المعالجة بالموجات فوق الصوتية تتفوق على طرق الاستخلاص الأخرى من حيث السرعة
تُعد سرعة إجراء الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية وما ينتج عنها من توفير للوقت في إنتاج المستخلصات إحدى المزايا العديدة لاستخلاص المركبات النشطة حيويًا من النباتات بالموجات فوق الصوتية. وقد قورِن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية علميًا بتقنيات استخلاص بديلة مثل الاستخلاص باستخدام CO2 فوق الحرج، والنقع، والاستخلاص بالتسخين تحت الارتجاع، والاستخلاص بطريقة Soxhlet، أو بالموجات الدقيقة، وتثبت نتائج الأبحاث التفوق الكبير للمعالجة بالموجات فوق الصوتية من حيث سرعة الاستخلاص ومردوده.
المعالجة بالموجات فوق الصوتية بوصفها إجراءً سريعًا للاستخلاص
يشتهر استخلاص المركبات النشطة حيويًا بالموجات فوق الصوتية بمردوده المرتفع، ومستخلصاته عالية الجودة، وقِصر زمن الاستخلاص، وانخفاض استهلاك الطاقة، وإمكانية استخدام مذيبات لطيفة جدًا. وتسهم جميع هذه العوامل في الكفاءة الإجمالية الاستثنائية لاستخلاص المكونات النشطة حيويًا من المواد النباتية بالموجات فوق الصوتية.
تجدون أدناه مجموعة مختارة من تقارير الأبحاث العلمية التي قورِن فيها الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية (ويُسمى أيضًا الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية / UAE) قورِن بتقنيات استخلاص أخرى مثل النقع، والاستخلاص بطريقة Soxhlet، والاستخلاص بالتسخين تحت الارتجاع، والاستخلاص باستخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج CO2، والاستخلاص بالموجات الدقيقة.
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UP400St للاستخلاص السريع للمواد النباتية بنمط الدُفعات
| تطبيق الاستخلاص | زمن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية | زمن طريقة الاستخلاص البديلة | معلومات إضافية | المصدر |
|---|---|---|---|---|
| استخلاص الأنثوسيانين من ثمار الآس | 5 min | 15 min الموجات الدقيقة |
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| استخلاص أوراق البولدو | 5–30 min | 15–90 min النقع |
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UIP1000hdT “يمكننا أن نرى أن المردود الناتج عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة تتراوح من 5 إلى 30 min يعادل مردود النقع التقليدي لمدة تتراوح من 15 إلى 90 min: UAE يتطلب ثلث الوقت اللازم في النقع التقليدي لاستخلاص المواد القابلة للذوبان من الأوراق.” |
Petigny et al., 2013 |
| استخلاص الفينولات الكلية والفلافونويدات من المريمية | 11 min | 30 min الاستخلاص التقليدي باستخدام حمام مائي مزود بهزاز عند 60ºC |
أجهزة استخلاص بالموجات فوق الصوتية UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| استخلاص البوليفينولات من أوراق الزيتون | 21 min | 60min الاستخلاص التقليدي بالتسخين تحت الارتجاع |
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| استخلاص المركبات الفينولية النشطة حيويًا من أوراق Malva sylvestris | 49 min 48°C بقدرة 110W |
5 h الاستخلاص باستخدام سرير مُحرَّك عند 150 rpm |
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UP200S كشف تحليل HPLC أن تركيز المركبات الفينولية النشطة حيويًا ازداد زيادة ذات دلالة إحصائية (p≺0.05) في الظروف المثلى للاستخلاص بطريقة UAE . |
Bimakr et al., 2017 |
| استخلاص الدهون من بذور البطيخ الشتوي (Benincasa hispida) | ∼36 min | الاستخلاص بثاني أكسيد الكربون فوق الحرج مقترنًا بتقنية تأرجح الضغط (SCE-PST) (∼50 min)، وثاني أكسيد الكربون فوق الحرج CO2 (∼97 min)، والاستخلاص التقليدي بطريقة Soxhlet (∼360 min) | المقارنة بين ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (sCO2)، والاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE)، والاستخلاص بثاني أكسيد الكربون فوق الحرج مقترنًا بتقنية تأرجح الضغط (SCE-PST)، والاستخلاص بطريقة Soxhlet أن UAE هي تقنية الاستخلاص الأكثر كفاءة وسرعة. | Bimakr et al. (2015) |
المقارنة بين ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (sCO2)، والاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE)، والاستخلاص بثاني أكسيد الكربون فوق الحرج مقترنًا بتقنية تأرجح الضغط (SCE-PST)، والاستخلاص بطريقة Soxhlet أن UAE هي تقنية الاستخلاص الأكثر كفاءة وسرعة.
- كفاءة استخلاص عالية
- مردود استخلاص متفوق
- عملية سريعة
- درجات حرارة منخفضة
- مناسب لاستخلاص المركبات غير المستقرة حراريًا
- متوافق مع أي مذيب
- استهلاك منخفض للطاقة
- تقنية استخلاص صديقة للبيئة
- تشغيل سهل وآمن
- تكاليف استثمار وتشغيل منخفضة
- تشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاق
أجهزة استخلاص عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية للعزل السريع للمركبات
تتيح معدات Hielscher المتطورة للموجات فوق الصوتية الاستخلاص السريع للجزيئات الحيوية عالية الجودة من النباتات. ويتيح التحكم الكامل في معلمات العملية، مثل السعة ودرجة الحرارة والضغط والطاقة المُدخلة، توفير ظروف الاستخلاص الأكثر كفاءة ولطفًا لإنتاج مستخلصات غير متضررة وعالية النشاط الحيوي. ويمكن تحسين معلمات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، مثل حجم جسيمات المادة الخام ونوع المذيب ونسبة المادة الصلبة إلى المذيب وزمن الاستخلاص، لتحقيق أعلى كفاءة وأفضل النتائج الإجمالية. ونظرًا إلى أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة استخلاص غير حرارية، يمكن تجنب التحلل الحراري للمكونات النشطة حيويًا، مما يؤدي إلى جودة متفوقة للمستخلص.
وبوجه عام، تجعل مزايا مثل المردود المرتفع وقِصر زمن الاستخلاص وانخفاض درجة حرارة الاستخلاص وتقليل الكمية المطلوبة من المذيب، المعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة الاستخلاص المفضلة.
تتفوق المعالجة بالموجات فوق الصوتية على الموجات الدقيقة في استخلاص الأنثوسيانين من ثمار الآس. المعالجة بالموجات فوق الصوتية أسرع بثلاث مرات من الاستخلاص بالموجات الدقيقة.
تُظهر المقارنة بين الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية والاستخلاص التقليدي باستخدام حمام مائي مزود بهزاز انخفاضًا كبيرًا في زمن استخلاص الفينولات الكلية والفلافونويدات من المريمية عند استخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية. لا يتطلب الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية سوى ثلث زمن الاستخلاص باستخدام حمام مائي مزود بهزاز.
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية: تقنية راسخة في المختبر والصناعة
يُستخدم الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لاستخلاص أي نوع من المركبات النشطة حيويًا من المواد النباتية والفطريات والطحالب والبكتيريا وخلايا الثدييات. وقد ترسخ الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بوصفه طريقة بسيطة ومجدية اقتصاديًا وعالية الكفاءة، تتفوق على تقنيات الاستخلاص التقليدية الأخرى بمردود استخلاص أعلى ومدة معالجة أقصر.
ومع توافر أنظمة الموجات فوق الصوتية المختبرية والمكتبية والصناعية الكاملة بسهولة، أصبح الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية اليوم تقنية راسخة وموثوقة. وتُركَّب أجهزة Hielscher للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية في منشآت المعالجة الصناعية في جميع أنحاء العالم لإنتاج مركبات نشطة حيويًا بدرجة غذائية ودوائية.
يعطيكم الجدول أدناه مؤشرًا على القدرة التقريبية للمعالجة لدى أجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:
| 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 |
تواصلوا معنا! / اسألونا!
تصنع Hielscher Ultrasonics مجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية لتطبيقات الخلط والتشتيت والاستحلاب والاستخلاص على النطاق المختبري والتجريبي والصناعي.
المؤلفات / المراجع
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
حقائق جديرة بالمعرفة
مبدأ عمل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة واسعة الاستخدام لعزل المكونات النشطة حيويًا وفصلها من المواد النباتية. ونظرًا إلى أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية متوافقة مع أي نوع من المذيبات، يمكن تصميم إجراء الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على نحو أمثل وفقًا للمركبات النشطة حيويًا (أي المركبات المستهدفة) وقطبيتها وقابليتها للذوبان وحساسيتها للحرارة وعوامل أخرى. ومن خلال تكييف عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية خصيصًا لمركب معين أو لمركبات متعددة، يمكن اختيار الإعداد الأمثل للحصول على مستخلص ذي جودة استثنائية.
تولِّد الموجات فوق الصوتية المقترنة بسائل أو معلق كثيف اهتزازات شديدة وتجويفًا صوتيًا. ويتسم التجويف الصوتي، المعروف أيضًا بالتجويف فوق الصوتي، بفروق ضغط شديدة الارتفاع وقوى قص ونفاثات سائلة تحدث موضعيًا. وتكسر هذه القوى جدران الخلايا وتفكك الخلايا النباتية وتعزز انتقال الكتلة بين داخل الخلية والمذيب. وبذلك تتحرر المكونات النشطة حيويًا بكفاءة في المذيب المحيط، الذي يمكن عزل الجزيئات المستهدفة منه وتنقيتها بسهولة (مثلًا بالتبخير الدوار أو التقطير بالبخار أو HPLC).
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من الخلايا النباتية: يُظهر المقطع العرضي المجهري (TS) آلية التأثير أثناء الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من الخلايا (تكبير 2000x)
[المصدر: Vilkhu et al. 2011]
تصنع Hielscher Ultrasonics مجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية بأحجام تتراوح من الحجم المختبري إلى الحجم الصناعي.