Nejúčinnější extrakční metoda pro rostlinné látky

Hledáte výkonné a spolehlivé extrakční zařízení pro výrobu vysoce kvalitních rostlinných extraktů? Zde najdete srovnání běžných extrakčních technik včetně ultrazvukové extrakce, superkritické extrakce CO2, etanolové extrakce, macerace a jejich výhod i nevýhod.

Botanická extrakce pomocí ultrazvuku vs. alternativní techniky

Extrakci rostlin lze provádět různými technikami. Účinnost, výtěžnost a kvalita extraktu jsou však silně ovlivněny metodou extrakce a použitým protokolem. Macerace, superkritická extrakce CO2, perkolace a Soxhletova extrakce jsou běžné extrakční metody, které často poskytují nedostatečné výsledky extrakce.
Extrakce pomocí ultrazvuku je sofistikovaná izolační technika, která v několika bodech vyniká nad tradičními extrakčními metodami.
Extrakce založená na ultrazvuku pomocí ultrazvukové sondy je vysoce účinná metoda extrakce sloučenin z rostlin a jiných materiálů. Ve srovnání s jinými metodami, jako je macerace, extrakce CO2, perkolace a mikrovlnná extrakce, vyniká extrakce ultrazvukovým typem sondy díky několika výhodám:

• Rychlejší extrakce: Ultrazvuková extrakce typu sondy může extrahovat sloučeniny mnohem rychleji než macerace a perkolace. Je to proto, že ultrazvukové vlny vytvářejí v rozpouštědle kavitační bubliny, které vytvářejí mikrošoky, které pomáhají rozkládat buněčné stěny a rychleji uvolňovat sloučeniny.
• Vyšší výnos: Extrakce ultrazvukovým typem sondy může extrahovat vyšší výtěžek sloučenin než macerace, extrakce CO2 a perkolace. Je to proto, že ultrazvukové vlny pomáhají uvolnit více cílových sloučenin z extrahovaného materiálu.
• Efektivnější: Extrakce ultrazvukovou sondou je účinnější než macerace, extrakce CO2, perkolace a Soxhletovy extraktory, protože k extrakci stejného množství sloučenin vyžaduje méně rozpouštědla. Je to proto, že ultrazvukové vlny pomáhají zvyšovat rozpustnost cílových sloučenin v rozpouštědle.
• Univerzálnost: Ultrazvuková extrakce typu sondy může být použita k extrakci široké škály sloučenin z různých materiálů, včetně hydrofilních i hydrofobních sloučenin. To znamená, že ultrazvuk je vynikající i pro výrobu plnospektrálních extraktů.
• Nízké náklady: Extrakce ultrazvukovou sondou je obecně levnější než extrakce CO2, perkolace, macerace a Soxhletova extrakce, protože nevyžaduje vysokotlaké zařízení ani časově náročnou práci.
• Šetrné: Ultrazvukové sondy umožňují extrakci šetrnou k životnímu prostředí, protože vyžaduje méně rozpouštědla a energie ve srovnání s jinými metodami a produkuje méně odpadu. Ačkoli je sonikace kompatibilní s jakýmikoli rozpouštědly, díky vysoké účinnosti ultrazvukových látek se lze toxickým rozpouštědlům většinou vyhnout. Ethanol, vodný ethanol a voda jsou vynikajícími rozpouštědly pro ultrazvukovou botanickou extrakci.

Ve srovnání s tradičními botanickými extrakčními technikami nabízí ultrazvuková extrakce typu sondy významné výhody, což vysvětluje široké použití ultrazvukové extrakce pro řadu bioaktivních sloučenin z rostlin.

Extrakce vysoce kvalitních extraktů z rostlin

Pro vysoce kvalitní rostlinné extrakty je nezbytná nejen surovina (rostlinný materiál), ale rozhodující je také použitá extrakční technika. Rostlinné extrakty jsou citlivé na teplotu, což znamená, že jsou degradovány teplem. Je proto velmi důležité zvolit metodu netepelné extrakce.
Výběr extrakčního rozpouštědla je dalším důležitým faktorem, který ovlivňuje kvalitu extraktu. Rozpouštědla, jako je hexan, methanol, butan a další agresivní chemikálie, mohou extrakt kontaminovat. I když jsou rozpouštědla po extrakci odstraněna, v konečném extraktu lze nalézt stopová množství toxických rozpouštědel. Voda, alkohol, etanol, glycerin nebo rostlinné oleje jsou bezpečná, netoxická rozpouštědla a schválená FDA pro spotřebu.

Protokol botanické extrakce krok za krokem pomocí ultrazvukové sondy

Jak se bioaktivní sloučeniny extrahují z rostlin pomocí ultrazvuku typu sondy? Níže naleznete podrobný návod na extrakci fytochemikálií a bioaktivních sloučenin z rostlinného materiálu, jako jsou listy, okvětní lístky, plodnice, stonky, kořeny nebo oddenky!

1. Nejprve se rostlinný materiál rozemele nebo naseká na malé kousky, aby se zvětšila plocha pro extrakci.
2. Rostlinný materiál se poté smíchá s rozpouštědlem (jako je etanol nebo voda), aby se extrahovaly polyfenoly.
3. Ultrazvuku typu sondy se pak používá k podpoře v procesu extrakce aplikací ultrazvukových vln s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí při cca. 20 kHz na směs. To způsobuje akustickou kavitaci a rychlé vibrace rozpouštědla, které podporují rozpad a narušení rostlinných buněk a uvolňování bioaktivních látek, jako jsou polyfenoly, flavonoidy a vitamíny.
4. Směs se poté filtruje, aby se oddělil pevný rostlinný materiál od kapaliny obsahující extrahované bioaktivní sloučeniny.
5. Kapalina se poté odpaří nebo se podrobí dalšímu zpracování, aby se odstranilo rozpouštědlo a koncentrovaly se bioaktivní molekuly.
6. Konečným produktem je extrakt bohatý na bioaktivní látky, který lze použít v různých aplikacích, jako jsou doplňky stravy, funkční potraviny a kosmetika.

Poznámka: Toto je přehled procesu a konkrétní podmínky (rozpouštědlo, poměr rostlinného materiálu k rozpouštědlu, doba extrakce, ultrazvuková síla atd.) se mohou lišit v závislosti na rostlinném zdroji a požadovaném obsahu bioaktivních látek.

Jak funguje ultrazvuková extrakce?

Ultrazvuková extrakce je založena na pracovním principu ultrazvukové akustické kavitace a je čistě mechanickým ošetřením. Podobně jako u mixéru s vysokým smykem vytváří ultrasonikátor v procesním médiu pouze mechanické smykové síly. Ultrazvuková extrakce sama o sobě je netepelná extrakční technika bez chemikálií.
Co je akustická kavitace? – K akustické nebo ultrazvukové kavitaci dochází, když jsou ultrazvukové vlny s vysokým výkonem, nízkou frekvencí spojeny do suspenze skládající se z botanického materiálu v kapalině (rozpouštědlo). Vysoce výkonné ultrazvukové vlny jsou spojeny prostřednictvím ultrazvukového procesoru typu sondy do botanické suspenze. Vysoce energetické ultrazvukové vlny se šíří kapalinou a vytvářejí střídavé vysokotlaké / nízkotlaké cykly, což má za následek jev akustické kavitace. Akustická nebo ultrazvuková kavitace vede lokálně k extrémním podmínkám, jako jsou velmi vysoké tlakové rozdíly a vysoké smykové síly. Když kavitační bubliny implodují na povrchu pevných látek (jako jsou částice, rostlinné buňky, tkáně atd.), mikrotrysky a mezičástečná kolize generují účinky, jako je rozpad částic, sonoporace (perforace buněčných stěn a buněčných membrán) a narušení buněk. Imploze kavitačních bublin v kapalných médiích navíc vytváří turbulence a míchání, což podporuje přenos hmoty mezi vnitřkem článku a okolním rozpouštědlem. Ultrazvukové ozařování je vysoce účinný způsob, jak zlepšit procesy přenosu hmoty, protože sonikace má za následek kavitaci a související mechanismy, jako je mikropohyb kapalinovými tryskami, komprese a dekomprese v materiálu s následným narušením buněčných stěn.
V závislosti na surovině může ultrazvukový extrakční proces vyžadovat vysokou intenzitu, např. k rozbití tuhých rostlinných buněk nebo materiálu s vysokým množstvím celulózy. Ultrazvukové přístroje typu sondy mohou generovat velmi vysoké amplitudy, což je nezbytné pro generování působivé kavitace. Hielscher Ultrasonic vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové extraktory, které mohou snadno vytvářet amplitudy 200 μm v nepřetržitém provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy nabízí Hielscher specifikované sonotrody (sondy) s vysokou amplitudou.
K zesílení kavitace se používají tlakové ultrazvukové reaktory a průtokové cely. Se zvyšujícími se tlaky se kavitace a kavitační smykové síly stávají destruktivnějšími a zlepšují se tím účinky ultrazvukové extrakce.

Extrahujte fytochemikálie a bioaktivní sloučeniny pomocí ultrazvuku

Ultrazvuková extrakce se používá k uvolňování a izolaci široké škály bioaktivních sloučenin (tzv. fytochemikálií) z botaniky.
Níže uvedený seznam vám poskytuje malý přehled o ultrazvukem extrahovaných fytochemikáliích:

• CBD a další kanabinoidy z konopí a konopí
• Terpeny
• zázvor
• rozmarýn
• Kapsaicin z chilli papriček
• Kofein z kávových zrn
• Astaxanthin z řas
• Allicin z česneku
• Katechiny (EGEC) z čaje
• propolis
• Ellagitaniny z granátového jablka
• Ájurvédské bylinné extrakty
• Nikotin z tabáku
• Esenciální oleje
• Fytochemikálie z kopřivy dvoudomé
• Pektiny ze slupek citrusových plodů
• Polyfenoly z mangové kůry
• Taraxacin a taraxasterol z pampelišky

Rozpouštědla pro ultrazvukovou extrakci

Ultrazvuková extrakce je kompatibilní s téměř jakýmkoli rozpouštědlem. Nejčastěji se k extrakci bioaktivních sloučenin z rostlin používá etanol, voda, směs ethanolu a vody, glycerin a rostlinné oleje, protože tato rozpouštědla jsou považována za bezpečná pro konzumaci a snadno se používají.
Přečtěte si více o rozpouštědlech používaných pro ultrazvukovou extrakci!

Výhody ultrazvukové extrakce ethanolu

Ethanol je jedním z nejčastěji používaných rozpouštědel s ultrazvukovou extrakcí díky své bezpečnosti (schválené FDA pro spotřebu), své účinnosti a široké škále solventnosti. Ultrazvuková extrakce ethanolu zastiňuje ostatní rozpouštědla a jiné extrakční technologie s nákladovou efektivitou, lineární škálovatelností, jednoduchostí a bezpečností.
Vynikající účinnost etanolu jako rozpouštědla je spojena s jeho chemickým složením uhlovodíkového konce a jedné hydroxylové skupiny. Toto chemické složení umožňuje ethanolu rozpouštět a extrahovat velmi široké spektrum látek, od polyfenolů, flavonoidů, terpenů, kanabinoidů a lipidů (olejů).
Například ultrazvuková extrakce ethanolu kanabinoidů nevyžaduje winterizaci (odparafinování), což je krok vyžadovaný u jiných extrakčních metod, jako je extrakce CO2 k odstranění vosků.

Etanolová extrakce vykazuje různé účinky v závislosti na teplotě etanolu. Zahřátý etanol se často používá k výrobě plnospektrálních extraktů, které jsou ceněny pro svůj doprovodný účinek. Na druhou stranu ledově studený etanol se s výhodou používá k výrobě bylinných nebo konopných destilátů. Extrakce v ledově studeném etanolu nevyžaduje následnou filtraci. Vzhledem k tomu, že ultrazvuková extrakce je netepelné ošetření, lze ji použít s horkým/teplým nebo chlazeným/ledově studeným ethanolem. Opláštěné ultrazvukové reaktory pomáhají udržovat požadovanou teplotu zpracování během léčby. Digitální ovládání a inteligentní software ultrasonicator monitoruje teplotu zpracování pomocí zásuvných teplotních senzorů a může být naprogramován tak, aby zastavil nebo pozastavil extrakční zpracování, když se teplota média dostane mimo určitý rozsah.

Kupte si nejúčinnější ultrazvukové extrakční zařízení!

Vysoce výkonné extrakční systémy Hielscher Ultrasonics jsou k dispozici v jakémkoli měřítku od malé laboratorní velikosti, středně velkého pilotního měřítka až po plně průmyslovou výrobu několika tun za hodinu. V závislosti na propustnosti mohou být ultrazvukové extraktory Hielscher použity v dávkovém nebo kontinuálním inline režimu. Volba rozpouštědla je na vás, protože Hielscher ultrasonicators lze použít v kombinaci s jakýmkoli rozpouštědlem. Všechna ultrazvuková extrakční zařízení jsou jednoduchá a bezpečná. V souladu s vaší surovinou, procesními kapacitami a výstupním cílem vám Hielscher nabízí nejvhodnější ultrasonicator.
Ultrazvukové extrakční procesy jsou ovlivněny surovinou, rozpouštědlem a výkonem. K dispozici je různé příslušenství, jako jsou sonotrody (sondy) různých velikostí a tvarů, posilovací rohy, průtokové cely s různými objemy a geometriemi, zásuvné snímače teploty a tlaku a mnoho dalších pomůcek pro sestavení ideálního ultrazvukového nastavení pro váš extrakční proces.
Řízení procesu je rozhodující pro dosažení reprodukovatelného výsledku. Proto jsou všechny digitální modely vybaveny inteligentním softwarem, který umožňuje upravovat, sledovat a revidovat parametry extrakce. Díky přesné kontrole amplitudy, doby sonikace a pracovních cyklů lze dosáhnout optimálních výsledků procesu, jako je vynikající výtěžnost a nejvyšší kvalita extraktu. Automatické zaznamenávání dat procesu sonikace jsou základem pro standardizaci procesu a reprodukovatelnost / opakovatelnost, které jsou vyžadovány pro správnou výrobní praxi (GMP).

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Literatura / Reference