Extrakce terpenů pomocí ultrazvuku
Bylo prokázáno, že ultrazvuková extrakce terpenů poskytuje vysoké výtěžky terpenu karyofylenoxidu, např. z konopí a chmele. Karyofylenoxid je terpen, který se vyskytuje v konopí, chmelu, pepři, bazalce a rozmarýnu. Jako účinná látka se extrahovaný terpen karyofylenoxid používá jako aromatizační přísada a doplněk stravy.
Využití extrahovaného karyofylenoxidu
Karyofylenoxid se vyznačuje aromatickou vůní a chutí (tj. bylinnou). Díky své intenzivní aromatické vůni a chuti se často používá jako aromatizační přísada v potravinách i jako složka vonných látek. Kromě toho má také schopnost vázat se na endokrinní receptory CB2 v lidském těle, což z něj činí zajímavou farmaceutickou složku.
Ultrazvuková extrakce karyofylenoxidu
Ultrazvuková extrakce terpenu karyofylenoxidu je vynikající technikou pro dosažení vysokých výtěžků, např. z konopí a chmele. Přečtěte si více o akustické kavitaci, aktivním principu ultrazvukové extrakce!
Například β-karyofylenoxid byl extrahován ultrazvukem pomocí ultrazvukového zařízení UP100H (100W, 30kHz) ze sušených chmelových hlávek.
Data z GC analýzy ukazují výtěžek extrakce β-karyofylenoxidu, extrahovaného přístrojem Hielscher UP100H z chmele.
UP400St – výkonný ultrazvukový procesor 400W pro extrakci terpenů s míchadlem
Plynová chromatografie ultrazvukového extraktu z chmele: β-karyofylenoxid, α-karyofylen, α-pinen, mycrene, limonen, α-caryophylene a karyofylenoxid a další.
Kromě β-karyofylenoxidu byly úspěšně extrahovány i další terpeny, mimo jiné α-karyofylen, α-pinen, mycrene, limonen a α-caryophylene.
Jak se terpeny extrahují z rostlin pomocí sondové ultrazvukové sonikace? Návod krok za krokem!
- Nejprve se rostlinný materiál namele nebo nasekát na malé kousky, aby se zvětšil povrch pro extrakci.
- Rostlinný materiál se poté smíchá s rozpouštědlem (například ethanolem nebo vodou), aby se terpeny extrahovaly.
- Poté se k podpoře extrakčního procesu použije sondová ultrazvuková sonikace, při které se na suspenzi působí vysoce intenzivními nízkofrekvenčními ultrazvukovými vlnami o frekvenci přibližně 20kHz. To vyvolává akustickou kavitaci a rychlé vibrace rozpouštědla, což podporuje rozrušení a dezintegraci rostlinných buněk a uvolnění terpenů.
- Směs se poté přefiltruje, aby se pevný rostlinný materiál oddělil od kapaliny obsahující extrahované terpeny.
- Kapalina se poté odpaří nebo podrobí dalšímu zpracování, aby se odstranilo rozpouštědlo a terpeny se zkoncentrovaly.
- Konečným produktem je extrakt bohatý na terpeny, který lze využít v různých aplikacích, jako jsou doplňky stravy, funkční potraviny a kosmetika.
Protokol ultrazvukové extrakce terpenů
Chmel byl rozemlet v běžném mlýnku na kávu, aby se dosáhlo homogennější velikosti částic vzorku chmele.
4,5mg chmele bylo vloženo do vialky a poté bylo přidáno 5mL ethanolu. Vialka byla umístěna do kádinky s ledovou vodou pro odvod tepla. Poté byl vzorek sonikován přístrojem UP100H, vybaveným sonotrodou MS7, při nastavení amplitudy 50% po dobu 90sec.
Plynová chromatografie ultrazvukového extraktu z chmele:
Sonikace zajišťuje vysoký přenos hmoty mezi buněčnou matricí a rozpouštědlem, takže je v důsledku toho dosaženo velmi vysokého výtěžku vysoce kvalitního extraktu.
- vysoce kvalitní terpenové extrakty (žádná tepelná degradace)
- vysoké výtěžky
- rychlý postup
- rychlá návratnost investice (RoI)
- šetrnější rozpouštědla
- nižší spotřeba rozpouštědel
- bezpečný a snadný provoz
- nízké nároky na údržbu
- zelená, ekologická extrakce terpenů
Ultrazvuková extrakce terpenů vyniká jako zelená extrakční metoda, která umožňuje výrazně urychlit postup extrakce terpenů a zároveň vyžaduje méně energie než jiné konvenční extrakční metody (tj. superkritický CO2, Soxhlet atd.). Dalšími výhodami spojenými s využitím ultrazvukové extrakce terpenů jsou snadná obsluha ultrazvukového extraktoru, rychlý proces, žádný chemický odpad, vysoký výtěžek, šetrnost k životnímu prostředí, vyšší kvalita díky mírným podmínkám zpracování a zabránění tepelné degradaci.
Ultrazvukové extraktory pro terpeny
Níže uvedená tabulka Vám poskytne orientaci, které ultrazvukové zařízení by mohlo být nejvhodnější pro Vaše požadavky na extrakci terpenů.
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 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 | UIP4000 |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr přístrojů UIP16000 |
Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorního po průmyslové měřítko.
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
Fakta, která stojí za to znát
Karyofylen
Karyofylen neboli (−)-β-karyofylen je přírodní bicyklický seskviterpen, který se nachází v mnoha esenciálních olejích. Následující byliny jsou známé jako dobrý zdroj karyofylenu: konopí, technické konopí (Cannabis sativa), černý kmín (Carum nigrum), hřebíček (Syzygium aromaticum), chmel (Humulus lupulus), bazalka (Ocimum spp.), oregano (Origanum vulgare), černý pepř (Piper nigrum), levandule (Lavandula angustifolia), rozmarýn (Rosmarinus officinali, a kopaivový olej (Copaifera spp.). β-karyofylen je fytokanabinoid se silnou afinitou ke kanabinoidnímu receptoru typu 2 (CB 2), nikoli však ke kanabinoidnímu receptoru typu 1 (CB 1).
Karyofylenoxid
Karyofylenoxid (také β-karyofylenoxid) je oxidační derivát β-karyofylenu a je to bílý krystalický pevný prášek s bodem tání přibližně 62°C.
Je ceněn pro své protizánětlivé, lokálně anestetické a antioxidační účinky. První výzkumy naznačují, že karyofylenoxid by mohl být také potenciálním léčivem pro léčbu rakoviny. Karyofylenoxid je součástí cyklobutanového kruhu, který se již používá v lékařském výzkumu k syntéze široce používaného chemoterapeutika karboplatiny.
Karyofylenoxid, v němž se olefin karyofylenu přeměnil na epoxid, je schválenou složkou pro aromatizaci potravin.
β-karyofylen i β-karyofylenoxid vykazují nízkou rozpustnost ve vodě, což ztěžuje jejich vstřebávání do buňky. Pro použití těchto seskviterpenů jako léčiv nebo doplňků stravy překonává zapouzdření do liposomů špatnou rozpustnost těchto seskviterpenů ve vodných kapalinách a zajišťuje biologickou dostupnost a bioaktivitu. Klikněte zde a zjistěte více o ultrazvukovém zapouzdření bioaktivních sloučenin!
Karyofylenoxid v konopí
V rostlině konopí setého (cannabis sativa) se karyofylenoxid vyskytuje jako seskviterpen, který se skládá ze tří isoprenových jednotek. Karyofylenoxid je jedním z největších a nejhojněji zastoupených terpenů v rostlině konopí a je zodpovědný za charakteristické aroma a vůni konopí. Ultrazvuková extrakce se úspěšně používá k výrobě plnospektrálních kanabidiolových olejů, takže je zajištěn entourage efekt rozmanitých sloučenin.
Ultrazvuková kavitace pro extrakci
Když jsou do kapaliny zavedeny vysoce výkonné ultrazvukové vlny, dochází v ní k cyklům komprese a expanze (zředění). Během zředění vznikají v kapalině dutiny neboli tzv. kavitační bublinky. Tyto kavitační bublinky, které jsou drobnými vakuovými bublinkami, vznikají, když působí podtlak, takže je překonána místní pevnost kapaliny v tahu. Vakuové bublinky rostou během několika cyklů komprese / zředění, dokud nemohou absorbovat více energie, a kavitační bublinka podstoupí implozivní kolaps. Tento jev je známý jako kavitace. Podle výzkumu prof. Suslicka (1990) panují v kavitačních bublinkách extrémní podmínky s teplotami až 5000 K, tlaky 1000 atmosfér, rychlostí ohřevu a chlazení nad 1010 K/s a proudy kapaliny s rychlostí až 280m/s, které se projevují jako velmi vysoké smykové síly a turbulence v kavitační zóně. Kombinace těchto faktorů (tlaku, tepla, smyku a turbulence) se využívá k urychlení přenosu hmoty v extrakčním procesu. Kromě toho se tyto lokálně vznikající podmínky využívají také v ultrazvukových procesech, jako je homogenizace, emulgace nebo dispergace.
Ultrazvuková extrakce je založena na akustické kavitaci a jejích hydrodynamických smykových silách
Ultrazvuková extrakce terpenů
Princip ultrazvukové extrakce je založen na dvou účincích, které vznikají při přenosu vysoce výkonných ultrazvukových vln do kapaliny nebo suspenze:
Zaprvé je rozpouštědlo (okolní kapalné médium) vtlačováno do buněčné matrice. V závislosti na amplitudě a síle kavitace je buněčná stěna tlakem kapaliny perforována nebo rozrušena.
Zadruhé je během fáze zředění obsah buňky (tj. intracelulární materiál) vyplaven z nitra buňky. Po ultrazvukové extrakci se cílové sloučeniny nacházejí v rozpouštědle a lze je od rozpouštědla oddělit (např. odpařením rozpouštědla), takže se nakonec získá čistý extrakt.
Složení suroviny (jako je obsah vlhkosti, stupeň macerace / mletí a velikost částic, a zvolené rozpouštědlo jsou velmi důležitými faktory pro dosažení účinného a efektivního procesu ultrazvukové extrakce. Zásadní jsou také parametry ultrazvukového procesu: amplitudu, tlak, teplotu a dobu sonikace je nutné stanovit a optimalizovat pro dosažení nejlepších výsledků.