну екстракцію – відмінні звичайні процеси екстракції.
Наші ультразвукові процесори можна поєднувати зі звичайними методами екстракції, такими як Екстракція Сокслета або надкритичне вилучення СО2. Модернізація існуючих виробничих ліній може бути легко виконана.
Література? Список літератури
- 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 методом кавітації
Інтенсивні ультразвукові хвилі генерують акустична кавітація в рідинах. Кавітаційна зсувна сила розриває клітинну стінку і мембрани, завдяки чому внутрішньоклітинний матеріал вивільняється. Ультразвукова екстракція дозволяє досягти більшого проникнення розчинника в рослинну тканину і покращує масообмін. Таким чином, ультразвукова екстракція значно інтенсифікує процес екстракції, що призводить до вищих виходів, швидших темпів екстракції та більш повної екстракції.
Сольвентні системи
Для екстракції біологічно активних сполук з рослинного матеріалу існують різні системи розчинників. Для екстракції гідрофільних сполук вибирають переважно полярні розчинники, такі як метанол, етанол або етилацетат, тоді як для екстракції ліпофільних сполук (наприклад, ліпідів) віддають перевагу системам розчинників, таким як дихлорметан або дихлорметан/метанол (v/v 1:1). Гексан часто використовується як розчинник для екстракції хлорофілу.
Що таке біологічно активні сполуки?
Біологічно активні сполуки або фітохімічні речовини визначаються як речовини, які впливають на живі організми, тканини або клітини. До біологічно активних речовин відносяться антибіотики, ферменти, вітаміни. Біологічно активні речовини, такі як каротиноїди та поліфеноли, можна витягти, наприклад, з фруктів, листя та овочів, тоді як фітостероли містяться в рослинних оліях.
Біологічно активні сполуки рослинного походження включають флавоноїди, кофеїн, каротиноїди, холін, дітіольйони, фітостероли, полісахариди, фітоестрогени, глюкозинолати, поліфеноли та антоціани. Багато біологічно активних речовин цінуються за те, що діють як антиоксиданти, і тому вважаються корисними для здоров'я.
Як вибрати найкращий розчинник для екстракції?
Наведені нижче рекомендації допоможуть вам вибрати відповідний розчинник для ультразвукової ботанічної екстракції. Оскільки ультразвукова обробка сумісна з будь-яким стандартним розчинником, ви можете вибрати розчинник, найбільш ідеальний для вашої рослинної сировини, цільових фітохімічних речовин та економічної ефективності.
- Вибірковість: Виберіть розчинник, який спеціально розчиняє потрібні сполуки, залишаючи небажані компоненти. Наприклад, використовуйте етанол для полярних сполук, таких як алкалоїди та флавоноїди.
- Розчинність: За принципом “як розчиняється, як,” Вибирайте розчинник з 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: Розглянемо економічну ефективність розчинника. Деякі розчинники можуть бути дорожчими, але пропонують вищі врожаї або кращу селективність, збалансовуючи загальну вартість екстракції.
- Безпеки: Переконайтеся, що розчинник безпечний для використання та поводження. Фактори включають токсичність, займистість і вплив на навколишнє середовище. Наприклад, вода та етанол є більш безпечним вибором порівняно з хлороформом або толуолом.
Полярність і вибір розчинника
Відповідно до закону подібності та сумісності, розчинники зі значенням полярності, близьким до полярності розчиненої речовини, швидше за все, працюватимуть краще. Ось кілька прикладів:
- Полярні розчинники: Вода, етанол, метанол – Використовується для екстракції полярних сполук, таких як алкалоїди, флавоноїди, глікозиди та білки.
- Помірно полярні розчинники: Ацетон, етилацетат, ізопропанол – Підходить для екстракції широкого спектру сполук, включаючи феноли та деякі алкалоїди.
- Неполярні розчинники: Гексан, толуол, нафтовий ефір – Ідеально підходить для екстракції неполярних сполук, таких як ліпіди, воски, терпени та ефірні олії.
Приклади використання розчинника
- Етанол: Один з 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 феноли, флавоноїди та деякі алкалоїди.
- Гексан: Неполярний розчинник, який використовується в основному для екстракції неполярних сполук, таких як ліпіди, воски та ефірні олії.
- Ацетон: Полярний апрототонний розчинник, ацетон ефективний для екстракції широкого спектру рослинних сполук, особливо тих, які є менш полярними, ніж ті, що екстрагуються водою або метанолом.
- Ізопропанол: Полярний розчинник, схожий на етанол, зазвичай використовується для екстракції ефірних олій, смол і деяких алкалоїдів.
- Хлороформ: Неполярний розчинник, ефективний для екстракції алкалоїдів, терпеноїдів і деяких глікозидів. Використовується рідше через свою токсичність.
- Етилацетат: Помірно полярний розчинник, який використовується для екстракції ряду сполук, включаючи флавоноїди, алкалоїди та феноли.
- Толуол: Неполярний розчинник, який 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.
- Нафтовий ефір: Неполярний розчинник, який в основному використовується для екстракції жирів, масел та інших неполярних сполук з рослинних матеріалів.
Наступні розчинники були протестовані в наукових дослідженнях, що вивчають ультразвукову екстракцію специфічних рослинних матеріалів і фітохімічних речовин.
| Розчинник | Рослина | Вид тканини |
|---|---|---|
| Оцтова кислота? сечовина? цетилтрим-бромід етиламонію | рис | Висівки |
| Водний етанол | distiller’s grain | зерно |
| Водний ізопропанол | соя, ріпак | насіння |
| Етанол | Сахаріна японська | – |
| Крижана кислота | Сорго | – |
| Фенолу | помідор? картопля? алое вера? соя | пилок? бульба? лист? насіння |
| Фенол/ацетат амонію | ячмінь? банан | корінь? лист |
| Фенол/ацетат амонію | авокадо? помідор? апельсин? банан? груша? виноград? яблуко? полуниця | Фрукти |
| Фенол/метанол-амоній ацетат | хвойні? банан? яблуко? картопля | насіння? плоди |
| Натрію додецилсульфат/ацетон | хвойні? картопляні | насінина? бульба |
| Натрію додецилсульфат/ТСА/ацетон | яблуко? банан | Тканини |
| ТСА | Квасоля | пильовик |
| ТСА/ацетон | цитрусові? соя? алое вера | Листя |
| ТСА/ацетон | соєві? хвойні | насіння |
| ТСА/ацетон | помідор | Пилкове зерно |
| ТСА/ацетон/фенол | оливкова? бамбук? виноград? лимон | Листя |
| ТСА/ацетон/фенол | яблуко? апельсин? помідор | Фрукти |
| Тіосечовина/сечовина | Соєвої | насіння |
| Тіосечовина/сечовина | яблуко? банан | Тканин |
| Буфер Tris-HCL | помідор | Пилкове зерно |
Що таке органічні розчинники?
Органічний розчинник – це тип леткої органічної сполуки (ЛОС). ЛОС – це органічні хімічні речовини, які випаровуються при кімнатній температурі.
До органічних сполук, що використовуються в якості розчинників, відносяться:
- ароматичні сполуки, наприклад, бензол і толуол
- спирти, наприклад, метанол
- Складні ефіри та ефіри
- кетони, наприклад, 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 можуть забруднювати повітря, воду та ґрунт. Завдяки потужному механізму ультразвукової екстракції можна уникнути використання органічних розчинників, замінивши їх більш м'якими, нетоксичними розчинниками.
