Strategie pro dosažení vyšších výtěžků při botanické extrakci
Pro vysoce efektivní výrobu extraktů prémiové kvality z botanických surovin, tj. pro vysoké výtěžky extraktů prémiové kvality během krátké doby extrakce, je zapotřebí vysoce výkonná extrakční technika. Ultrazvuková extrakce je technika intenzifikace procesů, která umožňuje využívat širokou škálu surovin a rychle a nákladově efektivně poskytuje vysoké výtěžky vynikajících extraktů.
Prémiové botanické extrakty pomocí výkonového ultrazvuku
Při extrakci konkrétní bioaktivní sloučeniny nebo bioaktivní frakce z botanické suroviny ovlivňuje extrakční proces řada faktorů. Kromě extrakční technologie (např. ultrazvukové extrakce) patří mezi důležité procesní faktory, které je nutné pečlivě zvážit, polarita rozpouštědla, surovina a její předúprava, poměr pevné a kapalné fáze (tj. poměr rostlinného materiálu a rozpouštědla), doba extrakce a teplota. Ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) umožňuje ideální podmínky zpracování, které se vyznačují současně šetrností a vysokou účinností. Volný výběr šetrných rozpouštědel nebo extrakce studenou vodou, nízké teploty a krátké doby zpracování činí z ultrazvukové extrakce vynikající extrakční techniku, která zabraňuje tepelné nebo chemické degradaci bioaktivních molekul. UAE navíc dokáže z rostlinné suroviny uvolnit celé dostupné množství bioaktivních molekul. Proto je sonikace nejrozšířenější extrakční technologií pro výrobu vysoce účinných extraktů.
Botanická extrakce pomocí UP400St (400W, 24kHz)
V čem spočívá převaha ultrazvukové extrakce?
Ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) je vysoce účinná extrakční technika, která je založena na čistě mechanických silách. Ultrazvuková neboli akustická kavitace se vyznačuje intenzivními smykovými silami a také lokálně vznikajícími vysokými teplotními a tlakovými rozdíly. Tyto vysoce intenzivní kavitační síly způsobují tzv. sonoporaci, tj. vznik nových a zvětšování stávajících pórů v buněčné membráně, a také narušení struktur rostlinných buněk. Ultrazvukem zesílený tok rozpouštědla do nitra buňky a ven z něj přispívá k rychlému a úplnému uvolnění botanických látek. Díky využití výhradně mechanických sil UAE nemění botanické molekuly chemikáliemi ani intenzivním tepelným ošetřením, a tím zabraňuje chemicky nebo tepelně vyvolaným změnám bioaktivních látek obsažených v botanických surovinách. Výsledkem je, že ultrazvuková extrakce produkuje vysoce kvalitní extrakty s plným spektrem, které nabízejí plné účinky kombinovaných botanických látek, známé jako tzv. entourage efekt.
Ultrazvuková extrakce: šetrná netepelná, a přesto vysoce účinná technika pro vysoké výtěžky extraktů prémiové kvality.
Srovnání ultrazvukové extrakce s jinými technikami
Ultrazvuková extrakce je široce používaná technika k uvolňování a izolaci bioaktivních sloučenin, jako jsou antioxidanty, polyfenoly, polysacharidy, proteiny, lipidy, kanabinoidy a další fytochemikálie, z rostlinných materiálů. Sonikace je preferovanou metodou díky řadě výhod, jako jsou vysoké / úplné výtěžky extrakce, rychlé netepelné zpracování, kompatibilita s téměř jakýmikoli rozpouštědly (např. voda, ethanol, methanol, isopropanol, rostlinné oleje, glycerin atd.), jednoduchý a bezpečný provoz, nízké nároky na údržbu a mnoho dalších.
Níže uvedená tabulka porovnává ultrazvukovou extrakci s jinými konvenčními extrakčními metodami a zdůrazňuje výhody UAE.
Ultrazvukové extraktory Hielscher vynikají účinností, spolehlivostí a uživatelskou přívětivostí
| Ultrazvuková extrakce | Macerace | CO2 extrakce | Soxhlet | Perkolace | |
|---|---|---|---|---|---|
| Rozpouštědlo | kompatibilní s téměř jakýmkoli rozpouštědlem | voda, vodná a nevodná rozpouštědla | CO2 | voda, vodná a nevodná rozpouštědla | organická rozpouštědla |
| Teplota | netepelná extrakce, přesná regulace teploty |
okolní | za tepla | okolní teplota, příležitostně se používá ohřev |
nad kritickou teplotou 31°C |
| Tlak | možný jak atmosférický, tak zvýšený tlak |
atmosférický | atmosférický | atmosférický | velmi vysoké tlaky (nad kritickým tlakem 74 bar) |
| Doba zpracování | rychlá | velmi pomalá | pomalá | velmi pomalá | střední |
| Množství rozpouštědla | malé, vysoký podíl pevného rostlinného materiálu v rozpouštědle, zejména při použití sestavy s průtokovou celou |
velké | střední | velké | velké množství superkritického CO2 |
| Polarita přírodního extraktu | závisí na rozpouštědle; pro extrakci nepolárních i polárních sloučenin se doporučuje dvoustupňová extrakce s použitím dvou rozpouštědel |
závisí na rozpouštědle | závisí na rozpouštědle | závisí na rozpouštědle | závisí na tlaku (při vyšších tlacích polárnější) |
| Flexibilita / škálovatelnost | pro vsádkovou i inline extrakci, lineární škálovatelnost |
pouze vsádková extrakce, omezená škálovatelnost |
pouze vsádková extrakce, omezená škálovatelnost |
pouze vsádková extrakce, omezená škálovatelnost |
pouze vsádková extrakce, omezená lineární škálovatelnost, velmi nákladná |
Proč je ultrazvuková extrakce tak účinná?
Mechanismus, jímž výkonový ultrazvuk intenzifikuje extrakci, se připisuje především jevu akustické kavitace. Ultrazvuková kavitace způsobuje srážky mezi částicemi botanické biomasy, což vede k mezičásticové fragmentaci a zmenšení velikosti částic. Když kavitační bubliny kolabují na povrchu rostlinných pevných částic, eroze a sonoporace dále zvětšují povrch částic. Takto zintenzivněný přenos hmoty usnadňuje uvolňování molekul, jako jsou proteiny, lipidy, cukry, vitaminy, antioxidanty, fytochemikálie a vláknina. Ultrazvukem generované smykové síly zlepšují pronikání rozpouštědla do buněčné matrice botanického materiálu a zlepšují také propustnost buněčných membrán. Tyto mechanismy výkonového ultrazvuku jsou zodpovědné za významnou intenzifikaci procesu, jíž se dosahuje při použití sonikace k botanické extrakci.
- vysoké výtěžky
- extrakty prémiové kvality
- vysoce účinný, rychlý proces
- nízké provozní náklady
- reprodukovatelné výsledky
- lineární škálovatelnost
- jednoduchý & bezpečný provoz
- robustnost
Získejte technické informace o ultrazvukových extraktorech Hielscher a jejich výhodách!
Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové extraktory pro vsádkové i kontinuální zpracování v jakémkoli výrobním měřítku. Kromě nejvyšších technických standardů, mimořádné robustnosti a provozu 24/7/365 pro vysoce efektivní chod se ultrazvukové přístroje Hielscher vyznačují snadnou a spolehlivou obsluhou. Vysoká účinnost, chytrý software, intuitivní menu, automatické protokolování dat a vzdálené ovládání přes prohlížeč jsou jen některé z funkcí, které odlišují extraktory Hielscher od jiných extrakčních zařízení.
Výhody ultrazvukových extraktorů Hielscher
Účinnost
- Vyšší výtěžky
- Rychlý extrakční proces – během několika minut
- Vysoce kvalitní extrakty – šetrná, netepelná extrakce
- Zelená rozpouštědla (voda, ethanol, glycerin, rostlinné oleje atd.)
Jednoduchost
- Plug ‚n‘ play – instalace a zaškolení během několika hodin
- Vysoká kapacita zpracování – pro velkovýrobu extraktů
- Vsádkový nebo kontinuální inline provoz
- Jednoduchá instalace – podpora více napětí a připojení pouze čtyř hadic
- Mobilní
- Lineární zvětšování měřítka – pro zvýšení kapacity stačí paralelně přidat další ultrazvukový systém
- Vzdálené monitorování a ovládání – přes PC, chytrý telefon nebo tablet
- Bez nutnosti dohledu nad procesem – nastavit a spustit
- Vysoký výkon – navrženo pro nepřetržitou výrobu 24/7
- Robustnost a nízké nároky na údržbu
- Vysoká kvalita – navrženo a vyrobeno v Německu
- Rychlé plnění a vyprazdňování mezi vsádkami
- Snadné čištění
Bezpečnost
- Jednoduchý a bezpečný provoz
- Extrakce bez rozpouštědel nebo s rozpouštědly (voda, ethanol, rostlinné oleje, glycerin atd.)
- Žádné vysoké tlaky a teploty
- K dispozici systémy s certifikací ATEX v nevýbušném provedení
- Snadné ovládání (také pomocí dálkového ovládání)
Rozpouštědla pro ultrazvukovou extrakci
Zvolte ideální rozpouštědlo pro svůj extrakční proces: s ultrazvukovou extrakcí jsou kompatibilní voda, směs vody a alkoholu, isopropylalkohol, hexan, ethanol, methanol, butan, rostlinné oleje, glycerin,
netoxická rozpouštědla i jakákoli jiná standardní rozpouštědla.
Ultrazvuková extrakce studenou vodou: Přestože voda je technicky vzato rozpouštědlo, tzv. univerzální rozpouštědlo, extrakce na bázi vody se obecně považuje za extrakci bez rozpouštědel. Ultrazvuková extrakce bez rozpouštědel nevyžaduje žádné cizorodé látky. Suspenze vody a rostlinného materiálu se sonikuje, aby se rozrušily buněčné stěny rostliny a bioaktivní molekuly se uvolnily do vody (rozpouštědla). Sonikace je čistě mechanická metoda, která chemicky nemění surovinu ani extrakt. Proto je ultrazvuková extrakce preferovanou technikou pro výrobu vysoce kvalitních botanických extraktů.
Sondový ultrazvukový přístroj UIP1000hdT s míchadlem pro výrobu botanických extraktů, jako jsou kanabinoidy (např. CBD, THC, CBG)
Níže uvedená tabulka vám poskytne představu o přibližné kapacitě zpracování našich ultrazvukových extraktorů (vsádkové a průtokové zpracování):
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Průmyslová instalace ultrazvukového extraktoru UIP4000hdT pro výrobu botanických extraktů.
Hielscher Ultrasonics vyrábí a dodává vysoce výkonné ultrazvukové extraktory pro laboratorní, poloprovozní a průmyslové měřítko.
Literatura / Reference
- 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.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- 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.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní po průmyslovou velikost.