استخلاص التربينات بالموجات فوق الصوتية
ثبت أن استخلاص التربينات بالموجات فوق الصوتية يحقق مردودًا مرتفعًا من تربين أكسيد الكاريوفيلين، مثلًا من القنب وحشيشة الدينار. أكسيد الكاريوفيلين هو تربين يوجد في القنب وحشيشة الدينار والفلفل والريحان وإكليل الجبل. ويُستخدم تربين أكسيد الكاريوفيلين المستخلص، بوصفه مركبًا فعالًا، كمضاف منكّه ومكمّل صحي.
استخدام أكسيد الكاريوفيلين المستخلص
يتميز أكسيد الكاريوفيلين برائحته ومذاقه العطريين (أي الشبيهين بالأعشاب). ونظرًا إلى شدة رائحته ومذاقه العطريين، فإنه يُستخدم كثيرًا كمضاف منكّه في الأغذية، وكذلك كمكوّن عطري. علاوة على ذلك، لديه أيضًا القدرة على الارتباط بمستقبلات CB2 التابعة لجهاز الغدد الصماء في جسم الإنسان، مما يجعله مكوّنًا دوائيًا مثيرًا للاهتمام.
استخلاص أكسيد الكاريوفيلين بالموجات فوق الصوتية
يُعد استخلاص تربين أكسيد الكاريوفيلين بالموجات فوق الصوتية تقنية ممتازة لتحقيق مردود مرتفع، مثلًا من القنب وحشيشة الدينار. اقرأ المزيد عن التجويف الصوتي، وهو المبدأ الفعال للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية!
على سبيل المثال، استُخلص أكسيد β-كاريوفيلين بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز الموجات فوق الصوتية UP100H (100W, 30kHz) من براعم حشيشة الدينار المجففة.
تُظهر بيانات تحليل الكروماتوغرافيا الغازية (GC) مردود استخلاص أكسيد β-كاريوفيلين من حشيشة الدينار باستخدام جهاز Hielscher UP100H .
UP400St – معالج قوي بالموجات فوق الصوتية بقدرة 400W لاستخلاص التربينات، مزوّد بمقلب
تحليل مستخلص حشيشة الدينار الناتج عن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام الكروماتوغرافيا الغازية: أكسيد β-كاريوفيلين، وα-كاريوفيلين، وα-بينين، وmycrene، والليمونين، وα-caryophylene، وأكسيد الكاريوفيلين وغيرها.
بالإضافة إلى أكسيد β-كاريوفيلين، استُخلصت بنجاح تربينات أخرى مثل α-كاريوفيلين وα-بينين وmycrene والليمونين وα-caryophylene، وغيرها.
كيف تُستخلص التربينات من النباتات باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية بواسطة مسبار؟ تعليمات خطوة بخطوة!
- أولًا، تُطحن المادة النباتية أو تُقطّع إلى قطع صغيرة لزيادة مساحة السطح المتاحة للاستخلاص.
- ثم تُخلط المادة النباتية بمذيب (مثل الإيثانول أو الماء) لاستخلاص التربينات.
- بعد ذلك، تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية بواسطة مسبار لدعم عملية الاستخلاص، من خلال تطبيق موجات فوق صوتية عالية الشدة ومنخفضة التردد، عند نحو 20kHz، على المعلّق. ويؤدي ذلك إلى حدوث تجويف صوتي واهتزاز سريع للمذيب، مما يعزز تفكك الخلايا النباتية وتفكيكها وتحرير التربينات.
- ثم يُرشّح المزيج لفصل المادة النباتية الصلبة عن السائل المحتوي على التربينات المستخلصة.
- بعد ذلك، يُبخّر السائل أو يخضع لمعالجة إضافية لإزالة المذيب وتركيز التربينات.
- المنتج النهائي هو مستخلص غني بالتربينات يمكن استخدامه في تطبيقات متنوعة، مثل المكمّلات الغذائية والأغذية الوظيفية ومستحضرات التجميل.
بروتوكول استخلاص التربينات بالموجات فوق الصوتية
طُحنت حشيشة الدينار باستخدام مطحنة قهوة تقليدية للحصول على حجم جسيمات أكثر تجانسًا في عينة حشيشة الدينار.
وُضعت كمية 4.5mg من حشيشة الدينار في قارورة صغيرة، ثم أُضيف إليها 5mL من الإيثانول. ووُضعت القارورة في كأس مخبري يحتوي على ماء مثلج لتبديد الحرارة. ثم عولجت العينة بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز UP100H، المزوّد بسونوترود MS7، مع ضبط السعة على 50% لمدة 90sec.
تحليل مستخلص حشيشة الدينار الناتج عن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام الكروماتوغرافيا الغازية:
تضمن المعالجة بالموجات فوق الصوتية انتقالًا مرتفعًا للكتلة بين مصفوفة الخلية والمذيب، مما يحقق بالتالي مردودًا مرتفعًا جدًا من مستخلص عالي الجودة.
- مستخلصات تربينية عالية الجودة (دون تحلل حراري)
- مردود مرتفع
- إجراء سريع
- عائد سريع على الاستثمار
- مذيبات ألطف
- استهلاك أقل للمذيبات
- تشغيل آمن وسهل
- متطلبات صيانة قليلة
- استخلاص أخضر وصديق للبيئة للتربينات
يتميز استخلاص التربينات بالموجات فوق الصوتية بأنه طريقة استخلاص خضراء تتيح تسريع إجراء استخلاص التربينات بدرجة كبيرة، مع احتياجها إلى طاقة أقل من طرق الاستخلاص التقليدية الأخرى (مثل CO2 فوق الحرج، سوكسليت وغيرها). ومن المزايا الأخرى المرتبطة باستخدام استخلاص التربينات بالموجات فوق الصوتية سهولة التعامل مع جهاز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، وسرعة العملية، وعدم وجود نفايات كيميائية، وارتفاع المردود، ومراعاة البيئة، وتحسين الجودة بفضل ظروف المعالجة اللطيفة ومنع التحلل الحراري.
أجهزة استخلاص التربينات بالموجات فوق الصوتية
يبيّن الجدول أدناه جهاز الموجات فوق الصوتية الذي قد يكون الأنسب لمتطلباتك الخاصة باستخلاص التربينات.
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 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 | UIP4000 |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة، من النطاق المخبري إلى النطاق الصناعي.
المؤلفات/المراجع
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
حقائق جديرة بالمعرفة
الكاريوفيلين
الكاريوفيلين، أو (−)-β-كاريوفيلين، هو سيسكويتربين طبيعي ثنائي الحلقة يوجد في العديد من الزيوت العطرية. وتُعرف الأعشاب التالية بأنها مصادر جيدة للكاريوفيلين: القنب، وقنب الألياف (Cannabis sativa)، والكراوية السوداء (Carum nigrum)، والقرنفل (Syzygium aromaticum)، وحشيشة الدينار (Humulus lupulus)، والريحان (Ocimum spp.)، والأوريغانو (Origanum vulgare)، والفلفل الأسود (Piper nigrum)، والخزامى (Lavandula angustifolia)، وإكليل الجبل (Rosmarinus officinali، وزيت الكوبايفا (Copaifera spp.). β-كاريوفيلين هو كانابينويد نباتي ذو ألفة قوية لمستقبل الكانابينويد من النوع 2 (CB 2)، ولكن ليس لمستقبل الكانابينويد من النوع 1 (CB 1).
أكسيد الكاريوفيلين
أكسيد الكاريوفيلين (ويُسمّى أيضًا أكسيد β-كاريوفيلين) هو مشتق أكسدة β-كاريوفيلين، وهو مسحوق صلب بلوري أبيض تبلغ درجة انصهاره نحو 62°C.
ويُقدّر لما له من تأثيرات مضادة للالتهاب ومخدّرة موضعيًا ومضادة للأكسدة. وتشير الأبحاث الأولية إلى أن أكسيد الكاريوفيلين قد يكون أيضًا دواءً محتملًا لعلاج السرطان. ويُعد أكسيد الكاريوفيلين جزءًا من حلقة السيكلوبوتان، التي تُستخدم بالفعل في الأبحاث الطبية لتخليق دواء العلاج الكيميائي واسع الاستخدام كاربوبلاتين.
أكسيد الكاريوفيلين، الذي تحوّل فيه أوليفين الكاريوفيلين إلى إيبوكسيد، هو مكوّن معتمد لتنكيه الأغذية.
يتسم كل من β-كاريوفيلين وأكسيد β-كاريوفيلين بانخفاض الذوبانية في الماء، مما يعيق امتصاصهما إلى داخل الخلية. ولاستخدام هذه السيسكويتربينات كأدوية أو مكمّلات غذائية، فإن تغليفها داخل الجسيمات الشحمية يتغلب على ضعف ذوبانية هذه السيسكويتربينات في السوائل المائية ويضمن التوافر الحيوي والنشاط الحيوي. انقر هنا لمعرفة المزيد عن تغليف المركبات النشطة حيويًا بالموجات فوق الصوتية!
أكسيد الكاريوفيلين في القنب
يوجد أكسيد الكاريوفيلين في نبات cannabis sativa بوصفه سيسكويتربينًا يتكون من ثلاث وحدات إيزوبرين. ويُعد أكسيد الكاريوفيلين أحد أكبر التربينات وأكثرها وفرة في نبات القنب، وهو المسؤول عن عبق القنب ورائحته المميزين. ويُطبّق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بنجاح لإنتاج زيوت الكانابيديول كاملة الطيف، بحيث يتحقق التأثير التآزري للمركبات المتعددة.
التجويف بالموجات فوق الصوتية للاستخلاص
عند إدخال موجات فوق صوتية عالية القدرة إلى سائل، تحدث فيه دورات من الانضغاط والتمدد (التخلخل). وخلال التخلخل، تتولد في السائل فراغات أو ما يُسمّى فقاعات التجويف. وتتكون فقاعات التجويف هذه، وهي فقاعات فراغية دقيقة، عند تأثير ضغط سالب يتجاوز مقاومة الشد الموضعية للسائل. وتنمو الفقاعات الفراغية خلال عدة دورات من الانضغاط / التخلخل إلى أن تعجز عن امتصاص مزيد من الطاقة، فتتعرض فقاعة التجويف لانهيار انفجاري نحو الداخل. وتُعرف هذه الظاهرة بالتجويف. ووفقًا لأبحاث البروفيسور Suslick (1990)، تسود داخل فقاعات التجويف ظروف قصوى تصل فيها درجات الحرارة إلى 5000 K، والضغوط إلى 1000 ضغط جوي، ويتجاوز معدل التسخين والتبريد 1010 K/s، وتصل سرعة النفاثات السائلة إلى 280m/s، مما يتجلى في قوى قص عالية جدًا واضطرابات في منطقة التجويف. ويُستخدم اجتماع هذه العوامل (الضغط والحرارة والقص والاضطراب) لتسريع انتقال الكتلة في عملية الاستخلاص. علاوة على ذلك، تُستخدم هذه الظروف التي تحدث موضعيًا أيضًا في عمليات الموجات فوق الصوتية، مثل التجانس أو الاستحلاب أو التشتيت.
يعتمد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية الناتجة عنه
استخلاص التربينات بالموجات فوق الصوتية
يعتمد مبدأ الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على تأثيرين ينشآن عند اقتران الموجات فوق الصوتية عالية القدرة بسائل أو معلّق:
أولًا، يُدفع المذيب (الوسط السائل المحيط) إلى داخل مصفوفة الخلية. وتبعًا للسعة وشدة التجويف، يُثقب جدار الخلية أو يُفكك بفعل ضغط السائل.
ثانيًا، خلال دورة التخلخل، يُطرد محتوى الخلية (أي المادة الموجودة داخل الخلية) من داخلها. وبعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، تكون المركبات المستهدفة موجودة في المذيب، ويمكن فصلها عنه (مثلًا بتبخير المذيب)، بحيث يُحصل في النهاية على مستخلص نقي.
يُعد تركيب المادة الخام (مثل محتوى الرطوبة، ودرجة النقع / الطحن وحجم الجسيمات، والمذيب المختار عوامل مهمة جدًا للحصول على عملية استخلاص بالموجات فوق الصوتية ذات كفاءة وفعالية. كما أن معلمات العملية بالموجات فوق الصوتية ضرورية أيضًا: يجب تحديد السعة والضغط ودرجة الحرارة ومدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتحسينها للحصول على أفضل النتائج.