Екстракция на терпени чрез ултразвук
Доказано е, че ултразвуковата екстракция на терпени осигурява високи добиви на терпена кариофиленов оксид, например от канабис и хмел. Кариофиленовият оксид е терпен, който се среща в канабиса, хмела, пипера, босилека и розмарина. Като активно съединение екстрахираният терпен кариофиленов оксид се използва като ароматизираща добавка и хранителна добавка за поддържане на здравето.
Приложение на екстрахирания кариофиленов оксид
Кариофиленовият оксид се отличава с ароматния си мирис и вкус (т.е. на билки). Поради интензивния си ароматен мирис и вкус той често се използва като ароматизираща добавка в храни, както и като компонент на ароматни композиции. Освен това той има способността да се свързва с ендокринните рецептори CB2 в човешкия организъм, което го прави интересен фармацевтичен компонент.
Ултразвукова екстракция на кариофиленов оксид
Ултразвуковата екстракция на терпена кариофиленов оксид е отлична техника за получаване на високи добиви, например от канабис и хмел. Прочетете повече за акустичната кавитация, действащия принцип на ултразвуковата екстракция!
Например β-кариофиленов оксид беше екстрахиран чрез ултразвук с ултразвуковия уред UP100H (100W, 30kHz) от изсушени шишарки на хмел.
Данните от газохроматографския анализ показват добива на β-кариофиленов оксид, екстрахиран с уреда на Hielscher UP100H от хмел.
UP400St – мощен ултразвуков процесор 400W с бъркалка за екстракция на терпени
Газохроматографски анализ на ултразвуков екстракт от хмел: β-кариофиленов оксид, α-кариофилен, α-пинен, mycrene, лимонен, α-caryophylene, кариофиленов оксид и други.
Освен β-кариофиленов оксид успешно бяха екстрахирани и други терпени, сред които α-кариофилен, α-пинен, mycrene, лимонен и α-caryophylene.
Как се екстрахират терпени от растения чрез ултразвукова обработка със сонда? Инструкции стъпка по стъпка!
- Първо растителният материал се смила или нарязва на малки парчета, за да се увеличи повърхността за екстракция.
- След това растителният материал се смесва с разтворител (например етанол или вода), за да се екстрахират терпените.
- След това се използва ултразвукова обработка със сонда за подпомагане на процеса на екстракция чрез прилагане към суспензията на ултразвукови вълни с висок интензитет и ниска честота от приблизително 20kHz. Това предизвиква акустична кавитация и бързи трептения на разтворителя, което подпомага разпадането и разрушаването на растителните клетки и освобождаването на терпените.
- След това сместа се филтрира, за да се отдели твърдият растителен материал от течността, съдържаща екстрахираните терпени.
- След това течността се изпарява или се подлага на допълнителна обработка, за да се отстрани разтворителят и да се концентрират терпените.
- Крайният продукт е богат на терпени екстракт, който може да се използва в различни приложения, като хранителни добавки, функционални храни и козметика.
Протокол за ултразвукова екстракция на терпени
Хмелът беше смлян с обикновена кафемелачка, за да се получи по-равномерен размер на частиците в пробата от хмел.
4,5mg хмел бяха поставени във флакон, след което бяха добавени 5mL етанол. Флаконът беше поставен в лабораторна чаша с ледена вода за отвеждане на топлината. След това пробата беше подложена на ултразвукова обработка с UP100H, оборудван със сонотрод MS7, при настройка на амплитудата 50% за 90sec.
Газохроматографски анализ на ултразвуков екстракт от хмел:
Ултразвуковата обработка осигурява висок масопренос между клетъчната матрица и разтворителя, вследствие на което се постига много висок добив на висококачествен екстракт.
- висококачествени терпенови екстракти (без термично разграждане)
- високи добиви
- бърза процедура
- бърза възвръщаемост на инвестицията
- по-щадящи разтворители
- по-малък разход на разтворител
- безопасна и лесна работа
- минимална поддръжка
- екологична екстракция на терпени, щадяща околната среда
Ултразвуковата екстракция на терпени се откроява като екологичен метод за екстракция, който позволява значително ускоряване на процедурата за екстракция на терпени, като същевременно изисква по-малко енергия от други конвенционални методи за екстракция (т.е. със свръхкритичен CO2, Soxhlet и др.). Други предимства, свързани с използването на ултразвукова екстракция на терпени, са лесната работа с ултразвуковия екстрактор, бързият процес, липсата на химически отпадъци, високият добив, щаденето на околната среда, подобреното качество благодарение на щадящите условия на обработка и предотвратяването на термичното разграждане.
Ултразвукови екстрактори за терпени
Таблицата по-долу Ви дава насоки кой ултразвуков уред би могъл да бъде най-подходящ за Вашите изисквания за екстракция на терпени.
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни уреди |
|---|---|---|
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | по-голям | група от UIP16000 |
Ултразвукови хомогенизатори с висока мощност от лабораторен до промишлен мащаб.
Литература/Източници
- 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
Полезни факти
Кариофилен
Кариофиленът, или (−)-β-кариофиленът, е естествен бицикличен сесквитерпен, който се среща в много етерични масла. Следните билки са известни като добър източник на кариофилен: канабис, коноп (Cannabis sativa), черен ким (Carum nigrum), карамфил (Syzygium aromaticum), хмел (Humulus lupulus), босилек (Ocimum spp.), риган (Origanum vulgare), черен пипер (Piper nigrum), лавандула (Lavandula angustifolia), розмарин (Rosmarinus officinali, и масло от копайба (Copaifera spp.). β-кариофиленът е фитоканабиноид със силен афинитет към канабиноидния рецептор тип 2 (CB 2), но не и към канабиноидния рецептор тип 1 (CB 1).
Кариофиленов оксид
Кариофиленовият оксид (също β-кариофиленов оксид) е производното от окислението на β-кариофилена и представлява бял кристален твърд прах с температура на топене приблизително 62°C.
Той се цени заради противовъзпалителното си, локално анестетичното си и антиоксидантното си действие. Първоначалните изследвания показват, че кариофиленовият оксид би могъл да бъде и потенциално лекарство за лечение на рак. Кариофиленовият оксид е част от циклобутановия пръстен, който вече се използва в медицинските изследвания за синтезиране на широко използвания химиотерапевтичен препарат карбоплатин.
Кариофиленовият оксид, в който олефинът на кариофилена се е превърнал в епоксид, е одобрен компонент за ароматизиране на храни.
Както β-кариофиленът, така и β-кариофиленовият оксид проявяват ниска разтворимост във вода, което затруднява абсорбцията им в клетката. За използването на тези сесквитерпени като лекарства или хранителни добавки капсулирането в липозоми преодолява слабата разтворимост на тези сесквитерпени във водни течности и осигурява бионаличност и биоактивност. Натиснете тук, за да научите повече за ултразвуковото капсулиране на биоактивни съединения!
Кариофиленов оксид в канабиса
В растението cannabis sativa кариофиленовият оксид се среща като сесквитерпен, който се състои от три изопренови единици. Кариофиленовият оксид е един от най-големите и най-разпространените терпени в растението канабис и е отговорен за характерния аромат и мирис на канабиса. Ултразвуковата екстракция се прилага успешно за производство на канабидиолови масла с пълен спектър, така че се осигурява ефектът на антуража от многообразните съединения.
Ултразвукова кавитация за екстракция
Когато ултразвукови вълни с висока мощност се въвеждат в течност, в нея възникват цикли на компресия и разширяване (разреждане). По време на разреждането в течността се образуват кухини, или така наречените кавитационни мехурчета. Тези кавитационни мехурчета, които представляват малки вакуумни мехурчета, се появяват при действие на отрицателно налягане, така че локалната якост на опън на течността се преодолява. Вакуумните мехурчета нарастват в продължение на няколко цикъла на компресия / разреждане, докато вече не могат да поглъщат повече енергия и кавитационното мехурче претърпява имплозивен колапс. Това явление е известно като кавитация. Според изследването на проф. Suslick (1990) в кавитационните мехурчета преобладават екстремни условия с температури до 5000 K, налягания от 1000 атмосфери, скорост на нагряване и охлаждане над 1010 K/s и течни струи със скорост до 280m/s, които се проявяват като много голяма сила на срязване и турбулентност в кавитационната зона. Комбинацията от тези фактори (налягане, топлина, срязване и турбулентност) се използва за ускоряване на масопреноса в процеса на екстракция. Освен това тези локално възникващи условия се използват и в ултразвукови процеси като хомогенизация, емулгиране или диспергиране.
Ултразвуковата екстракция се основава на акустичната кавитация и нейните хидродинамични сили на срязване
Ултразвукова екстракция на терпени
Принципът на ултразвуковата екстракция се основава на два ефекта, които възникват при предаване на ултразвукови вълни с висока мощност в течност или суспензия:
Първо, разтворителят (околната течна среда) се вкарва в клетъчната матрица. В зависимост от амплитудата и силата на кавитацията клетъчната стена се перфорира или разрушава от налягането на течността.
Второ, по време на цикъла на разреждане съдържанието на клетката (т.е. вътреклетъчният материал) се отмива от вътрешността на клетката. След ултразвуковата екстракция целевите съединения се намират в разтворителя и могат да бъдат отделени от него (например чрез изпаряване на разтворителя), така че накрая да се получи чист екстракт.
Съставът на суровината (като съдържанието на влага, степента на мацерация / смилане и размерът на частиците, както и избраният разтворител са много важни фактори за постигане на ефективен и резултатен процес на ултразвукова екстракция. Параметрите на ултразвуковия процес също са съществени: амплитудата, налягането, температурата и времето на ултразвукова обработка трябва да бъдат установени и оптимизирани за най-добри резултати.