استخلاص الثوم بالموجات فوق الصوتية دون مذيبات
الثوم (Allium sativum) غني بالمركبات العضوية الكبريتية (مثل الأليسين والغلوتاثيون)، التي تعزز العديد من الفوائد الصحية. يُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية موثوقة وفعالة لإنتاج مستخلصات ثوم عالية التركيز. وتحقق المعالجة بالموجات فوق الصوتية مردودًا مرتفعًا من مستخلصات عالية الجودة وكاملة الطيف خلال زمن استخلاص قصير جدًا.
مستخلصات ثوم فائقة الجودة باستخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
يوفر استخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار لاستخلاص الأليسين والمركبات العضوية الكبريتية من الثوم عدة مزايا، منها المردود المرتفع والجودة العالية لمستخلص الثوم، والمعالجة السريعة، واتباع نهج خالٍ من المذيبات وصديق للبيئة. وتسهم هذه العوامل مجتمعة في إنتاج مستخلصات ثوم عالية الجودة ذات نشاط حيوي معزز وتركيب متسق، مما يجعل هذه الطريقة الخيار المفضل للباحثين والقطاعات الصناعية التي تسعى إلى الحصول على منتجات ممتازة مشتقة من الثوم.
فيما يلي، نناقش بالتفصيل الآثار المفيدة لاستخلاص الثوم بمساعدة الموجات فوق الصوتية:
- أولًا، يستخدم جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار موجات فوق صوتية تُنقل عبر مسبار من التيتانيوم، يُسمى سونوترود، إلى وسط الاستخلاص. وتولد الطاقة الميكانيكية للموجات فوق الصوتية فقاعات تجويف في السائل، مما يؤدي إلى انهيارها بسرعة. وخلال هذه العملية، تحدث اضطرابات دقيقة موضعية شديدة، إلى جانب تغيرات في الضغط ودرجة الحرارة. وتعزز هذه القوى تفكيك جدران خلايا الثوم. ويسهل هذا التفكيك إطلاق الأليسين وغيره من المركبات العضوية الكبريتية المحتجزة داخل الخلايا، مما يؤدي إلى استخلاص فعال.
- ثانيًا، تتيح الطبيعة الدقيقة والقابلة للتحكم للمعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام المسبار تخصيص عملية الاستخلاص. ويمكن لمنتجي المستخلصات والباحثين ضبط معلمات مثل زمن المعالجة بالموجات فوق الصوتية والسعة ودرجة الحرارة لتحسين ظروف الاستخلاص، وبالتالي زيادة مردود الأليسين والمركبات العضوية الكبريتية إلى أقصى حد مع تقليل تحلل المركبات الحساسة إلى أدنى حد. ويُعد هذا المستوى من التحكم ضروريًا للحصول على مستخلصات عالية الجودة ذات تركيب وفعالية متسقين.
- إضافة إلى ذلك، تُعد عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية سريعة نسبيًا مقارنة بطرق الاستخلاص التقليدية، مثل النقع أو الاستخلاص بجهاز سوكسليت. ولا توفر هذه الكفاءة الوقت فحسب، بل تساعد أيضًا في الحفاظ على نضارة المركبات المستخلصة ونشاطها الحيوي. وتقلل مدة الاستخلاص الأقصر من تعرض مستخلص الثوم للحرارة والأكسجين، اللذين قد يؤديان إلى تحلل المركبات العضوية الكبريتية الحساسة.
- علاوة على ذلك، يتوافق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية مع أي مذيب، بما في ذلك المذيبات اللطيفة والصديقة للبيئة مثل الماء أو الإيثانول المائي أو الكحول. وتكتسب هذه الميزة أهمية خاصة عند إنتاج مستخلص الثوم لاستخدامه مادة مضافة للأغذية أو منكّهًا أو ضمن المكملات الغذائية أو المستحضرات الغذائية العلاجية أو المستحضرات الصيدلانية، حيث يجب تجنب خطر التلوث بالمذيبات أو المواد الكيميائية الأخرى لضمان نقاء المنتج النهائي وسلامته.
مجانس بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT(2kW) مع مفاعل دفعي مزود بتحريك مستمر
استخلاص الأليسين بالموجات فوق الصوتية باستخدام الماء
الأليسين هو جزيء الثيوسلفينات الأكثر وفرة في مستخلص الثوم. ويتسم الأليسين بتأثيرات مضادة للبكتيريا والفيروسات والفطريات والأوالي والسرطان، وتأثيرات خافضة لسكر الدم، كما يُعرف بدعمه لصحة القلب والأوعية الدموية والجهاز المناعي. وترتبط الأنشطة الدوائية للثوم في معظمها بتفاعلات تبادل الثيول وثنائي الكبريتيد مع البروتينات المحتوية على الثيول.
لإنتاج مستخلصات ثوم عالية التركيز تحتوي على كميات كبيرة من المركبات العضوية الكبريتية، يُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية موثوقة وفعالة لعزل الثيولات وغيرها من المواد النشطة حيويًا من الثوم. وتحرر المعالجة بالموجات فوق الصوتية الثيولات من داخل خلايا الثوم، وتتيح تحضير مستخلص كامل الطيف من جزيئاته الحيوية. ويمكن استخدام الماء مذيبًا لاستخلاص الثوم بالموجات فوق الصوتية، وهو غير سام وقليل التكلفة وصديق للبيئة.
مقطع عرضي لفص ثوم قبل المعالجة بالموجات فوق الصوتية وبعدها
الدراسة والصور من إعداد Bose et al. 2014
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UP200Ht لاستخلاص الأليسين والمركبات العضوية الكبريتية والمواد الكيميائية النباتية من الثوم.
بروتوكولات استخلاص الأليسين بالموجات فوق الصوتية
وُضعت عدة بروتوكولات لاستخلاص الثوم بالموجات فوق الصوتية. وقد أثبتت عدة فرق بحثية في دراسات علمية أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تحقق مردودًا مرتفعًا من الأليسين والأليين والمركبات العضوية الكبريتية وغيرها من المواد الكيميائية النباتية الموجودة في الثوم.
أورد Arzanlou et al. (2010) استخلاص الأليسين من فصوص الثوم بالموجات فوق الصوتية باستخدام الماء مذيبًا. واستخدموا 20g من فصوص الثوم المهروسة يدويًا. وعالجوا الثوم المنقوع بالموجات فوق الصوتية في 600mL من الماء المقطر لمدة 5 min، باستخدام Hielscher UP200S (200watts) عند سعة 100 %. واستُخدم حمام ثلجي لتبديد الحرارة. وبعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، عُصرت هريسة الثوم عبر قماش ترشيح الجبن المكوّن من خمس طبقات. ونُقل المعلق إلى أنبوب بسعة 50mL وخضع للطرد المركزي عند 1258g ودرجة حرارة 4ºC لمدة 20 min لفصل البقايا المتبقية عن السائل. ونُقل السائل الطافي إلى أنبوب معقم بسعة 50mL وأُحكم إغلاقه للتخزين.
قارن Bose et al. (2014) الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام المسبار بالنقع التقليدي والمعالجة في حمام الموجات فوق الصوتية والاستخلاص بالموجات الدقيقة. وأظهرت النتائج أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام المسبار حقق أعلى مردود من الأليسين.
أورد Ismail et al. (2014) الاستخلاص الفعال بالموجات فوق الصوتية للجزيئات الحيوية المحتوية على الكبريت، وهي السيستئين والغلوتاثيون، من أبصال الثوم. وطبقوا الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام الماء لاستخلاص الثيولات من أبصال الثوم باستخدام UP100H عند إعداد سعة 100%. ووجدوا أن التركيز الأمثل للثوم بلغ 10% (w/v) عند الاستخلاص في كأس مخبري مفتوح. وأُجري التقدير الكمي للثيولات باستخدام طريقة كاشف Ellman. وحصلوا على مردود مستخلص من الثيولات بلغ 0.170mM. وخلص الباحثون إلى أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام الماء طريقة بسيطة وآمنة وفعالة من حيث التكلفة لعزل الثيولات من الثوم.
- خالٍ من المذيبات / باستخدام الماء
- مردود استخلاص مرتفع
- مستخلصات عالية الجودة
- غير حراري
- مستخلصات كاملة الطيف
- عملية سريعة
- تقنية خضراء وصديقة للبيئة
- تشغيل بسيط وآمن
- متطلبات صيانة منخفضة
- عائد سريع على الاستثمار
أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لاستخلاص الثوم
تُستخدم أنظمة الاستخلاص من Hielscher Ultrasonics في جميع أنحاء العالم في الصناعات الغذائية والصيدلانية لإنتاج مستخلصات نباتية عالية الجودة على نطاق تجاري، تُستخدم مواد مضافة للأغذية ومكملات غذائية ومستحضرات علاجية. وسواء كان هدفك إنتاج دفعات أصغر من مستخلصات الثوم أو معالجة كميات كبيرة من المستخلصات النباتية عالية الجودة، فإن Hielscher Ultrasonics توفر لك جهاز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية المثالي.
المزايا التنافسية للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
تشمل المزايا الرئيسية لاستخلاص المركبات النشطة حيويًا من المواد النباتية مثل الثوم بالموجات فوق الصوتية تقليل زمن الاستخلاص والمعالجة بدرجة كبيرة، وكونه صديقًا للبيئة بفضل الاستخلاص باستخدام الماء أو تقليل استخدام المذيبات وضآلة انبعاثات CO2 إلى حد يكاد لا يُذكر، وانخفاض كمية الطاقة المستخدمة، فضلًا عن سهولة تشغيل أنظمة الموجات فوق الصوتية وسلامته.
توحيد معايير العملية باستخدام Hielscher Ultrasonics
ينبغي إنتاج المستخلصات المستخدمة في الأغذية أو المستحضرات الصيدلانية وفقًا لممارسات التصنيع الجيدة (GMP) وبموجب مواصفات معالجة موحدة. وتأتي أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية الرقمية من Hielscher Ultrasonics مزودة ببرمجيات ذكية تسهل ضبط عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية والتحكم فيها بدقة. ويسجل التسجيل التلقائي للبيانات جميع معلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية، مثل طاقة الموجات فوق الصوتية (الطاقة الكلية والصافية) والسعة ودرجة الحرارة والضغط (عند تركيب مستشعرات درجة الحرارة والضغط)، مع ختم التاريخ والوقت على بطاقة SD المدمجة. ويتيح لك ذلك مراجعة كل دفعة خضعت للمعالجة بالموجات فوق الصوتية. وفي الوقت نفسه، تُضمن قابلية تكرار النتائج واستمرار الجودة العالية للمنتج. وتتيح متانة جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher تشغيلها على مدار 24/7 تحت أحمال شديدة وفي بيئات صعبة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
تواصل معنا! / اسألنا!
المصادر العلمية / المراجع
- Arzanlou M., Bohlooli S. (2010): Inhibition of streptolysin O by allicin – an active component of garlic. Journal of Medical Microbiology Volume 59, Issue 9, 2010. 1044-1049.
- Ghasemi, Kamran; Bolandnazar, Sahebali; Tabatabaei, Seyed Jalal; Pirdashti, Hemmatollah; Arzanlou, Mohsen; Ebrahimzadeh, Mohammad; Fathi, Hamed (2015): Antioxidant properties of garlic as affected by selenium and humic acid treatments. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science 43, 2015. 1-9.
- Nur Izzah Ismail, Yumi Zuhanis Has-Yun Hashim, Parveen Jamal, Hamzah MohdSalleh, Rashidi Othman (2014): Ultrasonic-Assisted Extraction of Thiols from Garlic Bulbs. Advances in Environmental Biology, 8(3) Special 2014. 725-728.
- Sankhadip Bose, Bibek Laha, Subhasis Banerjee (2014): Quantification of allicin by high performance liquid chromatography‐ultraviolet analysis with effect of post‐ultrasonic sound and microwave radiation on fresh garlic cloves. Pharmacognosy Magazine Vol 10, Issue 38. April-June 2014, S288-S293.
حقائق جديرة بالمعرفة
الثوم وفوائده الصحية
الثوم غني بالجزيئات الحيوية التي تمنحه فعاليته بوصفه نباتًا طبيًا ومكملًا غذائيًا. ويسهم 200 مركب مختلف في الآثار الصحية المفيدة العديدة للثوم. وتحتوي فصوص الثوم على نسبة مرتفعة بصورة استثنائية من المركبات العضوية الكبريتية، مثل الأليين والأليسين ومركبات γ-glutamylcysteine، ومنها γ-glutamyl-S-allylcysteine وγ-glutamyl-S-trans-1-propenylcysteine. ويحتوي الثوم على كمية من الكبريت لا تقل عن أربعة أضعاف الكمية الموجودة في الخضروات الأخرى الغنية بالكبريت، مثل البصل والبروكلي والقرنبيط. وتمنح هذه المركبات المحتوية على الكبريت الثوم رائحته وطعمه النفاذين.
تُسمى الجزيئات الحيوية المحتوية على الكبريت مركبات السلفهيدريل، وتنتمي إلى مجموعة الثيولات. وتوجد في جميع أنسجة جسم الإنسان وخلاياه، وتؤدي دورًا حاسمًا في العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية الأساسية. والسيستئين والغلوتاثيون (GHS) ثيولان مهمان موجودان في الثوم. والسيستئين حمض أميني يحتوي على الكبريت ويتسم بمجموعة سلفهيدريل شديدة التفاعل كيميائيًا. أما الغلوتاثيون (GHS)، وهو ثلاثي ببتيد يتكون من الأحماض الأمينية الغلوتامات والسيستئين والغليسين، فهو أكثر مركبات السلفهيدريل منخفضة الكتلة الجزيئية انتشارًا في جسم الإنسان. ويعمل الغلوتاثيون مضادًا فائقًا للأكسدة وله وظيفة حيوية في جسم الإنسان (مثل الجهاز المناعي).
الأليسين
الأليسين أحد أهم الجزيئات الحيوية في الثوم، ويُظهر تأثيرات متنوعة تعزز الصحة. ولا يوجد الأليسين في فص الثوم السليم، بل يُصنَّع عند تقطيع الثوم أو هرسه. ويؤدي تهتك نسيج الثوم إلى تنشيط إنزيم يُسمى الألييناز. ويبدأ الألييناز تحويل الحمض الأميني الأليين إلى الأليسين وغيره من ثيوسلفينات الأليل. ويُعد تكوّن الأليسين عملية سريعة تكتمل خلال بضع ثوانٍ بعد هرس بصلة ثوم طازجة.
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية – مبدأ عمل التجويف الصوتي
يعتمد مبدأ عمل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية (المعروف أيضًا بالاستخلاص الصوتي) على ظاهرة التجويف الصوتي. ويولد التجويف الناتج عن الموجات فوق الصوتية قوى قص عالية واضطرابات دقيقة ونفاثات سائلة وفروقًا شديدة في درجة الحرارة والضغط محصورة موضعيًا. وتؤدي التأثيرات الميكانيكية للموجات فوق الصوتية عالية الأداء إلى تفكيك جدران الخلايا، وتعزز نفاذ المذيب إلى داخلها، وتزيد انتقال الكتلة. وبوصفها تقنية استخلاص غير حرارية، تمنع المعالجة بالموجات فوق الصوتية التحلل الحراري للمركبات النشطة حيويًا. ويمكن ضبط معلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية بدقة لتناسب المادة الخام والمواد المستهدفة، بما يضمن جودة فائقة للمستخلص.
تصنع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء تتراوح أحجامها من الأحجام المخبرية إلى الأحجام الصناعية.