Фитохимия и ултразвукова обработка: високоефективна ултразвукова екстракция на растителни биоактивни вещества
Фитохимията е науката за химичните съединения от растителен произход – от полифеноли, флавоноиди и алкалоиди до терпени, сапонини, гликозиди, пигменти, антиоксиданти и съставки на етерични масла. Тези фитохимикали са ценни за нутрицевтиката, фармацевтиката, козметиката, хранителните съставки, естествените оцветители, ароматизантите, билковите екстракти и аналитичните изследвания.
Подобрете процеса на екстракция на фитохимикали с ултразвуковите апарати на Hielscher
Извличане на повече биоактивни вещества за по-кратко време
Ултразвуковите апарати с сонда на Hielscher ускоряват екстракцията на растителни съставки, като разграждат растителните клетки и ускоряват масообмена. Това позволява високоефективна екстракция на фитохимикали от билки, корени, листа, цветя, плодове, семена, кора, водорасли и други растителни материали.
Защо да изберете ултразвуковите екстракционни системи на Hielscher
- По-високи добиви при извличането: Извличайте повече целеви съединения от същата растителна суровина.
- По-кратки срокове за обработка: Заменете дългите етапи на мацерация или екстракция с интензивно нагряване с бърза ултразвукова обработка.
- Нежна, нетермична екстракция: Запазвайте термочувствителните фитохимикали като полифеноли, терпени, антоцианини, витамини и антиоксиданти.
- Гъвкавост при избора на разтворител: Използвайте вода, етанол, етанол-водна смес, глицерин, масла, дълбокоеутектични разтворители или други подходящи екстракционни средства.
- Прецизен контрол на процеса: Настройте амплитудата, мощността, консумираната енергия, времето, температурата, налягането и дебита.
- Линейно мащабиране: Разработване на параметрите за екстракция в лабораторията и пренасянето им към пилотно и промишлено производство.
- Работа в пакетен режим и в режим на непрекъснато действие: Изберете ултразвукова обработка в лабораторна колба, обработка в резервоар с бъркалка или екстракция с непрекъснат поток.
- Здрав промишлен дизайн: Ултразвуковите апарати на Hielscher са проектирани за изискващи производствени условия, стабилна работа и лесна интеграция.
Соникатор UIP1000hdT за извличане на фитохимикали
Наситеният зелен цвят на ултразвуковия екстракт от ребра подчертава превъзходната ефективност на ултразвуковата технология при производството на екстракт от пълен спектър. Ултразвуковата ботаническа екстракция е по-бърза, по-мощна и по-ефективна. Високоефективната ултразвукова екстракция с UP200Ht произвежда екстракт от ребра с пълен спектър.
Наситеният зелен цвят на ултразвуковия екстракт от ребра подчертава превъзходната ефективност на ултразвуковата технология при производството на екстракт от пълен спектър. Ултразвуковата ботаническа екстракция е по-бърза, по-мощна и по-ефективна. Високоефективната ултразвукова екстракция с UP200Ht произвежда екстракт от ребра с пълен спектър.
Ултразвукова обработка за по-бързо, по-чисто и по-пълно извличане на фитохимикали
За да се използват фитохимикалите във формулировки, тестове или търговски продукти, те първо трябва да бъдат извлечени от растителната матрица. Именно в това отношение ултразвуковата обработка се превърна в една от най-ефективните технологии за екстракция. Ултразвуковите апарати със сонда генерират интензивна акустична кавитация в течности и суспензии. Получената микротурбулентност, срязващите сили и колебанията в налягането разрушават растителните клетки, подобряват проникването на разтворителя и ускоряват преноса на биоактивни молекули в екстракционната среда.
Hielscher Ultrasonics доставя високопроизводителни ултразвукови апарати за фитохимична екстракция – от лабораторни изследвания до пълномащабно промишлено производство. Независимо дали разработвате растителен екстракт, оптимизирате подготовката на аналитични проби или мащабирате процеса за производство на растителни съставки, ултразвуковата обработка ви осигурява прецизен контрол върху интензивността на екстракцията, възпроизводимостта и производителността.
Соникатор UP200Ht за извличане на фитохимикали
Какво представлява ултразвуковата обработка във фитохимията?
Ултразвуковата обработка представлява въздействието на ултразвук с висока мощност върху течност или суспензия. В фитохимията ултразвуковата обработка се използва най-често за екстракция с помощта на ултразвук, подготовка на проби, разрушаване на клетки, диспергиране, емулгиране и интензифициране на процесите.
Когато ултразвукова сонда с висока интензивност излъчва звукови вълни в екстракционната среда, редуващите се цикли на високо и ниско налягане предизвикват акустична кавитация. Кавитационните мехурчета нарастват и се разпадат бурно. Това разпадане поражда локализирани срязващи сили, микроструи от течност и интензивни смесителни ефекти.
При ботаническата екстракция тези ефекти спомагат за:
- разрушаване на клетъчните стени и мембрани
- да се подобри достъпът на разтворителя до вътреклетъчните съединения
- да се намалят граничните слоеве около частиците от растенията
- да се подобри дифузията на фитохимикалите в разтворителя
- да се съкрати времето за извличане
- повишаване на възпроизводимостта
- да се намали необходимостта от прекомерно нагряване или продължително излагане на разтворители
Резултатът е по-бърз, по-ефективен и често по-щадящ процес на екстракция в сравнение с традиционните методи на мацерация, настойка, перколация или рефлукс.
Защо ултразвуковата обработка е важна за съвременната екстракция на фитохимикали
Ботаническите суровини са сложни. Биоактивните съединения се намират в растителните клетки, свързани със структурни компоненти или разпределени в различни тъкани. Традиционните методи за екстракция често изискват продължително престояване, големи обеми разтворители или високи температури. Тези условия могат да бъдат неефективни и да доведат до разграждане на термолабилните съединения.
Екстракцията с помощта на ултразвук преодолява тези ограничения, като ускорява физическото освобождаване на фитохимикалите. Вместо да разчита само на пасивна дифузия, ултразвуковата обработка активно разгражда растителната матрица и ускорява масообмена.
Това прави ултразвуковата екстракция особено полезна, когато преработвателите се нуждаят от:
- по-висок добив от скъпи растителни съставки
- по-кратки производствени цикли
- По-ниска консумация на разтворители
- подобрено извличане на термочувствителни съединения
- възпроизводимо извличане за контрол на качеството
- мащабируема обработка от лабораторно ниво до производствено ниво
- съвместимост със зелени разтворители и съставки с „чист етикет“
При фитохимичните изследвания ултразвуковата обработка подобрява и подготовката на аналитичните проби. Лабораториите могат да извличат целевите съединения бързо и с постоянни резултати преди провеждането на HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, тестове за антиоксиданти или други аналитични методи.
Конвенционални методи срещу екстракционни методи – Сравнение
| Традиционен метод за извличане | Ограничения на традиционния метод | Предимства на ултразвуковата обработка |
|---|---|---|
| Мацерация | Мацерацията е прост, но бавен процес. Може да отнеме часове, дни или дори седмици, докато се постигне задоволителен добив на екстракт. | Ултразвуковата обработка ускорява процеса на екстракция с разтворител, като активно разрушава растителните клетки и подобрява дифузията. Това може значително да съкрати времето за обработка. |
| Извличане на рефлукс | При екстракцията чрез рефлукс се използва топлина за подобряване на разтворимостта и масообмена. Топлината обаче може да разгради чувствителните фитохимикали и да увеличи енергопотреблението. | Ултразвуковата обработка осигурява висока ефективност на екстракцията при по-ниски температури, което я прави подходяща за термочувствителни растителни съединения. |
| Извличане на Сокслет | Екстракцията по метода на Сокслет се използва широко в лабораториите, но изисква голямо количество разтворител и отнема много време. | Ултразвуковата екстракция може да намали обема на разтворителя и времето за екстракция, което я прави привлекателна за аналитична работа, R&D и разработване на процеси. |
| механично разбъркване | Разбъркването подобрява смесването, но не води до същото разрушаване на клетките чрез кавитация, както ултразвукът със сонда. | Ултразвуковата обработка съчетава смесване, раздробяване на агломератите и разрушаване на клетките в една технологична операция, което води до по-интензивна екстракция. |
Серийна и инлайн ултразвукова обработка на растителни екстракти
Ултразвукова екстракция на партиди
Партидната ултразвукова обработка е идеална за лабораторни изследвания, разработване на формули, производство в малък мащаб и гъвкава преработка. Ултразвуков апарат със сонда се поставя в съд, съдържащ суспензия от растителна суровина и разтворител. Партидната обработка е лесна за настройка и е отлична за тестване на параметри като вид на разтворителя, амплитуда, време на екстракция и температура.
Непрекъсната ултразвукова екстракция в производствената линия
При по-големи производствени обеми предпочитаният метод е непрекъснатата вградена ултразвукова обработка. Растителната суспензия се изпомпва през ултразвукова пропускателна клетка, където се подлага на контролирана кавитация. Вградената обработка подобрява възпроизводимостта, контрола върху процеса и производителността. Тя също така прави мащабирането по-предсказуемо, тъй като енергийният приток, времето на престой и дебитът могат да бъдат определени с висока точност.
Промишлените ултразвукови апарати на Hielscher са проектирани за непрекъсната работа и могат да се интегрират с помпи, топлообменници, резервоари за съхранение, филтрационни системи, съоръжения за рекуперация на разтворители и съоръжения за последваща концентрация.
В таблицата по-долу е посочен приблизителният капацитет на нашите ултразвукови апарати за извличане на растителни екстракти
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчан соникатор |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000hdT |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000hdT |
Фитохимикали, извлечени чрез ултразвукова обработка
Ултразвуковата обработка е подходяща за широк спектър от фитохимични съединения. Резултатът от екстракцията зависи от растителния материал, размера на частиците, разтворителя, температурата, амплитудата на ултразвука, времето на престой и последващото разделяне.
Полифеноли и флавоноиди
Полифенолите и флавоноидите са сред най-проучваните фитохимикали поради своите антиоксидантни свойства и важността им в хранителните, нутрицевтичните и козметичните формули. Ултразвуковата екстракция ускорява отделянето на фенолни киселини, катехини, кверцетин, рутин, антоцианини и сродни съединения от листа, плодове, кори, цветя, семена и кора.
Терпени и съставки на етеричните масла
Терпените и ароматните съединения са важни за билковите екстракти, парфюмите, ароматизантите и преработката на канабис или коноп. Ултразвуковата обработка може да подобри екстракцията от растителни тъкани, като същевременно позволява прецизен контрол на температурата, което е важно за летливите и чувствителни към окисляване съединения.
Алкалоиди
Алкалоидите се срещат в много лечебни растения и често се извличат за аналитични, фармацевтични или нутрицевтични цели. Ултразвуковата обработка подобрява разграждането на матрицата и може да ускори преминаването на алкалоидите в подходящи разтворители.
Сапонини, гликозиди и танини
Много корени, билки, бобови растения и лечебни растения съдържат сапонини, гликозиди и танини. Ултразвуковата обработка спомага за отделянето на тези съединения от влакнести или плътни растителни матрици и може да бъде оптимизирана, за да се постигне баланс между добив от екстракцията и селективност.
Пигменти и антиоксиданти
Естествените пигменти като антоцианини, хлорофили, каротеноиди и беталаини са ценни за приложение в хранителната, напитките, козметичната и аналитичната промишленост. Тъй като много от тези пигменти са чувствителни към топлина, кислород и рН, ултразвуковата екстракция при контролирани температурни условия е изключително изгодна.
Канабиноиди и фитохимикали от коноп
Конопът и канабисът съдържат канабиноиди, терпени, флавоноиди и други растителни съставки. Ултразвуковата екстракция подобрява отделянето на тези съединения от смлената биомаса и може да се приспособи към системи с етанол, хидроетанол или други разтворители.
Ултразвуково извличане на фитохимикали
Често задавани въпроси: Ултразвукова обработка и фитохимия
Какво представлява ултразвуковата обработка във фитохимията?
Ултразвуковата обработка във фитохимията представлява използването на ултразвук с висока мощност за екстрахиране, освобождаване или преработка на химични съединения от растителен произход. Тя се използва често за ултразвуково подпомагано извличане на фитохимикали като полифеноли, флавоноиди, терпени, алкалоиди, пигменти, антиоксиданти и съставки на етерични масла.
Как ултразвуковата обработка извлича фитохимикалите от растенията?
Ултразвуковата обработка предизвиква акустична кавитация в екстракционната течност. Кавитацията генерира срязващи сили, микроструи и интензивно смесване, което разрушава структурите на растителните клетки и подобрява проникването на разтворителя. Това ускорява преминаването на фитохимикалите от растителната матрица в разтворителя.
Кои фитохимикали могат да бъдат извлечени чрез ултразвук?
Ултразвуковата екстракция може да се използва за извличане на полифеноли, флавоноиди, антоцианини, терпени, канабиноиди, алкалоиди, сапонини, танини, гликозиди, хлорофили, каротеноиди, съставки на етерични масла и много други растителни съединения.
Подходяща ли е ултразвуковата екстракция за термочувствителни фитохимикали?
Да. Ултразвуковата екстракция се счита за щадящ, нетермичен метод на екстракция, когато температурата се контролира правилно. Това я прави подходяща за термочувствителни съединения като антиоксиданти, пигменти, терпени и някои витамини.
По-ефективна ли е ултразвуковата обработка със сонда в сравнение с ултразвуковата баня при екстракцията на фитохимикали?
За ефективна екстракция ултразвуковото обработване със сонда обикновено е значително по-мощно и по-лесно контролируемо в сравнение с ултразвуковата вана. Ултразвуковият апарат със сонда предава енергията директно в течността, като създава интензивна кавитация в пробата или технологичния поток. Ултразвуковите вани са значително по-малко интензивни и не осигуряват възпроизводими резултати при изискващи задачи по екстракция. Вижте разликата в резултатите от ултразвуковата екстракция при сравнението между ултразвуков апарат със сонда и ултразвукова вана!
Кои разтворители могат да се използват за ултразвукова екстракция на фитохимикали?
Сред често използваните разтворители са вода, етанол, смеси от етанол и вода, глицерин, масла и други разтворители, специфични за конкретните приложения. За аналитична екстракция могат да се използват метанол или други лабораторни разтворители. Ултразвуковата обработка може да се комбинира и с дълбокоеутектични разтворители, както и с естествени дълбокоеутектични разтворители.
Може ли ултразвуковата обработка да съкрати времето за екстракция?
Да. Ултразвуковата екстракция може значително да съкрати времето за екстракция в сравнение с традиционните методи като мацерация, инфузия или екстракция с разтворители, тъй като кавитацията ускорява разрушаването на клетките и масов пренос.
Може ли ултразвуковата екстракция да се приложи в по-голям мащаб?
Да. Ултразвуковите апарати на Hielscher се предлагат в диапазон от лабораторен до промишлен мащаб. Процесите, разработени с контролирани параметри като амплитуда, енергиен приток, температура и време на престой, могат да бъдат прехвърлени към по-големи партидни или непрекъснати инлайн системи.
Подходяща ли е ултразвуковата обработка за промишлено извличане на растителни екстракти?
Да. Промишлените ултразвукови апарати с реактори с непрекъснат поток могат да обработват растителни суспензии в непрекъснат режим. Това прави ултразвуковата обработка подходяща за промишлено производство на нутрицевтични екстракти, билкови тинктури, козметични активни съставки, хранителни съставки и биоактивни вещества от растителен произход.
Какви са основните предимства на ултразвуковите апарати на Hielscher за фитохимията?
Устройствата за ултразвукова обработка на Hielscher осигуряват мощна кавитация, прецизен контрол на параметрите, възпроизводима екстракция, работа в партиди и в линия, възможности за мащабиране на оборудването и съвместимост с много разтворители и растителни материали. Те са подходящи за научни изследвания, разработване на процеси и производство в промишлен мащаб.
Как да избера подходящия ултразвуков екстрактор?
Изборът на най-подходящия ултразвуков екстрактор зависи от растителния материал, целевите съединения, разтворителя, обема, съдържанието на твърди вещества, температурните граници и необходимата производителност. Hielscher може да ви препоръча подходящ лабораторен, пилотен или промишлен ултразвуков апарат в зависимост от вашия процес на екстракция.
Литература / Препратки
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
- Turrini, F.; Beruto, M.; Mela, L.; Curir, P.; Triglia, G.; Boggia, R.; Zunin, P.; Monroy, F. (2021): Ultrasound-Assisted Extraction of Lavender (Lavandula angustifolia Miller, Cultivar Rosa) Solid By-Products Remaining after the Distillation of the Essential Oil. Applied Sciences 11, 2021.
- 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.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- висока ефективност
- Най-съвременна технология
- надеждност & Стабилност
- регулируемо, прецизно управление на процеса
- партида & Вградени
- за всеки обем
- Интелигентен софтуер
- интелигентни функции (напр. програмируеми, протоколиране на данни, дистанционно управление)
- лесен и безопасен за работа
- ниска поддръжка
- CIP (почистване на място)
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.