Fytochemie a sonikace: Vysoce účinná ultrazvuková extrakce bioaktivních látek z rostlin
Fytochemie je věda zabývající se chemickými sloučeninami rostlinného původu – od polyfenolů, flavonoidů a alkaloidů až po terpeny, saponiny, glykosidy, barviva, antioxidanty a složky éterických olejů. Tyto fytochemické látky nacházejí uplatnění v oblasti nutraceutik, farmaceutik, kosmetiky, potravinářských přísad, přírodních barviv, vonných látek, bylinných extraktů a analytického výzkumu.
Vylepšete extrakci fytochemikálií pomocí ultrazvukových zařízení Hielscher
Získejte více bioaktivních látek za kratší dobu
Sondové ultrazvukové zařízení Hielscher urychluje extrakci rostlinných látek tím, že rozrušuje rostlinné buňky a urychluje přenos hmoty. To umožňuje vysoce výnosnou extrakci fytochemikálií z bylin, kořenů, listů, květů, plodů, semen, kůry, řas a dalších rostlinných materiálů.
Proč si vybrat ultrazvukové extrakční systémy Hielscher
- Vyšší výtěžnost extrakce: Získejte větší množství cílových látek ze stejné rostlinné suroviny.
- Kratší doby zpracování: Nahraďte dlouhou maceraci nebo energeticky náročné extrakční postupy rychlým ultrazvukovým zpracováním.
- Šetrná, netepelná extrakce: Zachovejte tepelně citlivé fytochemikálie, jako jsou polyfenoly, terpeny, antokyany, vitamíny a antioxidanty.
- Flexibilita při výběru rozpouštědel: Použijte vodu, ethanol, hydroethanolové směsi, glycerin, oleje, hluboká eutektická rozpouštědla nebo jiná vhodná extrakční média.
- Přesné řízení procesu: Nastavte amplitudu, výkon, příkon, čas, teplotu, tlak a průtok.
- Lineární škálování: Vypracujte parametry extrakce v laboratoři a přeneste je do pilotní a průmyslové výroby.
- Dávkový a průběžný provoz: Vyberte si ultrazvukovou úpravu v kádinkách, zpracování v míchací nádrži nebo kontinuální průtokovou extrakci.
- Robustní průmyslový design: Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou navrženy pro náročná výrobní prostředí, zaručují konzistentní provoz a snadnou integraci.
Sonikátor UIP1000hdT k extrakci fytochemikálií
Sytě zelená barva ultrazvukového extraktu z jitrocele kopinatého zdůrazňuje vynikající účinnost ultrazvukové technologie při výrobě plnospektrálního extraktu. Ultrazvuková botanická extrakce je rychlejší, účinnější a efektivnější. Vysoce účinná ultrazvuková extrakce s UP200Ht vytváří plnospektrální extrakt z jitrocele.
Sytě zelená barva ultrazvukového extraktu z jitrocele kopinatého zdůrazňuje vynikající účinnost ultrazvukové technologie při výrobě plnospektrálního extraktu. Ultrazvuková botanická extrakce je rychlejší, účinnější a efektivnější. Vysoce účinná ultrazvuková extrakce s UP200Ht vytváří plnospektrální extrakt z jitrocele.
Ultrazvukové zpracování pro rychlejší, čistší a úplnější extrakci fytochemikálií
Aby bylo možné fytochemikálie použít v přípravcích, testech nebo komerčních produktech, je nejprve nutné je uvolnit z rostlinné matrice. Právě v této oblasti se ultrazvuková extrakce stala jednou z nejúčinnějších extrakčních technologií. Ultrazvukové přístroje se sondou vyvolávají v kapalinách a suspenzích intenzivní akustickou kavitaci. Výsledná mikroturbulence, smykové síly a kolísání tlaku narušují rostlinné buňky, zlepšují pronikání rozpouštědla a urychlují přenos bioaktivních molekul do extrakčního média.
Společnost Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro fytochemickou extrakci, a to od laboratorního výzkumu až po plnohodnotnou průmyslovou výrobu. Ať už vyvíjíte rostlinný extrakt, optimalizujete přípravu analytických vzorků nebo rozšiřujete výrobu rostlinných složek, ultrazvuková technologie vám umožní přesně regulovat intenzitu extrakce, zajistit reprodukovatelnost výsledků a zvýšit výkon.
Sonikátor UP200Ht k extrakci fytochemikálií
Co je to sonikace ve fytochemii?
Ultrazvuková léčba spočívá v působení vysoce výkonného ultrazvuku na kapalinu nebo suspenzi. Ve fytochemii se ultrazvuková léčba nejčastěji využívá k extrakci za pomoci ultrazvuku, přípravě vzorků, rozrušení buněk, disperzi, emulgaci a intenzifikaci procesů.
Když ultrazvuková sonda s vysokou intenzitou vysílá zvukové vlny do extrakčního média, střídající se cykly vysokého a nízkého tlaku vyvolávají akustickou kavitaci. Kavitace způsobuje vznik bublin, které prudce narůstají a následně se hroutí. Tento kolaps vyvolává lokální smykové síly, mikroproudy kapaliny a intenzivní míchací účinky.
V oblasti botanických extraktů tyto účinky přispívají k:
- roztrhnout buněčné stěny a membrány
- zlepšit přístup rozpouštědla k intracelulárním sloučeninám
- snížit hloubku mezní vrstvy kolem částic rostlinného původu
- zlepšit pronikání fytochemikálií do rozpouštědla
- zkrátit dobu extrakce
- zvýšit reprodukovatelnost
- snížit potřebu nadměrného zahřívání nebo dlouhodobého působení rozpouštědel
Výsledkem je rychlejší, účinnější a často šetrnější proces extrakce ve srovnání s běžnými metodami, jako je macerace, infuze, perkolace nebo reflux.
Proč je ultrazvuková extrakce důležitá pro moderní extrakci fytochemikálií
Rostlinné suroviny jsou komplexní. Bioaktivní látky jsou uzavřeny v rostlinných buňkách, vázány na strukturální složky nebo rozptýleny v různých tkáních. Konvenční extrakce často vyžaduje dlouhou dobu působení, velké objemy rozpouštědel nebo zvýšené teploty. Tyto podmínky mohou být neefektivní a mohou vést k degradaci tepelně nestabilních látek.
Extrakce za pomoci ultrazvuku tyto omezení překonává tím, že urychluje fyzikální uvolňování fytochemikálií. Namísto spoléhání se pouze na pasivní difúzi ultrazvuk aktivně narušuje rostlinnou matrici a urychluje přenos hmoty.
Díky tomu je ultrazvuková extrakce obzvláště užitečná v případech, kdy zpracovatelé potřebují:
- vyšší výtěžnost z drahých rostlinných surovin
- kratší výrobní cykly
- Nižší spotřeba rozpouštědel
- lepší extrakce látek citlivých na teplo
- reprodukovatelná extrakce pro kontrolu kvality
- škálovatelné zpracování od laboratorní úrovně až po sériovou výrobu
- kompatibilita s ekologickými rozpouštědly a přísadami s označením „clean label“
V oblasti fytochemického výzkumu usnadňuje ultrazvuková léčba také přípravu analytických vzorků. Laboratoře tak mohou rychle a spolehlivě extrahovat cílové sloučeniny před provedením analýzy metodami HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, testů antioxidantů či dalších analytických metod.
Tradiční metody vs. extrakční metody – Srovnání
| Tradiční způsob extrakce | Omezení konvenční metody | Výhody sonikace |
|---|---|---|
| macerace | Macerace je jednoduchá, ale pomalá. Dosažení přijatelného výtěžku extrakce může trvat hodiny, dny nebo dokonce týdny. | Ultrazvuková léčba urychluje proces extrakce pomocí rozpouštědla tím, že aktivně narušuje rostlinné buňky a zlepšuje difúzi. To může výrazně zkrátit dobu zpracování. |
| Extrakce refluxem | Při extrakci refluxem se využívá teplo ke zvýšení rozpustnosti a zlepšení přenosu hmoty. Teplo však může citlivé fytochemické látky rozkládat a zvyšovat spotřebu energie. | Ultrazvuková extrakce umožňuje dosáhnout vysoké účinnosti extrakce při nižších teplotách, díky čemuž je vhodná pro rostlinné látky citlivé na teplo. |
| Soxhletova extrakce | Soxhletova extrakce se v laboratořích hojně využívá, je však náročná na množství rozpouštědel a časově náročná. | Ultrazvuková extrakce umožňuje snížit objem rozpouštědla a zkrátit dobu extrakce, což z ní činí atraktivní metodu pro analytickou práci, R&D a vývoj procesů. |
| mechanické míchání | Míchání zlepšuje promíchání, ale nezpůsobuje stejné rozrušení buněk vyvolané kavitací jako ultrazvuk se sondou. | Ultrazvukové zpracování kombinuje míchání, rozrušování shluků částic a rozrušování buněk v jediném procesním kroku, což vede k intenzivnější extrakci. |
Šaržová a kontinuální sonikace rostlinných extraktů
Šaržová ultrazvuková extrakce
Šaržové sonikování je ideální pro laboratorní výzkum, vývoj receptur, výrobu v malém měřítku a flexibilní zpracování. Sonikátor se sondou se vloží do nádoby obsahující suspenzi rostlinného materiálu a rozpouštědla. Šaržové zpracování se snadno nastavuje a skvěle se hodí pro testování parametrů, jako je typ rozpouštědla, amplituda, doba extrakce a teplota.
Kontinuální inline ultrazvuková extrakce
Pro větší výrobní objemy je preferovaným řešením kontinuální inline sonikace. Rostlinná suspenze je čerpána přes ultrazvukovou průtokovou komoru, kde je vystavena řízené kavitaci. Inline zpracování zlepšuje reprodukovatelnost, kontrolu procesu a průchodnost. Díky tomu je také zvětšování výrobního měřítka předvídatelnější, protože lze přesně stanovit příkon energie, dobu zdržení a průtok.
Průmyslové ultrazvukové přístroje Hielscher jsou určeny pro nepřetržitý provoz a lze je integrovat s čerpadly, výměníky tepla, akumulačními nádržemi, filtračními systémy, zařízeními na rekuperaci rozpouštědel a následnými koncentračními systémy.
Níže uvedená tabulka uvádí přibližnou kapacitu našich ultrazvukových zařízení pro extrakci rostlinných látek
| Objem dávky | Průtok | Doporučený ultrazvukový přístroj |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000hdT |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000hdT |
Fytochemikálie extrahované ultrazvukem
Ultrazvuková extrakce je vhodná pro širokou škálu fytochemických látek. Výsledek extrakce závisí na rostlinném materiálu, velikosti částic, rozpouštědle, teplotě, amplitudě ultrazvuku, době zdržení a následné separaci.
Polyfenoly a flavonoidy
Polyfenoly a flavonoidy patří díky svým antioxidačním vlastnostem a významu v potravinářských, nutraceutických a kosmetických přípravcích k nejvíce studovaným fytochemikáliím. Ultrazvuková extrakce podporuje uvolňování fenolových kyselin, katechinů, kvercetinu, rutinu, antokyanů a příbuzných sloučenin z listů, plodů, slupek, květů, semen a kůry.
Terpeny a složky éterických olejů
Terpeny a aromatické sloučeniny hrají důležitou roli v bylinných extraktech, parfémech, příchutích a při zpracování konopí. Ultrazvuková extrakce může zlepšit výtěžnost z rostlinných tkání a zároveň umožňuje jemné řízení teploty, což je důležité pro těkavé a na oxidaci citlivé sloučeniny.
alkaloidy
Alkaloidy se vyskytují v mnoha léčivých rostlinách a často se extrahují pro analytické, farmaceutické nebo nutraceutické účely. Ultrazvuková úprava zlepšuje rozrušení matrice a může urychlit přenos alkaloidů do vhodných rozpouštědel.
Saponiny, glykosidy a taniny
Mnohé kořeny, byliny, luštěniny a léčivé rostliny obsahují saponiny, glykosidy a taniny. Ultrazvuková extrakce napomáhá uvolňování těchto látek z vláknitých nebo hustých rostlinných struktur a lze ji optimalizovat tak, aby se dosáhlo rovnováhy mezi výtěžností extrakce a selektivitou.
Pigmenty a antioxidanty
Přírodní pigmenty, jako jsou antokyany, chlorofyly, karotenoidy a betalainy, mají široké uplatnění v potravinářství, nápojovém průmyslu, kosmetice a analytické chemii. Vzhledem k tomu, že mnoho pigmentů je citlivých na teplo, kyslík a hodnotu pH, je ultrazvuková extrakce za kontrolovaných teplotních podmínek velmi výhodná.
Kanabinoidy a fytochemické látky z konopí
Konopí a marihuana obsahují kanabinoidy, terpeny, flavonoidy a další rostlinné složky. Ultrazvuková extrakce zlepšuje uvolňování těchto látek z rozemleté biomasy a lze ji přizpůsobit pro použití s etanolem, hydroetanolovými nebo jinými rozpouštědlovými systémy.
Ultrazvuková extrakce fytochemikálií
Často kladené otázky: Ultrazvuková léčba a fytochemie
Co je to sonikace ve fytochemii?
Ultrazvuková extrakce ve fytochemii spočívá v použití vysoce výkonného ultrazvuku k extrakci, uvolnění nebo zpracování chemických sloučenin rostlinného původu. Běžně se využívá k ultrazvukem podporované extrakci fytochemikálií, jako jsou polyfenoly, flavonoidy, terpeny, alkaloidy, barviva, antioxidanty a složky éterických olejů.
Jakým způsobem se pomocí ultrazvuku extrahují fytochemikálie z rostlin?
Ultrazvuková léčba vyvolává v extrakční kapalině akustickou kavitaci. Kavitace vytváří smykové síly, mikroproudy a intenzivní míchání, které narušují struktury rostlinných buněk a zlepšují pronikání rozpouštědla. To urychluje přenos fytochemikálií z rostlinné matrice do rozpouštědla.
Které fytochemikálie lze extrahovat pomocí ultrazvuku?
Ultrazvukovou extrakci lze použít k získávání polyfenolů, flavonoidů, antokyanů, terpenů, kanabinoidů, alkaloidů, saponinů, taninů, glykosidů, chlorofylů, karotenoidů, složek éterických olejů a mnoha dalších látek rostlinného původu.
Je ultrazvuková extrakce vhodná pro fytochemikálie citlivé na teplo?
Ano. Ultrazvuková extrakce je při správné regulaci teploty považována za šetrnou, netermální extrakční metodu. Díky tomu je vhodná pro látky citlivé na teplo, jako jsou antioxidanty, pigmenty, terpeny a některé vitamíny.
Je ultrazvuková sonikace pomocí sondy pro extrakci fytochemikálií lepší než ultrazvuková lázeň?
Pro účinnou extrakci je ultrazvuková sonda obecně mnohem výkonnější a lépe regulovatelná než ultrazvuková lázeň. Ultrazvuková sonda přenáší energii přímo do kapaliny, čímž ve vzorku nebo v procesním proudu vyvolává intenzivní kavitaci. Ultrazvukové lázně jsou podstatně méně účinné a při náročných extrakčních úkolech neposkytují reprodukovatelné výsledky. Podívejte se na rozdíl ve výsledcích ultrazvukové extrakce při srovnání sondového sonikátoru s ultrazvukovou lázní!
Jaká rozpouštědla lze použít pro ultrazvukovou extrakci fytochemikálií?
Mezi běžná rozpouštědla patří voda, ethanol, směsi ethanolu a vody, glycerin, oleje a další rozpouštědla určená pro konkrétní účely. Pro analytickou extrakci lze použít methanol nebo jiná laboratorní rozpouštědla. Ultrazvukovou úpravu lze rovněž kombinovat s hlubokými eutektickými rozpouštědly a přírodními hlubokými eutektickými rozpouštědly.
Může ultrazvuk zkrátit dobu extrakce?
Ano. Ultrazvuková extrakce může výrazně zkrátit dobu extrakce ve srovnání s konvenční macerací, infuzí nebo extrakcí rozpouštědlem, protože kavitace urychluje rozrušení buněk a přenos hmoty.
Je možné proces ultrazvukové extrakce rozšířit?
Ano. Ultrazvukové zařízení Hielscher je k dispozici v provedeních od laboratorního až po průmyslové měřítko. Procesy vyvinuté s řízenými parametry, jako jsou amplituda, příkon, teplota a doba zdržení, lze převést na větší šaržové nebo kontinuální inline systémy.
Je ultrazvuková extrakce vhodná pro průmyslovou extrakci rostlinných látek?
Ano. Průmyslové ultrazvukové přístroje s průtokovými reaktory dokážou nepřetržitě zpracovávat rostlinné suspenze. Díky tomu je ultrazvuková technologie vhodná pro komerční výrobu nutraceutických extraktů, bylinných tinktur, kosmetických účinných látek, potravinářských přísad a bioaktivních látek rostlinného původu.
Jaké jsou hlavní výhody ultrazvukových přístrojů Hielscher pro fytochemii?
Ultrazvukové přístroje Hielscher se vyznačují silnou kavitací, přesným nastavením parametrů, reprodukovatelnou extrakcí, možností dávkového i průběžného provozu, škálovatelnými možnostmi vybavení a kompatibilitou s mnoha rozpouštědly a rostlinnými surovinami. Jsou vhodné pro výzkum, vývoj procesů i sériovou výrobu.
Jak si vybrat správný ultrazvukový extraktor?
Výběr nejlepšího ultrazvukového extraktoru závisí na druhu rostlinného materiálu, cílových sloučeninách, použitém rozpouštědle, objemu, obsahu pevných látek, teplotních limitech a požadované kapacitě. Společnost Hielscher vám na základě vašeho extrakčního procesu doporučí vhodný laboratorní, pilotní nebo průmyslový ultrazvukový extraktor.
Literatura / Reference
- 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.
- Vysoká efektivita
- Nejmodernější technologie
- spolehlivost & Robustnost
- Nastavitelné, přesné řízení procesu
- várka & Vložené
- pro libovolný svazek
- Inteligentní software
- inteligentní funkce (např. programovatelné, datový protokol, dálkové ovládání)
- Snadná a bezpečná obsluha
- Nízké nároky na údržbu
- CIP (čištění na místě)
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.