استراتيجيات لزيادة مردود الاستخلاص من المواد النباتية
لإنتاج مستخلصات فائقة الجودة من المواد النباتية بكفاءة عالية، أي تحقيق مردود مرتفع من المستخلصات فائقة الجودة خلال وقت استخلاص قصير، يلزم استخدام تقنية استخلاص عالية الأداء. ويُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية لتكثيف العمليات تتيح استخدام مجموعة واسعة من المواد الخام، وتنتج مردودًا مرتفعًا من المستخلصات الممتازة بسرعة وبتكلفة اقتصادية.
مستخلصات نباتية فائقة الجودة باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة
عند استخلاص مركب محدد نشط بيولوجيًا أو جزء نشط بيولوجيًا من مادة نباتية، تؤثر عوامل مختلفة في عملية الاستخلاص. فإلى جانب تقنية الاستخلاص (مثل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية)، تُعد قطبية المذيب، والمادة الخام ومعالجتها المسبقة، ونسبة المواد الصلبة / السائل (أي نسبة المادة النباتية / المذيب)، ووقت الاستخلاص، ودرجة الحرارة عوامل مهمة للعملية يجب مراعاتها بعناية. ويتيح الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) ظروف معالجة مثالية تتسم باللطف والكفاءة العالية في آن واحد. وتُسهم حرية اختيار مذيبات لطيفة أو الاستخلاص بالماء البارد، ودرجات الحرارة المنخفضة، وأوقات المعالجة القصيرة في جعل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية استخلاص متفوقة تمنع التحلل الحراري أو الكيميائي للجزيئات النشطة بيولوجيًا. وعلاوة على ذلك، يمكن للاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية تحرير كامل الكمية المتاحة من الجزيئات النشطة بيولوجيًا من المادة الخام النباتية. ولهذا تُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية الاستخلاص الأكثر استخدامًا لإنتاج مستخلصات عالية الفعالية.
استخلاص المواد النباتية باستخدام UP400St (400W, 24kHz)
ما الذي يجعل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية متفوقًا؟
يُعد الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) تقنية استخلاص عالية الكفاءة تعتمد على قوى ميكانيكية بحتة. ويتسم التجويف فوق الصوتي أو الصوتي بقوى قص شديدة، بالإضافة إلى فروق كبيرة موضعية في درجات الحرارة والضغط. وتسبب قوى التجويف الشديدة هذه ما يُسمى إحداث المسام بالموجات فوق الصوتية، أي تكوين مسام جديدة وتوسيع المسام الموجودة في غشاء الخلية، وكذلك تفكيك بنى الخلايا النباتية. ويسهم تدفق المذيب إلى داخل الخلية وخارجها، الذي تُكثفه الموجات فوق الصوتية، في التحرير السريع والكامل للمواد النباتية. وباستخدام قوى ميكانيكية فقط، لا يُغيّر الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية الجزيئات النباتية بواسطة مواد كيميائية أو معالجة حرارية شديدة، وبذلك يمنع التغيرات الكيميائية أو الناجمة عن الحرارة في المواد النشطة بيولوجيًا الموجودة في النباتات. ونتيجة لذلك، ينتج الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية مستخلصات عالية الجودة كاملة الطيف توفر التأثيرات الكاملة للمواد النباتية مجتمعة، وهو ما يُعرف بتأثير التآزر بين المكونات.
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية: تقنية لطيفة غير حرارية، ومع ذلك عالية الكفاءة، لتحقيق مردود مرتفع من المستخلصات فائقة الجودة.
مقارنة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بالتقنيات الأخرى
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية شائعة الاستخدام لتحرير المركبات النشطة بيولوجيًا وعزلها من المواد النباتية، مثل مضادات الأكسدة، والبوليفينولات، والسكريات المتعددة، والبروتينات، والدهون، والقنبيات، وغيرها من المركبات الكيميائية النباتية.
وتُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية الطريقة المفضلة لما توفره من مزايا عديدة، مثل مردود استخلاص مرتفع / كامل، ومعالجة سريعة غير حرارية، والتوافق مع أي مذيب تقريبًا (مثل الماء، والإيثانول، والميثانول، والأيزوبروبانول، والزيوت النباتية، والغليسرين، وغيرها)، والتشغيل البسيط والآمن، وانخفاض متطلبات الصيانة، إلى جانب مزايا كثيرة أخرى.
يقارن الجدول أدناه الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بطرق الاستخلاص التقليدية الأخرى، مع إبراز مزايا الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
تتميز أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بالكفاءة والموثوقية وسهولة الاستخدام
| الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية | النقع | CO2 – الاستخلاص باستخدامه | سوكسليت | الاستخلاص بالنضح | |
|---|---|---|---|---|---|
| المذيب | متوافق مع أي مذيب تقريبًا | الماء والمذيبات المائية وغير المائية | CO2 | الماء والمذيبات المائية وغير المائية | المذيبات العضوية |
| درجة الحرارة | استخلاص غير حراري، تحكم دقيق في درجة الحرارة |
درجة حرارة المحيط | مع التسخين | درجة حرارة المحيط، ويُستخدم التسخين أحيانًا |
أعلى من درجة الحرارة الحرجة البالغة 31°C |
| الضغط | يمكن استخدام الضغط الجوي أو ضغط مرتفع |
الضغط الجوي | الضغط الجوي | الضغط الجوي | ضغوط مرتفعة جدًا (أعلى من الضغط الحرج البالغ 74 bar) |
| وقت المعالجة | سريع | بطيء جدًا | بطيء | بطيء جدًا | متوسط |
| كمية المذيب | منخفضة، مع تحميل مرتفع من المادة النباتية الصلبة في المذيب، خاصة عند استخدام تجهيز يتضمن خلية التدفق |
كبيرة | متوسطة | كبيرة | كميات كبيرة من المائع فوق الحرج CO2 |
| قطبية المستخلص الطبيعي | تعتمد على المذيب؛ ولاستخلاص المركبات غير القطبية والقطبية، يُوصى باستخلاص على مرحلتين باستخدام مذيبين |
تعتمد على المذيب | تعتمد على المذيب | تعتمد على المذيب | تعتمد على الضغط (تزداد القطبية عند ضغوط أعلى) |
| المرونة / قابلية التوسع | للاستخلاص على دفعات وضمن خط المعالجة، قابلية توسع خطية |
الاستخلاص على دفعات فقط، قابلية توسع محدودة |
الاستخلاص على دفعات فقط، قابلية توسع محدودة |
الاستخلاص على دفعات فقط، قابلية توسع محدودة |
الاستخلاص على دفعات فقط، قابلية توسع خطية محدودة، مكلف جدًا |
لماذا يتميز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بكفاءة عالية؟
تُعزى آلية تكثيف الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة أساسًا إلى ظاهرة التجويف الصوتي. ويسبب التجويف فوق الصوتي تصادمات بين جسيمات الكتلة الحيوية النباتية، مما يؤدي إلى تفتتها بفعل التصادمات فيما بينها وتقليل حجمها. وعندما تنهار فقاعات التجويف على سطح المواد النباتية الصلبة، يزيد التآكل وإحداث المسام بالموجات فوق الصوتية مساحة سطح الجسيمات بدرجة أكبر. ويُسهّل انتقال الكتلة المُكثف الناتج عن ذلك تحرير جزيئات مثل البروتينات، والدهون، والسكريات، والفيتامينات، ومضادات الأكسدة، والمركبات الكيميائية النباتية، والألياف الغذائية. وتُحسّن قوى القص المتولدة بالموجات فوق الصوتية تغلغل المذيب في المصفوفة الخلوية للمادة النباتية، وتُحسّن نفاذية أغشية الخلايا. وهذه الآليات للموجات فوق الصوتية عالية القدرة مسؤولة عن التكثيف الكبير للعملية الذي يتحقق عند تطبيق المعالجة بالموجات فوق الصوتية لاستخلاص المواد النباتية.
- مردود مرتفع
- مستخلصات فائقة الجودة
- عملية سريعة وعالية الكفاءة
- تكاليف تشغيل منخفضة
- نتائج قابلة للتكرار
- قابلية توسع خطية
- تشغيل بسيط وآمن
- المتانة
احصلوا على معلومات تقنية حول أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من Hielscher ومزاياها!
تُصمم Hielscher Ultrasonics أجهزة استخلاص عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية وتُصنّعها وتُوزعها للمعالجة على دفعات والمعالجة المستمرة على أي نطاق إنتاجي. وإلى جانب أعلى المعايير التقنية والمتانة الاستثنائية والتشغيل 24/7/365 لتحقيق كفاءة تشغيل عالية، تتميز أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بسهولة التشغيل وموثوقيته. والكفاءة العالية، والبرمجيات الذكية، والقائمة سهلة الاستخدام، والتسجيل التلقائي للبيانات، والتحكم عن بُعد عبر المتصفح ليست سوى بعض الخصائص التي تميز أجهزة الاستخلاص من Hielscher عن معدات الاستخلاص الأخرى.
مزايا أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من Hielscher
الكفاءة
- مردود أعلى
- عملية استخلاص سريعة – خلال دقائق
- مستخلصات عالية الجودة – استخلاص لطيف غير حراري
- مذيبات صديقة للبيئة (الماء، والإيثانول، والغليسرين، والزيوت النباتية، وغيرها)
البساطة
- التوصيل والتشغيل – الإعداد والتدريب خلال ساعات
- معدل معالجة مرتفع – لإنتاج المستخلصات على نطاق واسع
- التشغيل على دفعات أو التشغيل المستمر ضمن خط المعالجة
- إعداد بسيط – يدعم قيم جهد كهربائي متعددة، ولا يتطلب سوى توصيل أربعة خراطيم
- قابل للنقل
- توسيع خطي للنطاق – أضف نظامًا آخر بالموجات فوق الصوتية بالتوازي لزيادة القدرة الإنتاجية
- المراقبة والتحكم عن بُعد – عبر حاسوب شخصي أو هاتف ذكي أو جهاز لوحي
- لا يتطلب الإشراف على العملية – اضبط الجهاز وشغّله
- أداء عالٍ – مصمم للإنتاج المستمر 24/7
- متانة ومتطلبات صيانة منخفضة
- جودة عالية – مصمم ومصنّع في ألمانيا
- تحميل وتفريغ سريعان بين الدفعات
- سهل التنظيف
السلامة
- تشغيل بسيط وآمن
- استخلاص دون مذيبات أو باستخدام مذيبات (الماء، والإيثانول، والزيوت النباتية، والغليسرين، وغيرها)
- دون ضغوط ودرجات حرارة مرتفعة
- تتوفر أنظمة مقاومة للانفجار معتمدة وفق ATEX
- سهل التحكم (بما في ذلك التحكم عن بُعد)
مذيبات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
اختر المذيب المثالي لعملية الاستخلاص الخاصة بك: فالماء، ومزيج الماء والكحول، وكحول الأيزوبروبيل، والهكسان، والإيثانول، والميثانول، والبوتان، والزيوت النباتية، والغليسرين،
والمذيبات غير السامة، وكذلك أي مذيبات قياسية أخرى، متوافقة مع الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية.
الاستخلاص بالماء البارد باستخدام الموجات فوق الصوتية: على الرغم من أن الماء يُعد من الناحية التقنية مذيبًا، ويُسمى المذيب الشامل، فإن الاستخلاص المعتمد على الماء يُعد عمومًا استخلاصًا دون مذيب. ولا يتطلب الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الخالي من المذيبات أي مواد خارجية. ويُعالج المعلّق المكوّن من الماء والمادة النباتية بالموجات فوق الصوتية لتكسير جدران الخلايا النباتية بحيث تتحرر الجزيئات النشطة بيولوجيًا إلى الماء (المذيب). وتُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة ميكانيكية بحتة لا تُغيّر المادة الخام والمستخلص كيميائيًا. ولذلك يُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التقنية المفضلة لإنتاج مستخلصات نباتية عالية الجودة.
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية مزود بمسبار UIP1000hdT مع جهاز تقليب لإنتاج مستخلصات نباتية مثل القنبيات (مثل CBD، THC، CBG)
يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لدينا (المعالجة على دفعات والمعالجة بالتدفق عبر الجهاز):
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| من 1 إلى 500mL | من 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| من 10 إلى 2000mL | من 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| من 0.1 إلى 20L | من 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| من 10 إلى 100L | من 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | من 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أعلى | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
تواصلوا معنا! / اسألونا!
تركيب صناعي لجهاز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية UIP4000hdT لإنتاج المستخلصات النباتية.
تُصنّع Hielscher Ultrasonics أجهزة استخلاص عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية وتُورّدها للنطاقات المختبرية والتجريبية والصناعية.
المصادر / المراجع
- 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.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- 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.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
تُصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية بأحجام تتراوح من الحجم المختبري إلى الحجم الصناعي.