Ekstrakcija terpena ultrazvukom
Dokazano je da ultrazvučna ekstrakcija terpena daje visoke prinose terpen kariofilen oksida, npr. iz kanabisa i hmelja. Kariofilen oksid je terpen koji se nalazi u kanabisu, hmelju, biberu, bosiljku i ruzmarinu. Kao aktivni sastojak, ekstrahovani terpen kariofilen oksid koristi se kao aditiv za ukus i zdravlje.
Upotreba ekstrahovanog kariofilen oksida
Kariofilen oksid se odlikuje aromatičnim mirisom i ukusom (tj. začinskim biljem). Zbog svog intenzivnog aromatičnog mirisa i ukusa, često se koristi kao aditiv u hrani, kao i kao komponenta mirisa. Nadalje, ima sposobnost vezivanja sa endokrinim CB2 receptorima u ljudskom tijelu, što ga čini zanimljivom farmaceutskom komponentom.
Ultrazvučna ekstrakcija kariofilen oksida
Ultrazvučna ekstrakcija terpen kariofilen oksida je odlična tehnika za proizvodnju visokih prinosa, npr. kanabis i hmelj. Pročitajte više o akustičnoj kavitaciji, aktivni princip ultrazvučne ekstrakcije!
Na primjer, β-kariofilen oksid je ultrazvučno ekstrahiran ultrazvučnim uređajem UP100H (100W, 30kHz) od osušenih pupoljaka hmelja.
Podaci GC analize pokazuju prinos ekstrakcije β-kariofilen oksida, ekstrahiranog Hielscherovim UP100H od hmelja.
UP400St – 400W snažan ultrazvučni procesor za ekstrakciju terpena sa mešalicom
Analiza plinskom hromatografijom ultrazvučnog ekstrakta hmelja: β-kariofilen oksid, α-kariofilen, α-pinen, mikren, limonen, α-kariofilen i kariofilen oksid i drugi.
Osim β-kariofilen oksida, uspješno su ekstrahovani i drugi terpeni kao što su α-kariofilen, α-pinen, mikren, limonen i α-kariofilen.
Kako se terpeni ekstrahuju iz biljaka pomoću ultrazvučne sonde? Korak po korak uputstvo!
- Prvo, biljni materijal se melje ili usitnjava na male komadiće kako bi se povećala površina za ekstrakciju.
- Biljni materijal se zatim miješa sa rastvaračem (kao što je etanol ili voda) da bi se ekstrahirali terpeni.
- Ultrazvuk tipa sonde se tada koristi kao podrška u procesu ekstrakcije primjenom ultrazvučnih valova visokog intenziteta, niske frekvencije na cca. 20kHz do kaše. To uzrokuje akustičnu kavitaciju i brzu vibraciju rastvarača, što pospješuje dezintegraciju i razbijanje biljnih stanica i oslobađanje terpena.
- Smjesa se zatim filtrira kako bi se odvojio čvrsti biljni materijal od tekućine koja sadrži ekstrahirane terpene.
- Tečnost se zatim isparava ili se podvrgava daljoj obradi kako bi se uklonio rastvarač i koncentrirali terpeni.
- Konačni proizvod je ekstrakt bogat terpenima koji se može koristiti u raznim primjenama kao što su dodaci prehrani, funkcionalna hrana i kozmetika.
Protokol ultrazvučne ekstrakcije terpena
Hmelj je mleven konvencionalnim mlinom za kafu kako bi se dobila homogenija veličina čestica uzorka hmelja.
U bočicu je stavljeno 4,5mg hmelja, a zatim dodano 5mL etanola. Bočica je stavljena u čašu sa ledenom vodom radi odvođenja topline. Zatim je uzorak sonikiran sa a UP100H, opremljen sonotrodom MS7, sa postavkom amplitude od 50% tokom 90 sekundi.
Analiza ultrazvučnog ekstrakta hmelja plinskom hromatografijom:
Sonikacija osigurava visok prijenos mase između ćelijskog matriksa i rastvarača, tako da se posljedično postiže vrlo visok prinos visokokvalitetnog ekstrakta.
- visokokvalitetni ekstrakti terpena (bez termičke degradacije)
- visoki prinosi
- brza procedura
- Fast RoI
- blažih rastvarača
- manja upotreba rastvarača
- Siguran i jednostavan za rukovanje
- nisko održavanje
- zelena, ekološki prihvatljiva ekstrakcija terpena
Ultrazvučna ekstrakcija terpena ističe se kao metoda zelene ekstrakcije, koja omogućava značajno ubrzanje postupka ekstrakcije terpena, a istovremeno zahtijeva manje energije od ostalih konvencionalnih metoda ekstrakcije (npr. superkritični CO2, Soxhlet itd.). Ostale prednosti u vezi sa upotrebom ultrazvučne ekstrakcije terpena su jednostavno rukovanje ultrazvučnim ekstraktorom, brz proces, bez hemijskog otpada, visok prinos, ekološki prihvatljiv, poboljšan kvalitet zbog blagih uslova obrade i sprečavanje termičke degradacije.
Ultrazvučni ekstraktori za terpene
Tabela ispod daje vam naznaku koji ultrazvučni uređaj bi mogao biti najprikladniji za vaše potrebe ekstrakcije terpena.
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000 |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijskih do industrijskih razmjera.
Literatura/Reference
- 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
Činjenice koje vrijedi znati
kariofilen
Kariofilen ili (-)-β-kariofilen je prirodni biciklični seskviterpen koji se može naći u mnogim eteričnim uljima. Sljedeće biljke su poznate kao dobar izvor kariofilena: kanabis, konoplja (Cannabis sativa), crni kim (Carum nigrum), karanfilić (Syzygium aromaticum), hmelj (Humulus lupulus), bosiljak (Ocimum spp.), origano (Origanum vulgare), crni biber (Piper nigrum), lavanda (Lavandula angustifolia), ruzmarin (Rosmarinus officinali, i ulje kopaibe (Copaifera spp.). β-kariofilen je fitokanabinoid sa jakim afinitetom prema kanabinoidnim receptorima tipa 2 (CB 2), ali ne i kanabinoidnim receptorima tipa 1 (CB 1 receptor) .
kariofilen oksida
Kariofilen oksid (također β-kariofilen oksid) je oksidacioni derivat β-kariofilena i predstavlja beli kristalni čvrsti prah sa tačkom topljenja od pribl. 62°C.
Cijenjen je zbog svog protuupalnog, lokalnog anestetičkog i antioksidativnog djelovanja. Prvo istraživanje sugerira da bi kariofilen oksid mogao biti i potencijalni lijek za liječenje raka. Kariofilen oksid je dio ciklobutanskog prstena, koji se već koristi u medicinskim istraživanjima kako bi se sintetizirao široko korišteni lijek za kemoterapiju karboplatin.
Kariofilen oksid, u kojem je olefin kariofilena postao epoksid, odobrena je komponenta za aromu hrane.
I β-kariofilen i β-kariofilen oksid pokazuju nisku topljivost u vodi, što otežava njihovu apsorpciju u ćeliji. Za korištenje ovih seskviterpena kao medicinskih lijekova ili dodataka ishrani, inkapsulacija u liposomi prevladati lošu rastvorljivost ovih seskviterpena u vodenim tečnostima i osigurati bioraspoloživost i bioaktivnost. Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučnom inkapsuliranju bioaktivnih spojeva!
Kariofilen oksid u kanabisu
U biljci cannabis sativa, kariofilen oksid se nalazi kao seskviterpen, koji se sastoji od tri jedinice izoprena. Kariofilen oksid je jedan od najvećih i najzastupljenijih terpena u biljci kanabisa i odgovoran je za prepoznatljivu aromu i miris kanabisa. Ultrazvučna ekstrakcija se uspješno primjenjuje u proizvodnji kanabidiol ulja punog spektra, tako da se daje efekat okruženja višestrukih spojeva.
Ultrazvučna kavitacija za ekstrakciju
Kada se ultrazvučni talasi velike snage uvode u tečnost, u tečnosti se javljaju ciklusi kompresije i ekspanzije (razređivanja). Tokom razrjeđivanja u tekućini se stvaraju šupljine ili takozvani kavitacijski mjehurići. Ovi kavitacijski mjehurići, koji su sićušni vakuumski mjehurići, nastaju kada djeluje negativni tlak, tako da se prevazilazi lokalna vlačna čvrstoća tekućine. Vakumski mjehurići rastu tokom nekoliko ciklusa kompresije/razrjeđivanja sve dok ne mogu apsorbirati više energije i kavitacijski mjehur ne doživi implozivni kolaps. Ovaj fenomen je poznat kao kavitacija. Prema istraživanju prof. Suslicka (1990), u kavitacionim mjehurićima preovlađuju ekstremni uslovi sa temperaturama do 5000 K, pritiscima od 1000 atmosfere, brzinom zagrijavanja-hlađenja iznad 1010 K/s i mlazovima tekućine brzine do 280 m/s, koji pojavljuju se kao vrlo velika posmična sila i turbulencije u zoni kavitacije. Kombinacija ovih faktora (pritisak, toplina, smicanje i turbulencija) se koristi za ubrzanje prijenosa mase u procesu ekstrakcije. Štaviše, ovi lokalni uslovi se takođe koriste u ultrazvučnim procesima, kao što su homogenizacija, emulzifikacija ili dispergovanje.
Ultrazvučna ekstrakcija se zasniva na akustičnoj kavitaciji i njenim hidrodinamičkim silama smicanja
Ultrazvučna ekstrakcija terpena
Princip ultrazvučne ekstrakcije zasniva se na dva efekta, koji nastaju kada se ultrazvučni talasi velike snage spoje u tečnost ili kašu:
Prvo, rastvarač (oko tečni medij) se gura u ćelijski matriks. U zavisnosti od amplitude i jačine kavitacije, ćelijski zid je perforiran ili poremećen pritiskom tečnosti.
Drugo, tokom ciklusa razrjeđivanja sadržaj ćelije (tj. unutarćelijskog materijala) se ispire iz unutrašnje ćelije. Nakon ultrazvučne ekstrakcije, ciljana jedinjenja su u rastvaraču i mogu se odvojiti od rastvarača (npr. isparavanjem rastvarača) tako da se konačno dobije čisti ekstrakt.
Sastav sirovine (kao što je sadržaj vlage, stepen maceracije/mljevenja i veličina čestica, kao i odabrani rastvarač su veoma važni faktori za postizanje efikasnog i efektivnog procesa ultrazvučne ekstrakcije. Parametri ultrazvučnog procesa su takođe bitni: amplituda , pritisak, temperatura i vrijeme sonikacije moraju biti uspostavljeni i optimizirani za najbolje rezultate.