Най-ефективният метод за екстракция на растителни суровини

Търсите ли мощна и надеждна екстракционна система за производство на висококачествени растителни екстракти? Тук можете да намерите сравнение на разпространени екстракционни техники, включително ултразвукова екстракция, екстракция със свръхкритичен CO2, екстракция с етанол, мацерация и други, както и техните предимства и недостатъци.

Екстракция на растителни суровини с ултразвук в сравнение с алтернативни техники

Екстракцията на растителни суровини може да се извършва чрез различни техники. Ефективността, добивът и качеството на екстракта обаче се влияят силно от използвания метод и протокол за екстракция. Мацерацията, екстракцията със свръхкритичен CO2, перколацията и екстракцията по Сокслет са разпространени екстракционни методи, които често дават незадоволителни резултати.
Екстракцията с ултразвук е усъвършенствана техника за изолиране, която превъзхожда традиционните екстракционни методи в няколко отношения.
Екстракцията с ултразвукова сонда е високоефективен метод за извличане на съединения от растения и други материали. В сравнение с други методи като мацерация, екстракция с CO2, перколация и микровълнова екстракция, екстракцията с ултразвукова сонда се отличава с няколко предимства:

• По-бърза екстракция: При екстракцията с ултразвукова сонда съединенията могат да се извличат много по-бързо, отколкото при мацерация и перколация. Това се дължи на факта, че ултразвуковите вълни създават кавитационни мехурчета в разтворителя, които предизвикват микроудари, подпомагащи разрушаването на клетъчните стени и по-бързото освобождаване на съединенията.
• По-висок добив: Екстракцията с ултразвукова сонда може да осигури по-висок добив на съединения, отколкото мацерацията, екстракцията с CO2 и перколацията. Това се дължи на факта, че ултразвуковите вълни подпомагат освобождаването на повече целеви съединения от материала, подложен на екстракция.
• По-висока ефективност: Екстракцията с ултразвукова сонда е по-ефективна от мацерацията, екстракцията с CO2, перколацията и екстракторите на Сокслет, тъй като изисква по-малко разтворител за извличане на същото количество съединения. Това се дължи на факта, че ултразвуковите вълни подпомагат повишаването на разтворимостта на целевите съединения в разтворителя.
• Универсалност: Екстракцията с ултразвукова сонда може да се използва за извличане на широк спектър от съединения от различни материали, включително както хидрофилни, така и хидрофобни съединения. Това означава, че ултразвукът е отличен и за производството на пълноспектърни екстракти.
• Ниски разходи: Екстракцията с ултразвукова сонда обикновено е по-евтина от екстракцията с CO2, перколацията, мацерацията и екстракцията по Сокслет, тъй като не изисква оборудване за високо налягане или трудоемка работа.
• Екологичност: Ултразвуковите сонди позволяват екологична екстракция, тъй като тя изисква по-малко разтворител и енергия в сравнение с други методи и образува по-малко отпадъци. Въпреки че ултразвуковата обработка е съвместима с всякакви разтворители, поради високата ефективност на ултразвуковата обработка токсичните разтворители могат до голяма степен да бъдат избегнати. Етанолът, водният разтвор на етанол и водата са отлични разтворители за ултразвукова екстракция на растителни суровини.

В сравнение с традиционните техники за екстракция на растителни суровини, екстракцията с ултразвукова сонда предлага значителни предимства, което обяснява широкото приложение на ултразвуковата екстракция за множество биоактивни съединения от растения.

Получаване на висококачествени екстракти от растителни суровини

За висококачествените растителни екстракти е съществена не само суровината (растителният материал), но решаващо значение има и прилаганата екстракционна техника. Растителните екстракти са чувствителни към температурата, което означава, че се разграждат под въздействието на топлина. Затова е изключително важно да се избере нетермичен метод за екстракция.
Изборът на екстракционния разтворител е друг важен фактор, който влияе върху качеството на екстракта. Разтворители като хексан, метанол, бутан и други агресивни химикали могат да замърсят екстракта. Въпреки че разтворителите се отстраняват след екстракцията, в крайния екстракт могат да бъдат открити следови количества токсични разтворители. Водата, алкохолът, етанолът, глицеринът или растителните масла са безопасни, нетоксични разтворители и са одобрени от FDA за консумация.

Протокол стъпка по стъпка за екстракция на растителни суровини с ултразвукова сонда

Как се извличат биоактивни съединения от растения чрез ултразвукова обработка със сонда? По-долу можете да намерите инструкции стъпка по стъпка за извличане на фитохимикали и биоактивни съединения от растителен материал като листа, венчелистчета, плодни тела, стъбла, корени или коренища!

1. Първо растителният материал се смила или нарязва на малки парчета, за да се увеличи повърхността за екстракция.
2. След това растителният материал се смесва с разтворител (като етанол или вода), за да се извлекат полифенолите.
3. След това се използва ултразвукова обработка със сонда, за да се подпомогне екстракционният процес чрез прилагане към сместа на ултразвукови вълни с висок интензитет и ниска честота от приблизително 20kHz. Това предизвиква акустична кавитация и бързи вибрации на разтворителя, които подпомагат дезинтеграцията и разрушаването на растителните клетки и освобождаването на биоактивни вещества като полифеноли, флавоноиди и витамини.
4. След това сместа се филтрира, за да се отдели твърдият растителен материал от течността, съдържаща извлечените биоактивни съединения.
5. След това течността се изпарява или се подлага на допълнителна обработка, за да се отстрани разтворителят и да се концентрират биоактивните молекули.
6. Крайният продукт е екстракт, богат на биоактивни вещества, който може да се използва в различни приложения като хранителни добавки, функционални храни и козметика.

Забележка: Това е общ преглед на процеса и конкретните условия (разтворител, съотношение на растителния материал към разтворителя, време за екстракция, мощност на ултразвуковата обработка и др.) могат да варират в зависимост от растителния източник и желаното съдържание на биоактивни вещества.

Как работи ултразвуковата екстракция?

Ултразвуковата екстракция се основава на принципа на ултразвуковата акустична кавитация и е изцяло механична обработка. Подобно на смесител с високо срязване, ултразвуковият апарат създава само механични сили на срязване в обработваната среда. Самата ултразвукова екстракция е нетермична екстракционна техника без химикали.
Какво е акустична кавитация? – Акустична или ултразвукова кавитация възниква, когато ултразвукови вълни с висока мощност и ниска честота се предават в суспензия, състояща се от растителен материал в течност (разтворител). Ултразвукови вълни с висока мощност се предават чрез ултразвуков процесор със сонда в растителната суспензия. Ултразвуковите вълни с висока енергия преминават през течността, създавайки редуващи се цикли на високо / ниско налягане, което води до явлението акустична кавитация. Акустичната или ултразвуковата кавитация води локално до екстремни условия като много големи разлики в налягането и високи сили на срязване. Когато кавитационните мехурчета имплодират върху повърхността на твърди тела (като частици, растителни клетки, тъкани и др.), микроструите и сблъсъците между частиците предизвикват ефекти като раздробяване на частиците, сонопорация (перфориране на клетъчните стени и клетъчните мембрани) и разрушаване на клетките. Освен това имплозията на кавитационните мехурчета в течни среди създава турбулентност и разбъркване, които подпомагат масопреноса между вътрешността на клетката и околния разтворител. Ултразвуковото облъчване е високоефективен начин за интензифициране на процесите на масопренос, тъй като ултразвуковата обработка води до кавитация и свързаните с нея механизми като микроскопични движения, предизвикани от течни струи, компресия и декомпресия в материала с последващо разрушаване на клетъчните стени.
В зависимост от суровината процесът на ултразвукова екстракция може да изисква висок интензитет, например за разрушаване на твърди растителни клетки или материал с високо съдържание на целулоза. Ултразвуковите апарати със сонда могат да генерират много високи амплитуди, което е необходимо за създаване на кавитация със силно въздействие. Hielscher Ultrasonic произвежда високопроизводителни ултразвукови екстрактори, които лесно могат да създават амплитуди от 200µm при непрекъсната работа 24/7. За още по-високи амплитуди Hielscher предлага специални сонотроди (сонди) с висока амплитуда.
За интензифициране на кавитацията се използват ултразвукови реактори и проточни клетки, които могат да работят под налягане. С повишаване на налягането кавитацията и кавитационните сили на срязване стават по-разрушителни и по този начин подобряват ефектите на ултразвуковата екстракция.

Извличайте фитохимикали и биоактивни съединения чрез ултразвукова обработка

Ултразвуковата екстракция се използва за освобождаване и изолиране на голямо разнообразие от биоактивни съединения (така наречените фитохимикали) от растителни суровини.
Списъкът по-долу ви дава кратък преглед на фитохимикалите, извличани с ултразвук:

• CBD и други канабиноиди от канабис и коноп
• Терпени
• Джинджифил
• Розмарин
• Капсаицин от люти чушки
• Кофеин от кафеени зърна
• Астаксантин от водорасли
• Алицин от чесън
• Катехини (EGEC) от чай
• Прополис
• Елагитанини от нар
• Аюрведични билкови екстракти
• Никотин от тютюн
• Етерични масла
• Фитохимикали от коприва
• Пектини от кори на цитрусови плодове
• Полифеноли от кори на манго
• Тараксацин и тараксастерол от глухарче

Разтворители за ултразвукова екстракция

Ултразвуковата екстракция е съвместима с почти всеки разтворител. Най-често за извличане на биоактивни съединения от растителни суровини се използват етанол, вода, смес от етанол/вода, глицерин и растителни масла, тъй като тези разтворители се считат за безопасни за консумация и са лесни за използване.
Прочетете повече за разтворителите, използвани за ултразвукова екстракция!

Предимствата на ултразвуковата екстракция с етанол

Етанолът е един от най-често използваните разтворители при ултразвукова екстракция поради своята безопасност (одобрен от FDA за консумация), ефективност и способност да разтваря широк спектър от вещества. Ултразвуковата екстракция с етанол превъзхожда други разтворители и други екстракционни технологии по икономическа ефективност, линейна мащабируемост, простота и безопасност.
Превъзходната ефективност на етанола като разтворител е свързана с химичния му състав, включващ въглеводородна опашка и една хидроксилна група. Този химичен състав позволява на етанола да разтваря и извлича много широк спектър от вещества, включително полифеноли, флавоноиди, терпени, канабиноиди и липиди (масла).
Например ултразвуковата екстракция на канабиноиди с етанол не изисква винтеризация (отстраняване на восъци), стъпка, необходима при други екстракционни методи като екстракцията с CO2 за отстраняване на восъците.

Екстракцията с етанол проявява различни ефекти в зависимост от температурата на етанола. Нагретият етанол често се използва за производство на пълноспектърни екстракти, които се ценят заради ефекта на антуража. От друга страна, за производството на билкови или канабисови дестилати се предпочита ледено студен етанол. Екстракцията с ледено студен етанол не изисква последваща филтрация. Тъй като ултразвуковата екстракция е нетермична обработка, тя може да се използва с горещ/топъл или охладен/ледено студен етанол. Ултразвуковите реактори с риза подпомагат поддържането на желаната температура на процеса по време на обработката. Цифровото управление и интелигентният софтуер на ултразвуковия апарат следят температурата на процеса чрез включваеми температурни сензори и могат да бъдат програмирани да спират или временно да прекъсват екстракционната обработка, когато температурата на средата излезе извън определен диапазон.

Купете най-ефективното оборудване за ултразвукова екстракция!

Високопроизводителните екстракционни системи на Hielscher Ultrasonics се предлагат във всякакъв мащаб – от малък лабораторен и среден пилотен мащаб до изцяло промишлено производство от няколко тона на час. В зависимост от производителността ултразвуковите екстрактори на Hielscher могат да се използват в периодичен или непрекъснат проточен режим. Изборът на разтворител зависи от вас, тъй като ултразвуковите апарати на Hielscher могат да се използват в комбинация с всеки разтворител. Всички устройства за ултразвукова екстракция са лесни и безопасни за работа. В съответствие с вашата суровина, капацитета на процеса и целевата продукция Hielscher ви предлага най-подходящия ултразвуков апарат.
Процесите на ултразвукова екстракция се влияят от суровината, разтворителя и производителността. Предлагат се различни принадлежности като сонотроди (сонди) с различни размери и форми, усилващи рогове, проточни клетки с различни обеми и геометрии, включваеми сензори за температура и налягане и много други приспособления за изграждане на идеалната ултразвукова система за вашия екстракционен процес.
Контролът на процеса е от решаващо значение за получаване на възпроизводими резултати. Затова всички цифрови модели са оборудвани с интелигентен софтуер, който ви позволява да настройвате, следите и променяте параметрите на екстракцията. Благодарение на прецизния контрол върху амплитудата, времето за ултразвукова обработка и работните цикли могат да бъдат постигнати оптимални резултати от процеса като превъзходен добив и най-високо качество на екстракта. Автоматичното записване на данни от процеса на ултразвукова обработка е основата за стандартизация на процеса и възпроизводимост / повторяемост, които се изискват за добрите производствени практики (GMP).

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