Високоефективна екстракция на чага чрез ултразвукова обработка

Гъбите чага (Inonotus obliquus) са богати на много силнодействащи фитохимични вещества (напр. полизахариди, бетулинова киселина, тритерпеноиди), за които е известно, че допринасят за здравето и се борят със заболяванията. Използването на честота на мощен ултразвук за екстракция на чага е предпочитаната техника за получаване на превъзходни екстракти от чага с най-високо качество и добив.

Екстракти от гъбата чага чрез ултразвук

Ултразвуковата екстракция е високоефективна техника за освобождаване на фитохимични съединения от природни суровини като растения и гъби.
Гъбите чага са богати на редица съединения като полизахариди, тритерпени и полифеноли, които са отговорни за повечето от техните благоприятни за здравето и терапевтични ефекти. Основните биоактивни съединения на чага са полизахариди (напр. β-глюкани, протеогликани, съдържащи d-галактоза, d-глюкоза, d-ксилоза и d-маноза), тритерпеноиди (напр. бетулин, бетулинова киселина), полифеноли, фитостероли (напр. инотодиол), наред с други съединения.

Ултразвуковата екстракция ефективно разрушава клетките на гъбата чага и освобождава вътреклетъчните съединения (т.е. биоактивните фитохимични вещества) в разтворителя. Ултразвуковата екстракция се основава на принципа на действие на акустичната кавитация. Ефектите на ултразвуковата / акустичната кавитация са големи сили на срязване, турбулентност и значителни разлики в налягането. Тези сономеханични сили разрушават клетъчни структури като хитиновите клетъчни стени на гъбите, подпомагат масопреноса между материала от чага и разтворителя и водят до много високи добиви на екстракт при бърз процес. Освен това ултразвуковата обработка подпомага стерилизацията на екстрактите, като унищожава бактерии и микроби. Микробната инактивация чрез ултразвукова обработка е резултат от разрушителното действие на кавитационните сили върху клетъчната мембрана, образуването на свободни радикали и локализираното нагряване.

Защо ултразвуковата екстракция на чага е толкова изгодна?

Ултразвуковата екстракция се прилага в много области на производството на екстракти, напр. растителни и билкови екстракти за храни, хранителни добавки, фармацевтични продукти и козметика. Особено показателен пример за ултразвукова екстракция е извличането на канабидиол (CBD) и други съединения от растението канабис.
Тъй като ултразвуковата екстракция е нетермична техника за екстракция, биоактивните съединения се обработват щадящо с ултразвукови вълни и по този начин се предотвратява термичното разграждане на чувствителните растителни съединения. Всички параметри на ултразвуковия процес, т.е. амплитуда, интензивност, температура и налягане, могат да се контролират точно. Това позволява прецизен контрол на процеса и качеството и улеснява повторението и възпроизвеждането на вече получените резултати от екстракцията. Производителите на екстракти ценят ултразвуковата обработка заради надеждната повторяемост на процеса, която спомага за стандартизирането на процесите и продуктите при високи нива на качество.

Екстракти от чага с високо качество и висок добив чрез ултразвукова обработка

Изследванията потвърждават, че получените чрез ултразвук екстракти от гъбата чага съдържат повече тритерпеноиди от конвенционален екстракт с гореща вода. Техниката на ултразвукова екстракция подпомага освобождаването и изолирането на всички важни съединения от гъбите чага (I. obliquus). Екстракцията с помощта на ултразвук превъзхожда алтернативните методи за екстракция с по-висока ефективност и повишена бионаличност на биоактивните фитохимични вещества в гъбения екстракт. Откъсите от научни изследвания демонстрират високата ефективност и високия добив на ултразвуковата екстракция на чага.

Екстракция на полизахариди от чага

Zhang и съавт. използват екстракция с помощта на ултразвук, за да разработят оптимални условия за извличане на полизахариди от I. obliquus, като най-добрите условия включват използване на вода като разтворител за 15 минути при 95 °C с екстракция при ултразвукова честота, което дава стойности на екстракцията от 1,82%

Екстракция на бетулин / бетулинова киселина от чага

Резултатите показват, че ултразвукът е изиграл активна роля при извличането на бетулин и бетулинова киселина, тъй като може да предизвика отваряне на клетъчните стени и подпомага по-добрия масо- и топлопренос. Това от своя страна спомага за успешното извличане на желаните фитохимични вещества за кратко време с висока ефективност. Малкото увеличение на добивите при добавянето на етап на екстракция с разтворител след ултразвуковата обработка показва, че повечето от тези съединения вероятно вече са били извлечени от биомасата. Получените резултати показват максималното количество извлекаем бетулин в биомасата. (Alhazmi, 2017) Като цяло ултразвуковата обработка драстично увеличава добива на бетулин и бетулинова киселина.

Протокол за екстракция стъпка по стъпка

За изолиране на силен пълноспектърен екстракт от гъбите чага (Inonotus obliquus) се прилага двуетапен протокол за екстракция с мощен ултразвук.
Материал: Изсушената I. obliquus (100g) се раздробява на по-малки парчета с размер приблизително 1,3cm² (0,5×0,5 инча). Раздробеният гъбен материал се поставя в стъклена лабораторна чаша с обем 1,5L.

1. Стъпка: Ултразвукова студена екстракция: Изсушената, смляна чага се суспендира в 1000 mL 60% етанол в пречистена или дестилирана вода (v/v; 60% етанол : 40% вода), като сместа от разтворители се добавя в стъклената лабораторна чаша с чага. За екстракцията се използва ултразвуков екстрактор UP400St, оборудван със сонотрод S24d22L2D. Ултразвуковият накрайник (сонотродът) на ултразвуковия процесор се потапя в суспензията от гъби и разтворител. Използването на бъркалка е по избор, но може да подпомогне равномерното придвижване на растителните частици към сонотрода. Уверете се, че сонотродът не докосва стените на лабораторната чаша. Задайте амплитудата на 100% и обработвайте с ултразвук приблизително 10 min. UP400St се доставя с температурен датчик, който може да се включва към уреда. Свържете термодвойката с ултразвуковия процесор и поставете датчика в суспензията. В цифровото меню на ултразвуковия уред UP400St можете да зададете горна граница на температурата. Ултразвуковият процесор ще спре временно, когато този температурен максимум бъде достигнат, и ще стартира автоматично, щом суспензията достигне долната стойност на зададеното ∆T. Препоръчителните стойности на ∆T са приблизително 30°C като горна и 20°C като долна температурна стойност. Използването на водна или ледена баня спомага за поддържането на ниска температура по време на ултразвуковата обработка. След ултразвуковата обработка твърдите гъбени частици се отстраняват чрез филтриране и пресоване. Разтворителят с извлечените фитохимични вещества се подлага на вакуумно изпаряване или изпаряване с ротационен изпарител, така че накрая се получава фракцията от чага от етаноловата екстракция. Остатъчните твърди частици от чага могат да се използват за незадължителен втори етап на накисване – ултразвуковата гореща екстракция.
2. Стъпка (по избор): Ултразвукова гореща екстракция: Суровината от чага, възстановена след първата екстракция, се използва във втория етап на ултразвукова гореща екстракция, за да се изолира фракцията от фитохимични вещества, които все още остават в гъбите чага. Гъбеният материал се поставя в стъклена лабораторна чаша, добавят се 600mL пресен разтвор на разтворителя 60% етанол : 40% вода и се нагрява до приблизително 70°C. По време на ултразвуковата обработка температурата може да се повиши до 95°C. Допълнителната топлина подпомага освобождаването на остатъчните фитохимични вещества. Тъй като почти всички термочувствителни съединения са извлечени при контролирани температурни условия в стъпка 1, тази втора стъпка може да се приложи по избор за получаване на много силен екстракт, съдържащ всички фитохимични вещества на гъбата чага. Суспензията се обработва с ултразвук чрез UP400St по същия начин, както е описано по-горе. Филтрирайте, пресовайте и отделете гъбите от водния екстракт. Фитокомпонентите при втората екстракция също се изолират чрез изпаряване.

Двете фракции на екстракта от чага, от водната и етаноловата екстракция, се смесват, така че да се получи пълноспектърен екстракт от гъбата чага. Този екстракт може да се включи в състава на различни продукти като тинктури, капсули или продукти за консумация.

Този процес може да се мащабира напълно линейно до всеки друг обем. При прилагане на същите ултразвукови параметри (ултразвукова интензивност Ws/L, налягане, температура, концентрация твърдо вещество:течност) всички вече установени резултати от ултразвуковата екстракция на чага могат лесно да се мащабират до по-големи (или по-малки) обеми, като се постигат същите резултати (т.е. добиви, ефективност на процеса).

Получените чрез ултразвук гъбени екстракти са богати на полизахариди, за които са известни многобройни благоприятни ефекти върху здравето. Ултразвуковият процесор UP100H е ултразвуков екстрактор с мощност 100 вата за ефективна екстракция на лечебни гъби като чага, лъвска грива, рейши или кордицепс.

Вашият избор на разтворител

Ултразвуковата екстракция е съвместима с всеки разтворител. Това ви позволява да използвате предпочитания от вас разтворител. В протокола за екстракция на чага по-горе препоръчваме разтвор на разтворителя, съдържащ 60% етанол : 40% вода (v/v). Комбинацията от етанол и вода позволява освобождаването на фитохимични вещества с различна полярност. Като алтернатива може да се приложи двуфазна екстракция с етанол в първия етап на екстракция и вода във втория етап на екстракция. Ултразвуковата екстракция с комбинация от алкохол и вода като разтворител освобождава водоразтворими и алкохолоразтворими фитохимични вещества от гъби като чага.
Ето защо екстракцията е основополагаща за получаването на чисти и силнодействащи гъбени екстракти.
Други разтворители, използвани за екстракция на Inonotus obliquus, са изопропанол, метанол, метанол, съдържащ 10% оцетна киселина, етилацетат и други. За екстракти, предназначени за хранителни цели, се препоръчва нетоксичен разтворител, тъй като след отстраняването на разтворителя (напр. чрез изпаряване) понякога в екстракта могат да останат остатъчни следови количества.

Защо ултразвуковите вани дават недостатъчни резултати при екстракция на чага?

Ултразвуковите вани обикновено се използват за щадящо почистване. В ултразвукова вана акустичната кавитация възниква неконтролирано и е неравномерно разпределена в сравнително голям резервоар. Ако поставите стъклена лабораторна чаша със сместа от гъби и разтворител в ултразвукова вана, вече слабите ултразвукови вълни трябва да преминат през стените на чашата, което намалява интензивността на ултразвука още повече. Това означава, че интензивността на ултразвука в ултразвуков резервоар за почистване е твърде ниска за ефективна екстракция на гъби. Клетъчните стени на гъбите съдържат хитин – здрав материал, който прави гъбените клетки много твърди и трудни за разрушаване. За освобождаване на биоактивните съединения от гъби като чага е необходим ултразвук с висока интензивност. Ултразвуковите сонди създават много по-интензивна акустична кавитация – силата, която разрушава и отваря клетъчните стени на гъбите.
 

Графиката на UV-Vis анализа показва сравнението между екстракцията на гъбата чага с ултразвукова сонда и с ултразвукова вана. Ултразвуковият процесор със сонда UP100H (черна крива) дава значително по-високи добиви на биоактивни съединения от чага.

 
Прочетете повече за разликите между ултразвуковите сонди и ултразвуковите вани и вижте как се сравняват по ефективност на екстракцията!

Високопроизводителни ултразвукови процесори за екстракция на чага

Ултразвуковата екстракция е надеждна технология за обработка, която улеснява и ускорява производството на висококачествени екстракти от различни суровини като чага и други гъби. Портфолиото на Hielscher Ultrasonics обхваща целия диапазон от компактни лабораторни ултразвукови процесори до промишлени системи за екстракция. Така ние от Hielscher можем да ви предложим най-подходящия ултразвуков процесор за предвидения от вас капацитет на процеса. Нашият екип с дългогодишен опит ще ви съдейства от изпитванията за осъществимост и оптимизирането на процеса до инсталирането на вашата ултразвукова система на окончателното производствено ниво.
Малката заемана площ на нашите ултразвукови екстрактори, както и разнообразните им възможности за монтаж, позволяват те да се вместят дори в съоръжения за преработка на пектин с ограничено пространство. Ултразвукови процесори са инсталирани по целия свят в предприятия за производство на храни, фармацевтични продукти и хранителни добавки.

Hielscher Ultrasonics – усъвършенствано оборудване за екстракция

Продуктовото портфолио на Hielscher Ultrasonics обхваща пълната гама високопроизводителни ултразвукови екстрактори от малък до голям мащаб. Допълнителните принадлежности позволяват лесно сглобяване на най-подходящата конфигурация на ултразвуковия уред за вашия процес на екстракция на чага. Оптималната ултразвукова конфигурация зависи от предвидения капацитет, обем, суровина, партиден процес или процес в линия и времеви график.

Партидна и непрекъсната проточна обработка

Ултразвуковите процесори на Hielscher могат да се използват за партидна и непрекъсната проточна обработка. Партидната ултразвукова обработка е идеална за изпитване и оптимизиране на процеси и за производство в малък до среден мащаб. При производство на големи обеми гъби чага обработката в линия може да бъде по-изгодна. Непрекъснатият процес на смесване в линия изисква усъвършенствана конфигурация – състояща се от помпа, маркучи или тръби и резервоари – но е високоефективен, бърз и изисква значително по-малко труд. Всички промишлени системи могат да работят при повишени налягания, което увеличава кавитацията и по този начин ефективността на екстракцията. Hielscher Ultrasonics разполага с най-подходящата конфигурация за екстракция за вашия обем на екстракция и цели на процеса.

Ултразвукови екстрактори за всеки производствен капацитет

Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics обхваща целия спектър от ултразвукови процесори – от компактни лабораторни ултразвукови процесори, през настолни и пилотни системи, до изцяло промишлени ултразвукови процесори с капацитет за обработка на товари с обем на камиони за час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящия ултразвуков екстрактор за вашата чага, както и за други гъби, за капацитета на процеса и производствените ви цели.
Настолните ултразвукови системи са идеални за изпитвания за осъществимост и оптимизиране на процеси. Линейното мащабиране въз основа на установени параметри на процеса прави много лесно увеличаването на капацитета за обработка от по-малки партиди до пълномащабно търговско производство. Увеличаването на мащаба може да се извърши чрез инсталиране на по-мощен ултразвуков екстрактор или чрез обединяване на няколко ултразвукови процесора, работещи паралелно. С UIP16000 Hielscher предлага най-мощния ултразвуков екстрактор в света.

Прецизно контролируеми амплитуди за оптимални резултати

Всички ултразвукови процесори на Hielscher могат да се контролират прецизно и поради това са надеждни работни машини в производството. Амплитудата е един от решаващите параметри на процеса, които влияят върху ефективността и резултатността на ултразвуковата екстракция на фитохимични вещества от гъбата чага (Inonotus obliquus).
Всички процесори на Hielscher Ultrasonics позволяват прецизно задаване на амплитудата. Сонотродите и усилващите ултразвукови накрайници са принадлежности, които позволяват промяна на амплитудата в още по-широк диапазон. Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher могат да осигуряват много високи амплитуди и необходимата ултразвукова интензивност за взискателни приложения. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7.
Прецизното задаване на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да обработвате гъбената си суровина при най-ефективните ултразвукови условия. Оптимална ултразвукова обработка за най-добри резултати от екстракцията!
Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при тежко натоварване и в трудни условия. Това превръща ултразвуковото оборудване на Hielscher в надежден работен инструмент, който изпълнява вашите изисквания за екстракция.

Лесно изпитване без риск

Ултразвуковите процеси могат да се мащабират напълно линейно. Това означава, че всеки резултат, който сте постигнали с лабораторен или настолен ултразвуков процесор, може да се мащабира до точно същия резултат при използване на точно същите параметри на процеса. Това прави ултразвуковата обработка идеална за изпитвания за осъществимост без риск, оптимизиране на процеси и последващо внедряване в търговското производство. Свържете се с нас, за да научите как ултразвуковата обработка може да увеличи производството ви на екстракт от чага.

Най-високо качество – проектирано и произведено в Германия

Като семейна компания, притежавана и управлявана от семейство, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови процесори се проектират, произвеждат и изпитват щателно в нашата централа в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят надеждна работна машина във вашето производство. Работата 24/7 при пълно натоварване и в трудни условия е естествена характеристика на високопроизводителните екстрактори на Hielscher.
Можете да закупите ултразвуков процесор на Hielscher в различни размери и с конфигурация, точно съобразена с изискванията на вашия процес за екстракция на гъби. От обработката на гъби в малка лабораторна чаша до непрекъснатото проточно смесване на гъбени суспензии в промишлен мащаб, Hielscher Ultrasonics предлага подходящ ултразвуков процесор за вас! Свържете се с нас – с удоволствие ще ви препоръчаме идеалната ултразвукова конфигурация!

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови процесори: