Fytochemie a sonikace: Vysoce účinná ultrazvuková extrakce rostlinných bioaktivních látek

Fytochemie je věda o chemických sloučeninách rostlinného původu – od polyfenolů, flavonoidů a alkaloidů po terpeny, saponiny, glykosidy, pigmenty, antioxidanty a složky esenciálních olejů. Tyto fytochemikálie jsou cenné pro nutraceutika, léčiva, kosmetiku, potravinářské přísady, přírodní barviva, vonné látky, bylinné extrakty a analytický výzkum.

Zdokonalte svou extrakci fytochemikálií se sonikátory Hielscher

Extrahujte více bioaktivních látek za kratší dobu
Sonikátory Hielscher sondového typu intenzifikují extrakci z rostlin tím, že rozrušují rostlinné buňky a urychlují přenos hmoty. To umožňuje vysoce výtěžnou extrakci fytochemikálií z bylin, kořenů, listů, květů, plodů, semen, kůry, řas a dalších rostlinných materiálů.

Proč zvolit ultrazvukové extrakční systémy Hielscher

• Vyšší výtěžky extrakce: Získejte více cílových sloučenin ze stejné rostlinné suroviny.
• Kratší doby zpracování: Nahraďte dlouhou maceraci nebo tepelně náročné extrakční kroky rychlým ultrazvukovým zpracováním.
• Šetrná, netermální extrakce: Zachovejte tepelně citlivé fytochemikálie, jako jsou polyfenoly, terpeny, antokyany, vitaminy a antioxidanty.
• Flexibilita volby rozpouštědla: Používejte vodu, ethanol, vodně-ethanolové směsi, glycerin, oleje, hluboce eutektická rozpouštědla nebo jiná vhodná extrakční média.
• Přesné řízení procesu: Nastavte amplitudu, výkon, vstup energie, čas, teplotu, tlak a průtok.
• Lineární převod do většího měřítka: Vyviňte extrakční parametry v laboratoři a přeneste je do pilotní a průmyslové výroby.
• Vsádkový a inline provoz: Zvolte sonikaci v kádince, zpracování v míchané nádrži nebo kontinuální průtokovou extrakci.
• Robustní průmyslová konstrukce: Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou zkonstruovány pro náročná výrobní prostředí, reprodukovatelný provoz a snadnou integraci.

Ultrazvukové zpracování pro rychlejší, čistší a úplnější extrakci fytochemikálií

Aby bylo možné fytochemikálie použít ve formulacích, testech nebo komerčních produktech, musí se nejprve uvolnit z rostlinné matrice. Právě zde se sonikace stala jednou z nejúčinnějších extrakčních technologií. Ultrazvukové přístroje sondového typu vytvářejí v kapalinách a suspenzích intenzivní akustickou kavitaci. Výsledné mikroturbulence, smykové síly a tlakové fluktuace narušují rostlinné buňky, zlepšují pronikání rozpouštědla a urychlují přenos bioaktivních molekul do extrakčního média.

Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro extrakci fytochemikálií od laboratorního výzkumu až po plnou průmyslovou výrobu. Ať už vyvíjíte rostlinný extrakt, optimalizujete přípravu vzorků pro analýzu nebo převádíte do většího měřítka proces výroby rostlinné složky, sonikace vám poskytuje přesnou kontrolu nad intenzitou extrakce, reprodukovatelností a kapacitou zpracování.

Co je sonikace ve fytochemii?

Sonikace je aplikace vysoce výkonného ultrazvuku na kapalinu nebo suspenzi. Ve fytochemii se sonikace nejčastěji používá pro ultrazvukem asistovanou extrakci, přípravu vzorků, dezintegraci buněk, dispergaci, emulgaci a intenzifikaci procesů.
Když vysoce intenzivní ultrazvuková sonda přenáší zvukové vlny do extrakčního média, střídající se cykly vysokého a nízkého tlaku vytvářejí akustickou kavitaci. Kavitační bubliny rostou a prudce kolabují. Tento kolaps vytváří lokální smykové síly, kapalinové mikroproudy a intenzivní míchací účinky.

Při extrakci z rostlin tyto účinky pomáhají:

• narušit buněčné stěny a membrány
• zlepšit přístup rozpouštědla k intracelulárním sloučeninám
• zmenšit hraniční vrstvy kolem rostlinných částic
• zlepšit difuzi fytochemikálií do rozpouštědla
• zkrátit dobu extrakce
• zvýšit reprodukovatelnost
• snížit potřebu nadměrného zahřívání nebo dlouhodobé expozice rozpouštědlu

Výsledkem je rychlejší, účinnější a často šetrnější extrakční proces ve srovnání s konvenční macerací, infuzí, perkolací nebo refluxními metodami.

Proč je sonikace důležitá pro moderní extrakci fytochemikálií

Rostlinné suroviny jsou komplexní. Bioaktivní sloučeniny jsou uzavřeny v rostlinných buňkách, vázány na strukturní složky nebo rozptýleny v různých pletivech. Konvenční extrakce často vyžaduje dlouhé doby zdržení, velké objemy rozpouštědel nebo zvýšené teploty. Tyto podmínky mohou být neefektivní a mohou degradovat termolabilní sloučeniny.
Ultrazvukem asistovaná extrakce tato omezení řeší intenzifikací fyzikálního uvolňování fytochemikálií. Místo spoléhání pouze na pasivní difuzi sonikace aktivně narušuje rostlinnou matrici a pohání přenos hmoty.

Díky tomu je ultrazvuková extrakce obzvláště užitečná, když zpracovatelé potřebují:

• vyšší výtěžek z drahých rostlinných surovin
• kratší výrobní cykly
• nižší spotřebu rozpouštědel
• lepší extrakci tepelně citlivých sloučenin
• reprodukovatelnou extrakci pro kontrolu kvality
• škálovatelné zpracování od laboratoře po výrobu
• kompatibilitu se zelenými rozpouštědly a složkami clean-label

Ve fytochemickém výzkumu sonikace také zlepšuje přípravu vzorků pro analýzu. Laboratoře mohou cílové sloučeniny extrahovat rychle a konzistentně před HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, antioxidačními testy nebo jinými analytickými metodami.

Vsádková a inline sonikace pro rostlinné extrakty

Vsádková ultrazvuková extrakce

Vsádková sonikace je ideální pro laboratorní výzkum, vývoj formulací, maloobjemovou výrobu a flexibilní zpracování. Sondový sonikátor se vloží do nádoby obsahující suspenzi rostlinného materiálu v rozpouštědle. Vsádkové zpracování se snadno nastavuje a je vynikající pro screening parametrů, jako je typ rozpouštědla, amplituda, doba extrakce a teplota.

Kontinuální inline ultrazvuková extrakce

Pro větší objemy výroby je preferovaným uspořádáním kontinuální inline sonikace. Rostlinná suspenze se čerpá ultrazvukovou průtokovou celou, kde je vystavena řízené kavitaci. Inline zpracování zlepšuje reprodukovatelnost, řízení procesu a kapacitu zpracování. Díky němu je také převod do většího měřítka předvídatelnější, protože vstup energie, dobu zdržení a průtok lze přesně definovat.
Průmyslové ultrazvukové přístroje Hielscher jsou navrženy pro nepřetržitý provoz a lze je integrovat s čerpadly, výměníky tepla, zásobními nádržemi, filtračními systémy, regenerací rozpouštědel a následnou koncentrací.

Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů pro extrakci z rostlin

Fytochemikálie extrahované sonikací

Sonikace je vhodná pro širokou škálu tříd fytochemikálií. Výsledek extrakce závisí na rostlinném materiálu, velikosti částic, rozpouštědle, teplotě, ultrazvukové amplitudě, době zdržení a následné separaci.

Polyfenoly a flavonoidy

Polyfenoly a flavonoidy patří mezi nejvíce studované fytochemikálie díky svým antioxidačním vlastnostem a významu v potravinářských, nutraceutických a kosmetických formulacích. Ultrazvuková extrakce zvyšuje uvolňování fenolových kyselin, katechinů, kvercetinu, rutinu, antokyanů a příbuzných sloučenin z listů, plodů, slupek, květů, semen a kůry.

Terpeny a složky esenciálních olejů

Terpeny a aromatické látky jsou důležité pro bylinné extrakty, vonné látky, příchutě a zpracování konopí nebo technického konopí. Sonikace může zlepšit extrakci z rostlinných pletiv a současně umožňuje šetrné řízení teploty, což je důležité u těkavých a oxidačně citlivých sloučenin.

Alkaloidy

Alkaloidy se vyskytují v mnoha léčivých rostlinách a často se extrahují pro analytické, farmaceutické nebo nutraceutické účely. Ultrazvukové ošetření zlepšuje narušení matrice a může urychlit přenos alkaloidů do vhodných rozpouštědel.

Saponiny, glykosidy a třísloviny

Mnoho kořenů, bylin, luštěnin a léčivých rostlin obsahuje saponiny, glykosidy a třísloviny. Sonikace pomáhá uvolňovat tyto sloučeniny z vláknitých nebo hutných rostlinných matric a lze ji optimalizovat tak, aby vyvážila výtěžek extrakce se selektivitou.

Pigmenty a antioxidanty

Přírodní pigmenty, jako jsou antokyany, chlorofyly, karotenoidy a betalainy, jsou cenné pro potravinářské, nápojové, kosmetické a analytické aplikace. Protože mnoho pigmentů je citlivých na teplo, kyslík a pH, je ultrazvuková extrakce za řízených teplotních podmínek velmi výhodná.

Kanabinoidy a fytochemikálie z technického konopí

Technické konopí a konopí obsahují kanabinoidy, terpeny, flavonoidy a další rostlinné složky. Ultrazvuková extrakce zlepšuje uvolňování těchto sloučenin z namleté biomasy a lze ji přizpůsobit ethanolovým, vodně-ethanolovým nebo jiným systémům rozpouštědel.

Ultrazvuková extrakce fytochemikálií

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.