Dung môi để khai thác siêu âm từ thực vật
- Khai thác siêu âm có nhiều ưu điểm như năng suất cao, tỷ lệ khai thác nhanh, thân thiện với môi trường và tiêu thụ năng lượng thấp.
- Một trong những lợi ích mạnh nhất là sử dụng nước làm môi trường khai thác. Tuy nhiên, sonication có thể được sử dụng với các hệ thống dung môi đa tạp để mang lại kết quả vượt trội cho chiết xuất mục tiêu.
- Dung môi tối ưu để khai thác siêu âm các hoạt chất sinh học thực vật được chọn liên quan đến nguyên liệu thô.
khai thác siêu âm
Siêu âm được biết đến để phá vỡ cấu trúc tế bào và cải thiện chuyển khối lượng, do đó làm tăng khả năng chiết xuất của các hợp chất sinh học (ví dụ phenolics, carotenoids).
Vì các tác động cơ học của sonication tăng cường quá trình khai thác do cải thiện chuyển khối lượng rất nhiều, việc sử dụng dung môi hữu cơ thường là không cần thiết. Điều này có nghĩa là để khai thác siêu âm, nước thường là một phương tiện khai thác đủ có nhiều lợi ích như không tốn kém, không nguy hiểm, dễ dàng có sẵn và thân thiện với môi trường.
Tuy nhiên, đối với các hợp chất hoạt tính sinh học cụ thể, kết quả tốt nhất có thể đạt được bằng cách khai thác siêu âm kết hợp với dung môi dễ bay hơi.
Để chọn dung môi phù hợp, nguyên liệu thô (ví dụ: nguyên liệu thực vật tươi hoặc khô, ngâm / nghiền hoặc bột) và các chất được nhắm mục tiêu (ví dụ như ưa mỡ, ưa nước) phải được xem xét.
Glycerine thực vật là một dung môi chiết xuất lý tưởng do đặc tính không độc hại, không gây kích ứng và khả năng bảo tồn tính ổn định và hiệu lực của các hợp chất hoạt tính sinh học nhạy cảm. Cả hai, hỗn hợp glycerine và glycerine-nước tinh khiết, là dung môi hữu ích để sản xuất chiết xuất cho các chất bổ sung và dinh dưỡng, chiết xuất hương vị, phụ gia thực phẩm và mỹ phẩm.
Máy sonicator UIP2000hdT để khai thác thực vật theo lô lớn hoặc hoạt động nội tuyến
Bảng sau liệt kê một số dung môi, là dung môi khai thác được thiết lập tốt và được sử dụng để khai thác siêu âm từ nguyên liệu thực vật.
| êtanol | Một trong những dung môi phổ biến nhất để chiết xuất thực vật. Là một dung môi phân cực, ethanol hòa tan các hợp chất phân cực như ancaloit và flavonoid. |
| Nước | Dung môi phổ quát, thường được sử dụng để chiết xuất các hợp chất ưa nước như polysacarit, protein và một số glycoside. |
| Ethanol nước | Một hỗn hợp ethanol và nước, dung môi này có thể chiết xuất một loạt các hợp chất phân cực và phân cực vừa phải, cung cấp sự cân bằng giữa sức mạnh dung môi của ethanol và khả năng chiết xuất các hợp chất ưa nước của nước. Nước ethanol có thể được điều chế ở các tỷ lệ khác nhau điều chỉnh khả năng hòa tan để nhắm mục tiêu các hợp chất. |
| Glycerine | Một dung môi phân cực cao rất hữu ích để chiết xuất các hợp chất phân cực và có thể là một giải pháp thay thế an toàn hơn cho các dung môi phân cực khác, thường được sử dụng trong các loại rượu và chiết xuất có nghĩa là để tiêu thụ nội bộ. Đọc thêm về chiết xuất phytochemical trong glycerine bằng cách sử dụng sonication! |
| Methanol | Một dung môi phân cực cao có hiệu quả trong việc chiết xuất một loạt các hợp chất thực vật bao gồm phenolics, flavonoid và một số ancaloit. |
| Hexane | Một dung môi không phân cực được sử dụng chủ yếu để chiết xuất các hợp chất không phân cực như lipid, sáp và tinh dầu. |
| axeton | Một dung môi aprotic phân cực, acetone có hiệu quả để chiết xuất một loạt các hợp chất thực vật, đặc biệt là những hợp chất ít phân cực hơn so với các hợp chất được chiết xuất bằng nước hoặc metanol. |
| Isopropanol | Một dung môi phân cực tương tự như ethanol, thường được sử dụng để chiết xuất tinh dầu, nhựa và một số ancaloit. |
| Chloroform | Một dung môi không phân cực có hiệu quả trong việc chiết xuất các ancaloit, terpenoids và một số glycoside. Nó ít được sử dụng do độc tính của nó. |
| ethyl axetat | Một dung môi phân cực vừa phải được sử dụng để chiết xuất một loạt các hợp chất bao gồm flavonoid, ancaloit và phenolics. |
| toluen | Một dung môi không phân cực được sử dụng để chiết xuất các hợp chất không phân cực như tinh dầu, terpen và sáp. |
| Butanol | Một dung môi phân cực vừa phải có hiệu quả trong việc chiết xuất các hợp chất phân cực trung bình bao gồm một số glycoside và saponin. |
| Dầu khí Ether | Một dung môi không phân cực chủ yếu được sử dụng để chiết xuất chất béo, dầu và các hợp chất không phân cực khác từ nguyên liệu thực vật. |
Sóng siêu âm mạnh phá vỡ ma trận tế bào của cấu trúc sinh học và giải phóng các hợp chất hoạt tính sinh học. Chuyển khối lượng giữa nguyên liệu thực vật và dung môi được tăng cường. Do các cơ chế này, khai thác siêu âm có hiệu quả cao cho khai thác thực vật.
Máy đồng nhất siêu âm UP400St Đối với chiết xuất thảo dược cho phép sử dụng dung môi của sự lựa chọn của bạn.
Ultrasonicators để khai thác
Từ các thiết bị siêu âm trong phòng thí nghiệm và băng ghế dự bị cho đến các hệ thống khai thác siêu âm công nghiệp đầy đủ – Hielscher Ultrasonics là bạn đối tác có kinh nghiệm lâu năm, khi nói đến các thiết bị siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy cho các quá trình khai thác thành công.
Hệ thống siêu âm của chúng tôi được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm sinh hóa và các nhà máy sản xuất dược phẩm. Các sonotrodes siêu âm và lò phản ứng là autoclavable và đáp ứng các tiêu chuẩn sản xuất dược phẩm.
Hielscher sonicators công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao để phá vỡ ma trận tế bào và giải phóng các chất được nhắm mục tiêu. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Sức mạnh và sự mạnh mẽ của Hielscher ultrasonicators đảm bảo năng suất cao, tốc độ khai thác nhanh và khai thác hoàn chỉnh hơn – vượt trội các quy trình chiết xuất thông thường.
Bộ vi xử lý siêu âm của chúng tôi có thể được kết hợp với các phương pháp khai thác thông thường như: Khai thác Soxhlet hoặc chiết xuất CO2 siêu tới hạn. Việc trang bị thêm vào dây chuyền sản xuất hiện có có thể dễ dàng thực hiện.
Văn học / Tài liệu tham khảo
- 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.
Sự thật đáng biết
Khai thác siêu âm bằng Cavitation
Sóng siêu âm cường độ cao tạo ra cavitation âm thanh trong chất lỏng. Các lực cắt cavitational phá vỡ thành tế bào và màng để các vật liệu nội bào được giải phóng. Khai thác siêu âm đạt được sự thâm nhập lớn hơn của dung môi vào mô thực vật và cải thiện việc chuyển khối lượng. Qua đó, khai thác siêu âm tăng cường quá trình khai thác đáng kể dẫn đến năng suất cao hơn, tốc độ khai thác nhanh hơn và khai thác hoàn chỉnh hơn.
Hệ thống dung môi
Để chiết xuất các hợp chất hoạt tính sinh học từ vật liệu thực vật, các hệ thống dung môi khác nhau có sẵn. Để chiết xuất các hợp chất ưa nước, hầu hết các dung môi phân cực như metanol, ethanol hoặc ethyl-acetate được chọn, trong khi để chiết xuất các hợp chất ưa mỡ (ví dụ lipid), các hệ dung môi như dichloromethane hoặc dichloromethane / metanol (v / v 1: 1) được ưu tiên. Hexane thường được sử dụng làm dung môi để chiết xuất chất diệp lục.
Các hợp chất hoạt tính sinh học là gì?
Các hợp chất hoạt tính sinh học hoặc chất phytochemical được định nghĩa là các chất, có tác động đến các sinh vật, mô hoặc tế bào sống. Các hoạt chất sinh học bao gồm kháng sinh, enzyme và vitamin. Các chất hoạt tính sinh học như carotenoids và polyphenol có thể được chiết xuất ví dụ như từ trái cây, lá và rau quả, trong khi phytosterol được tìm thấy trong dầu thực vật.
Các hợp chất hoạt tính sinh học có nguồn gốc thực vật bao gồm flavonoid, caffeine, carotenoids, choline, dithiolthiones, phytosterol, polysacarit, phytoestrogen, glucosinolates, polyphenol và anthocyanin. Nhiều chất hoạt tính sinh học có giá trị hoạt động như chất chống oxy hóa và do đó được coi là có lợi cho sức khỏe.
Làm cách nào để chọn Dung môi chiết xuất tốt nhất?
Các hướng dẫn dưới đây giúp bạn chọn một dung môi phù hợp để khai thác thực vật siêu âm. Vì sonication tương thích với bất kỳ dung môi tiêu chuẩn nào, bạn có thể chọn dung môi lý tưởng nhất cho nguyên liệu thực vật của bạn, các chất phytochemical được nhắm mục tiêu và hiệu quả chi phí.
- Tính chọn lọc: Chọn một dung môi đặc biệt hòa tan các hợp chất mong muốn trong khi để lại các thành phần không mong muốn. Ví dụ, sử dụng ethanol cho các hợp chất phân cực như ancaloit và flavonoid.
- Độ hòa tan: Dựa trên nguyên tắc “như hòa tan như,” Chọn một dung môi có cực tính tương tự như chất tan. Dung môi phân cực (ví dụ: nước, ethanol) hòa tan các hợp chất phân cực, trong khi dung môi không phân cực (ví dụ: hexan) hòa tan các hợp chất không phân cực như lipid và dầu.
- Chi phí: Xem xét hiệu quả chi phí của dung môi. Một số dung môi có thể đắt hơn nhưng cung cấp năng suất cao hơn hoặc chọn lọc tốt hơn, cân bằng chi phí chiết xuất tổng thể.
- An toàn: Đảm bảo dung môi an toàn để sử dụng và xử lý. Các yếu tố bao gồm độc tính, tính dễ cháy và tác động môi trường. Ví dụ, nước và ethanol là những lựa chọn an toàn hơn so với chloroform hoặc toluene.
Lựa chọn phân cực và dung môi
Theo định luật tương tự và tương xứng, các dung môi có giá trị phân cực gần với cực tính của chất tan có khả năng hoạt động tốt hơn. Dưới đây là một số ví dụ:
- Dung môi phân cực: Nước, Ethanol, Methanol – Được sử dụng để chiết xuất các hợp chất phân cực như ancaloit, flavonoid, glycoside và protein.
- Dung môi phân cực vừa phải: Acetone, Ethyl axetat, Isopropanol – Thích hợp để chiết xuất một loạt các hợp chất, bao gồm phenolics và một số ancaloit.
- Dung môi không phân cực: Hexane, Toluene, Ether dầu mỏ – Lý tưởng để chiết xuất các hợp chất không phân cực như lipid, sáp, terpen và tinh dầu.
Ví dụ về sử dụng dung môi
- Êtanol: Một trong những dung môi phổ biến nhất để chiết xuất thực vật. Là một dung môi phân cực, ethanol hòa tan các hợp chất phân cực như ancaloit và flavonoid.
- Nước: Dung môi phổ quát, thường được sử dụng để chiết xuất các hợp chất ưa nước như polysacarit, protein và một số glycoside.
- Methanol: Một dung môi phân cực cao có hiệu quả trong việc chiết xuất một loạt các hợp chất thực vật bao gồm phenolics, flavonoid và một số ancaloit.
- Hexane: Một dung môi không phân cực được sử dụng chủ yếu để chiết xuất các hợp chất không phân cực như lipid, sáp và tinh dầu.
- Axeton: Một dung môi aprotic phân cực, acetone có hiệu quả để chiết xuất một loạt các hợp chất thực vật, đặc biệt là những hợp chất ít phân cực hơn so với các hợp chất được chiết xuất bằng nước hoặc metanol.
- Isopropanol: Một dung môi phân cực tương tự như ethanol, thường được sử dụng để chiết xuất tinh dầu, nhựa và một số ancaloit.
- Chloroform: Một dung môi không phân cực có hiệu quả trong việc chiết xuất các ancaloit, terpenoids và một số glycoside. Nó ít được sử dụng do độc tính của nó.
- Ethyl axetat: Một dung môi phân cực vừa phải được sử dụng để chiết xuất một loạt các hợp chất bao gồm flavonoid, ancaloit và phenolics.
- Toluene: Một dung môi không phân cực được sử dụng để chiết xuất các hợp chất không phân cực như tinh dầu, terpen và sáp.
- Butanol: Một dung môi phân cực vừa phải có hiệu quả trong việc chiết xuất các hợp chất phân cực trung bình bao gồm một số glycoside và saponin.
- Ether dầu mỏ: Một dung môi không phân cực chủ yếu được sử dụng để chiết xuất chất béo, dầu và các hợp chất không phân cực khác từ nguyên liệu thực vật.
Các dung môi sau đây đã được thử nghiệm trong các nghiên cứu điều tra khai thác siêu âm các vật liệu thực vật cụ thể và hóa chất thực vật.
| Dung môi | Thực vật | Loại mô |
|---|---|---|
| Axit axetic / urê / cetyltrim-ethylammonium bromua | lúa | cám |
| Ethanol nước | Ngũ cốc của nhà chưng cất | hạt |
| Nước isopropanol | đậu tương, hạt cải dầu | Hạt giống |
| êtanol | Saccharina japonica | – |
| Axit actic băng | lúa miến | – |
| Phenol | cà chua / khoai tây / lô hội / đậu nành | phấn hoa / củ / lá / hạt |
| Phenol / amoni axetat | lúa mạch / chuối | rễ / lá |
| Phenol / amoni axetat | bơ / cà chua / cam / chuối / lê / nho / táo / dâu tây | thành quả |
| Phenol / metanol-amoni axetat | Cây lá kim / chuối / táo / khoai tây | hạt / quả |
| Natri dodecyl sulphate/acetone | lá kim / khoai tây | hạt / củ |
| Natri dodecyl sunfat/TCA/acetone | táo / chuối | mô |
| TCA | đậu | bao phấn |
| TCA/axeton | cam quýt / đậu nành / lô hội | Lá |
| TCA/axeton | đậu nành / lá kim | Hạt giống |
| TCA/axeton | cà chua | hạt phấn hoa |
| TCA/axetone/phenol | ô liu / tre / nho / chanh | Lá |
| TCA/axetone/phenol | táo / cam / cà chua | thành quả |
| Thiourea/urê | đậu nành | hột |
| Thiourea/urê | táo / chuối | Mô |
| Bộ đệm Tris-HCL | cà chua | hạt phấn hoa |
Dung môi hữu cơ là gì?
Dung môi hữu cơ là một loại hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC). VOC là hóa chất hữu cơ bay hơi ở nhiệt độ phòng.
Các hợp chất hữu cơ được sử dụng làm dung môi bao gồm:
- các hợp chất thơm, ví dụ benzen và toluene
- rượu, ví dụ như methanol
- este và ete
- Ketone, ví dụ như acetone
- amin
- hydrocacbon nitrat hóa và halogen hóa
Nhiều dung môi hữu cơ được phân loại là độc hại hoặc gây ung thư. Trong trường hợp xử lý không đúng cách, chúng có thể gây nguy hiểm cho con người và có thể làm ô nhiễm không khí, nước và đất. Do cơ chế mạnh mẽ của khai thác siêu âm, việc sử dụng dung môi hữu cơ có thể tránh được thay thế chúng bằng dung môi nhẹ hơn, không độc hại.
