Ultrazvučna ekstrakcija ćelijske tvari

Ultrazvučna ekstrakcija ili sono-ekstrakcija je tehnologija intenziviranja procesa koja funkcioniše unosom ultrazvuka velike snage u suspenziju biljnog ili ćelijskog tkiva. Hielscher Ultrasonics isporučuje pouzdane ultrazvučne uređaje za razgradnju ćelija i ekstrakciju, od malih laboratorijskih uzoraka do velikih količina u industrijskoj obradi. Privlačnost ultrazvučno potpomognute ekstrakcije leži u netermičkoj obradi materijala, jednostavnoj primjeni i mogućnosti skaliranja od ispitne do proizvodne razine.

Ultrazvučni uređaji kompanije Hielscher generišu ultrazvuk visokog intenziteta koji se može precizno podesiti prema zahtjevima vašeg procesa.

U nastavku je naveden niz protokola ultrazvučne obrade koji pokazuju široko područje primjene ultrazvuka velike snage u biologiji, preradi hrane i farmaceutskoj proizvodnji.
Bilo da imate na umu određenu botaničku ekstrakciju ili želite dobiti općenitije informacije o našim visokoučinkovitim ultrazvučnim ekstraktorima, koristite kontaktni obrazac u nastavku! Rado ćemo vam pomoći!

Ultrazvučna ekstrakcija boldina iz listova boldo (Peumus boldus Molina)

Ultrazvučna primjena:
Važno aktivno jedinjenje u boldu je boldin ((S)-2,9-dihidroksi-1,10-dimetoksiaporfin), koji je pored katehina ((2S,3R)-2-(3,4-dihidroksi-fenil)-3,4-dihidro-1(2H)-benzopiran-3,5,7-triol) glavna komponenta alkaloidne i flavonoidne frakcije u listovima boldo. Boldin je jak antioksidans koji podliježe peroksidativnom oštećenju posredovanom slobodnim radikalima i djeluje kao efikasan hvatač hidroksilnih radikala.
Postupak ekstrakcije: Za tipičan postupak ekstrakcije, uzorci listova boldo ekstrahovani su s 1L destilovane vode pri atmosferskom pritisku pomoću ultrazvučnog uređaja UIP1000hd u šaržnom i protočnom režimu. Vrijeme ekstrakcije kreće se između 10 i 40 min., uz ultrazvučni intenzitet od 10 do 23 W/cm², i temperaturni raspon od 10 do 70°C. Najbolji rezultati postignuti su pod sljedećim uslovima: ultrazvučni intenzitet od 23 W/cm² tokom 40 min. na temperaturi od 36°C
Rezultati: Rezultati analize pokazuju da ultrazvučna obrada velike snage poboljšava oslobađanje analita iz biljnog matriksnog materijala boldo znatno boljom brzinom u poređenju s konvencionalnom metodom: jednak prinos oslobođen je ultrazvučnom obradom za 30 min., dok je vrijeme konvencionalne ekstrakcije iznosilo 2h.
Chemat (2013) i saradnici pokazali su da ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija poboljšava efikasnost ekstrakcije biljaka uz skraćenje vremena ekstrakcije pri povećanoj koncentraciji ekstrakata (ista količina otapala i biljnog materijala). Analiza je pokazala da su optimizirani uslovi bili: snaga ultrazvučne obrade 23 W/cm² s UIP1000hd tokom 40 min. i temperatura od 36°C. Optimizirani parametri ultrazvučne ekstrakcije daju bolju ekstrakciju u poređenju s konvencionalnom maceracijom u pogledu trajanja procesa (30 min. umjesto 120 min.), većeg prinosa, veće energetske efikasnosti, bolje čistoće, veće sigurnosti i bolje kvalitete proizvoda.
Preporuka uređaja:
UIP1000hdT sa sonotrodom BS2d34 i protočnom ćelijom
Literatura / istraživački rad:
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.

Ultrazvučna ekstrakcija hlorogenske kiseline iz listova duhana

Ultrazvučna primjena:
Za eksperimente ekstrakcije, listovi duhana vrste Nicotiana tabacum samljeveni su na manje veličine čestica od oko >4 x ≧2 mm. Za ispitivanja ultrazvučne ekstrakcije, uzorci od 20g sušenog materijala listova duhana ekstrahovani su destilovanom vodom na temperaturama u rasponu od 5°C do 30°C. Eksperimenti ekstrakcije provođeni su s trajanjem ciklusa ekstrakcije od 5 do 30 minuta po ciklusu. Oko 10 do 15 kapi etanola dodano je u izračunati optimalni volumen od 256 ml destilovane vode potreban za ekstrakciju sve topljive hlorogenske kiseline iz uzoraka od 20 g sušenog lišća duhana. Optimalni volumen od 256 ml destilovane vode zatim je podijeljen na frakcijske volumene ekstrakcijskog otapala za upotrebu u svakom ciklusu ultrazvučne ekstrakcije.
Za ultrazvučno zračenje korišten je ultrazvučni procesor UP400S (400 watts, 24 kHz) sa sonotrodom H7 izrađenom od titana, promjera vrha 7mm. Sonotroda H7 bila je uronjena na pola visine smjese za ekstrakciju.
Protokol: Kao optimalni uslovi za ultrazvučnu ekstrakciju hlorogenske kiseline iz listova duhana utvrđeni su: 20g sušenog lišća duhana u destilovanoj vodi (optimalni omjer tečnosti i čvrste tvari: 12,8mL/g) na temperaturi obrade od 20 degC, ultrazvučni uređaj UP400S (400W, 24kHz) za 3 ciklusa ultrazvučne obrade od po 15min (ukupno trajanje ultrazvučne obrade: 45 min).
Preporuka uređaja:
UP400S sa sonotrodom H7
Literatura / istraživački rad:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optimizacija i ortogonalni dizajn procesa vodene ekstrakcije uz pomoć ultrazvuka za ekstrakciju hlorogene kiseline iz suhih listova duhana. Kineski časopis prirodnih lijekova 2011.
Saznajte više o ultrazvučnoj ekstrakciji iz duhana!

Ultrazvučna ekstrakcija mangiferina

Ultrazvučna primjena:
Mangiferin (1,3,6,7-tetrahidroksi-2-[3,4,5-trihidroksi-6-(hidroksimetil)oksan-2-il]ksanten-9-on; formula: C₁₉H₁₈O₁₁) je polifenol C-glikozilksantonske strukture koji se može naći u mnogim biljnim vrstama. Mangiferin pokazuje raznolike farmakološke aktivnosti. Regioselektivna acilacija mangiferina može se vrlo efikasno katalizirati lipazom pod ultrazvučnom obradom. U poređenju s konvencionalnim metodama, ultrazvučno potpomognuta kataliza ističe se prednostima kraćeg reakcijskog vremena i većih prinosa. Optimalni uslovi za ultrazvučnu acilaciju mangiferina utvrđeni su kako slijedi:
lipaza: PCL, donor acila: vinil-acetat; reakcijsko otapalo: DMSO, reakcijska temperatura: 45 degC, ultrazvučna snaga: 200W; omjer supstrata: donor acila/mangiferin 6/1, količina enzima: 6 mg/ml
Prinos regioselektivne acilacije iznosio je do 84%.
Preporuka uređaja:
UP200St ili UP200Ht
Literatura / istraživački rad:
kp.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, XF; Su, YL; Li, CY; Cao, SG; Wang, L. (2010): Učinak ultrazvuka na regioselektivnu acilaciju mangiferina kataliziranu lipazom u nevodenim rastvaračima. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56-63.

Ultrazvučna ekstrakcija kapsaicinoida

Ultrazvučna primjena:
Ekstrakcija kapsaicinoida (kapsaicin, nordihidrokapsaicin) iz čili papričica: kapsaicinoidi iz papričica vrste Capsicum frutescens dobijeni su ultrazvučnom ekstrakcijom pod sljedećim uslovima: otapalo: 95% (v/v) etanol, omjer otapala i mase 10 ml/g, vrijeme ultrazvučne ekstrakcije 40 min., temperatura ekstrakcije 45°C. Prinos ekstrakta: 85% kapsaicinoida
Preporuka uređaja:
UP400St
Saznajte više o ultrazvučno potpomognutoj ekstrakciji kapsaicinoida iz čili papričica!

Ultrazvučna ekstrakcija silimarina iz sjemenki badelja

Ultrazvučna primjena:
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom provedena je pomoću ultrazvučnog uređaja UP400S. U ovoj studiji korištena je ultrazvučna sonda tipa horn promjera 1,5 cm. 10 g nemasnog praha badelja precizno je izvagano i otopljeno u 100 mL metanola. Čaša je držana u vodenoj kupelji i održavana na temperaturi od 25°C. Prah badelja otopljen u otapalu ultrazvučno je obrađivan tokom različitih vremenskih intervala (30, 60, 90, 120 i 150 min.) Nakon svakog vremenskog intervala, otopina je filtrirana kroz Whatman filter papir, a svaki filtrat (oko 80mL) uparen je pomoću rotacionog uparivača dok nije dostignuto 30 mL otopine, te je apsorbancija fenolnih jedinjenja mjerena UV-Vis spektrofotometrom na talasnoj dužini od 517 nm prema DPPH metodi. Kao što se očekivalo, produženje vremena ekstrakcije rezultiralo je povećanjem sadržaja silimarina.
Autori studije utvrdili su da je ultrazvučna ekstrakcija radi dobivanja alkoholnih ekstrakata jedna od najboljih tehnika za zamjenu konvencionalnih tehnika. Dokazano je da ultrazvučna ekstrakcija daje bolju kvalitetu ekstrakta. Dodatne prednosti su ušteda vremena i veća efikasnost itd.
Preporuka uređaja:
UP400St
Literatura / istraživački rad:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ultrazvukom potpomognuta ekstrakcija komponenti silimarina iz sjemena čička (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311-318.
Saznajte više o ultrazvučnoj ekstrakciji silimarina iz sjemenki badelja!

Ultrazvučna ekstrakcija steviozida

Ultrazvučna primjena:
Uzorci od 10g suhog i samljevenog lišća stevije ekstrahovani su u 100mL vode uz stalno miješanje (magnetnom miješalicom). Vrijednost pH kontrolisana je pomoću 0,01 M natrijum-fosfata pH 7. Uzorak je stavljen u staklenu čašu od 150 mL i ultrazvučno obrađivan ultrazvučnim uređajem sondnog tipa UIP500hT (20kHz, 500W). Vrh sonotrode bio je uronjen oko 1,5 cm u suspenziju listova stevije. Ultrazvučni uređaj bio je podešen na izlaznu snagu od 350W. Blaga ultrazvučna obrada od 350 W tokom 5–10 min. na stalnoj temperaturi procesa od 30°C dala je prinos rebaudiozida A od 30–34g na 100g uzorka. Nakon ultrazvučne obrade, otopina ekstrakta je centrifugirana i profiltrirana kroz mikroporoznu membranu od 0,45 μm; filtrat je uzet za analizu ukupnog sadržaja rebaudiozida A. Prinos ekstrakcije ukupnog sadržaja rebaudiozida A analiziran je pomoću HPLC.
Ultrazvučno potpomognutom ekstrakcijom bez otapala dobiven je visok prinos rebaudiozida A u poređenju s tradicionalnim metodama ekstrakcije kao što su ekstrakcija toplotom ili maceracija.
Preporuka uređaja:
UIP500hdT
Saznajte više o ultrazvučnoj ekstrakciji stevije!

Ultrazvučna ekstrakcija terpena

Ultrazvučna primjena:
Ekstrakcija hlapljivih jedinjenja, kao što su terpeni, iz cvasti kultivara vlaknaste vrste Cannabis sativa L. može se ultrazvučno pojačati. Studije su pokazale da se nakon kratke ultrazvučne obrade ciljani terpeni već oslobađaju iz biljnog materijala.
Rezultati pokazuju da ultrazvučna obrada koja ne traje duže od 5 min omogućava dobivanje povećane koncentracije terpena u poređenju s maceracijom. Nasuprot tome, ultrazvučna obrada duža od 5 min povećala je koncentraciju δ-9-tetraidrocannabinol (THC).
Protokol ultrazvučne obrade:
Ekstrakcija terpena potpomognuta ultrazvukom provedena je pomoću ultrazvučnog uređaja sondnog tipa od 200W. Ultrazvučni uređaj bio je podešen na amplitudu od 25%. Tri alikvota od 50g sušenih cvasti dodana su svaki sa 250mL 70% etanola v/v, koji je korišten kao otapalo za ekstrakciju. Svaka čaša sa sadržajem uronjena je u ledenu kupelj. Ultrazvučna obrada provedena je tokom 5, 10 i 15 min. Tokom postupka ultrazvučne ekstrakcije osiguravano je kontinuirano brzo odvođenje toplote kako bi se temperatura procesa održala ispod 30°C. Nakon ekstrakcije, smjese su filtrirane pod vakuumom kroz papir Whatman br. 3, a otapalo je uklonjeno rotacionim vakuumskim uparavanjem. Svako ispitivanje ekstrakcije provedeno je u tri ponavljanja koristeći tri različita uzorka.
Ultrazvučna obrada pokazala se zanimljivom alternativom maceraciji za ekstrakciju hlapljivih jedinjenja iz cvasti kanabisa, ali pokazuje i da ultrazvučna obrada ne smije trajati duže od 5 minuta kako bi se dobio povećan povrat terpena. Nasuprot tome, ultrazvučna obrada duža od 5 minuta povećala je koncentraciju δ-9-tetraidrocannabinol (THC). Ekstrakt cvasti Cannabis sativa dobiven ultrazvučnom ekstrakcijom provedenom tokom 5 min mogao bi se koristiti kao sastojak parfema ili aroma za pića. Može se koristiti kao alternativa za industrijsku konoplju, gdje se stabljike koriste u industriji vlakana, a ekstrakti cvasti u kozmetičkoj i prehrambenoj industriji.
Preporuka uređaja:
UP200St ili UP200Ht sa sonotrodom/ sondom S26d14
Literatura / istraživački rad:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija hlapljivih spojeva iz cvatova industrijske konoplje Cannabis sativa L.”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8-14.
Saznajte više o ultrazvučno potpomognutoj ekstrakciji terpena!

Postavka za ekstrakciju radi botaničke izolacije: ultrazvučni uređaj sondnog tipa UP400ST, Büchi vakuumski filter i rotacioni uparivač za ekstrakciju fitohemikalija.

Ultrazvučna ekstrakcija vanilina iz fermentisanih mahuna vanilije

Ultrazvučna primjena:
Ekstrakcija vanilina optimizirana je ultrazvučnom obradom. U tu svrhu, ultrazvučni uređaj od 100 watta radio je u pulsnom režimu (ciklusi: 5 sek. uključeno, zatim 5 sek. isključeno).
Najbolji rezultati postignuti su ultrazvučnom ekstrakcijom u 40% etanolu tokom 1h na 30°C. Radi poređenja rezultata s konvencionalnim metodama ekstrakcije, provedene su i ekstrakcije u vodenoj kupelji i u ultrazvučnoj kupelji. Rezultati su pokazali da je optimizacija ekstrakcije vanilina ultrazvučnim hornom s 40% etanolom tokom 1h na 30°C bila uporediva s ekstrakcijom u vodenoj kupelji s 40% etanolom na 56°C tokom 15h.
Preporuka uređaja:
UP100H
Literatura / istraživački rad:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, AM; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Poboljšana ekstrakcija vanilin 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehida iz osušenih zrna vanilije pomoću ekstrakcije potpomognute ultrazvukom: Poređenje ekstrakcije uz pomoć ultrazvuka i ekstrakcije u toploj vodenoj kupki. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6-12.
Saznajte više o prednostima ultrazvučne ekstrakcije vanilina!

Ultrazvučna ekstrakcija fenolnih jedinjenja iz Ziziphus Jujube

Ultrazvučna primjena:
Za ultrazvučno potpomognutu ekstrakciju fenolnih jedinjenja iz jujube (Ziziphus Jujube) korišten je ultrazvučni uređaj sondnog tipa visokog intenziteta UP200H snage 200W i frekvencije 24kHz. Ultrazvučni uređaj bio je opremljen mikrosonotrodom S2 (promjer vrha 2 mm), koja je bila uronjena u vodenu kupelj u koju je postavljena staklena posuda za taloženje s uzorkom (unutrašnje dimenzije: 280:195:135 mm). Amplituda ultrazvučnih vibracija iznosila je 100% nazivne snage (maksimalna amplituda od 260 μm), uz akustičnu snagu od 0,171402 W i intenzitet od 21,8346 W/cm2 .Ultrazvučni intenzitet određen je kalorimetrijski, mjerenjem porasta temperature suspenzije u vremenu pod adijabatskim uslovima. Postupak ultrazvučne ekstrakcije korišten je za ekstrakciju ukupnih fenola iz uzoraka prema eksperimentalnom dizajnu (za optimizaciju).
Preporuka uređaja:
UP200H sa sonotrodom S2
Literatura / istraživački rad:
Fooladi, H.; Mortazavi, SA; Rajaei, A.; Elhami Rad, AH; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimizirajte ekstrakciju fenolnih jedinjenja žižule (Ziziphus Jujube) metodom ekstrakcije uz pomoć ultrazvuka. IECFP 2013.

Kliknite ovdje za više protokola ultrazvučne obrade za ultrazvučni tretman biološke materije!