Ultrasonikace předčí ostatní extrakční metody rychlostí
Rychlý průběh ultrazvukové extrakce a z něj plynoucí úspora času při výrobě extraktů patří k mnoha výhodám ultrazvukové extrakce bioaktivních látek z rostlin. Ultrazvuková extrakce byla vědecky porovnána s alternativními extrakčními technikami, jako je extrakce superkritickým CO2, macerace, extrakce za varu pod zpětným chladičem, Soxhletova extrakce nebo mikrovlnná extrakce, a výsledky výzkumu prokazují významnou výhodu ultrasonikace z hlediska rychlosti a výtěžku extrakce.
Ultrasonikace jako rychlý extrakční postup
Ultrazvuková extrakce bioaktivních látek je dobře známá svými vysokými výtěžky, vysoce kvalitními extrakty, krátkou dobou extrakce, nízkou spotřebou energie a schopností pracovat s velmi šetrnými rozpouštědly. Všechny tyto faktory přispívají k mimořádné celkové účinnosti ultrazvukové extrakce bioaktivních složek z rostlinných materiálů.
Níže naleznete výběr vědeckých výzkumných zpráv, v nichž byla ultrazvuková extrakce (též ultrazvukem asistovaná extrakce / UAE) porovnána s jinými extrakčními technikami, jako je macerace, Soxhletova extrakce, extrakce za varu pod zpětným chladičem, extrakce superkritickým CO2, jakož i mikrovlnná extrakce.
Ultrazvukový přístroj UP400St pro vysokorychlostní extrakci rostlinných materiálů v dávkovém režimu
| Extrakční aplikace | Doba ultrazvukové extrakce | Doba alternativní extrakční metody | Doplňující informace | Zdroj |
|---|---|---|---|---|
| Extrakce antokyanů z plodů myrty | 5 min | 15 min mikrovlnná extrakce |
ultrazvukový přístroj UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| Extrakce listů boldovníku | 5–30 min | 15–90 min macerace |
ultrazvukový přístroj UIP1000hdT „Vidíme, že při 5 až 30 min sonikace je výtěžek rovnocenný výtěžku konvenční macerace po dobu 15 až 90 min: UAE vyžaduje třetinu času potřebného k extrakci rozpustného materiálu listů konvenční macerací.“ |
Petigny et al., 2013 |
| Extrakce celkových fenolů a flavonoidů ze šalvěje | 11 min | 30 min konvenční extrakce v třepačce s vodní lázní při 60ºC |
ultrazvukové extraktory UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Extrakce polyfenolů z olivových listů | 21 min | 60min konvenční extrakce za varu pod zpětným chladičem |
ultrazvukový přístroj UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Extrakce bioaktivních fenolických látek z listů Malva sylvestris | 49 min 48°C při 110W |
5 h extrakce v míchaném loži při 150 rpm |
Ultrazvukový přístroj UP200S Analýza HPLC ukázala, že koncentrace bioaktivních fenolických látek se významně zvýšila (p≺0,05) za optimálních UAE podmínek. |
Bimakr et al., 2017 |
| Extrakce lipidů ze semen zimního melounu (Benincasa hispida) | ∼36 min | Extrakce superkritickým oxidem uhličitým v kombinaci s technikou střídání tlaku (SCE-PST) (∼50 min), superkritický CO2 (∼97 min) a konvenční Soxhletova extrakce (∼360 min) | Srovnání superkritického oxidu uhličitého (sCO2), ultrazvukem asistované extrakce (UAE), extrakce superkritickým oxidem uhličitým v kombinaci s technikou střídání tlaku (SCE-PST) a Soxhletovy extrakce ukazuje, že UAE je nejúčinnější a nejrychlejší extrakční technikou. | Bimakr et al. (2015) |
Srovnání superkritického oxidu uhličitého (sCO2), ultrazvukem asistované extrakce (UAE), extrakce superkritickým oxidem uhličitým v kombinaci s technikou střídání tlaku (SCE-PST) a Soxhletovy extrakce ukazuje, že UAE je nejúčinnější a nejrychlejší extrakční technikou.
- Vysoká účinnost extrakce
- Vynikající výtěžky extrakce
- Rychlý proces
- Nízké teploty
- Vhodná k extrakci termolabilních látek
- Kompatibilní s jakýmkoli rozpouštědlem
- Nízká spotřeba energie
- Zelená extrakční technika
- Snadný a bezpečný provoz
- Nízké investiční a provozní náklady
- Provoz 24/7 při vysoké zátěži
Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory pro expresní izolaci látek
Špičková ultrazvuková zařízení společnosti Hielscher umožňují rychlou extrakci vysoce kvalitních biomolekul z rostlin. Plná kontrola nad procesními parametry, jako je amplituda, teplota, tlak a energetický vstup, umožňuje nastavit nejúčinnější a nejšetrnější extrakční podmínky, které poskytují nepoškozené, vysoce bioaktivní extrakty. Parametry ultrazvukové extrakce, jako je velikost částic suroviny, typ rozpouštědla, poměr pevné fáze k rozpouštědlu a doba extrakce, lze optimalizovat pro dosažení nejvyšší účinnosti a nejlepších celkových výsledků. Jelikož je ultrazvuková extrakce netermální extrakční metodou, lze se vyhnout tepelné degradaci bioaktivních složek, což vede k vynikající kvalitě extraktu.
Celkově vzato, výhody jako vysoký výtěžek, krátká doba extrakce, nízká extrakční teplota a snížená potřeba rozpouštědel činí ze sonikace preferovanou extrakční metodu.
Ultrasonikace překonává mikrovlnnou extrakci při extrakci antokyanů z plodů myrty. Sonikace je třikrát rychlejší než mikrovlnná extrakce.
Srovnání ultrazvukové a konvenční extrakce v třepačce s vodní lázní ukazuje, že při použití ultrazvukové extrakce je doba extrakce celkových fenolů a flavonoidů ze šalvěje výrazně kratší. Ultrazvuková extrakce vyžaduje pouze třetinu doby extrakce v třepačce s vodní lázní.
Ultrazvuková extrakce: zavedená v laboratoři i v průmyslu
Ultrazvuková extrakce se široce využívá k extrakci jakéhokoli druhu bioaktivních látek z rostlinných materiálů, hub, řas, bakterií a savčích buněk. Ultrazvuková extrakce se etablovala jako jednoduchá, nákladově efektivní a vysoce účinná technika, která předčí jiné tradiční extrakční techniky vyššími výtěžky extrakce a kratší dobou zpracování.
Díky snadné dostupnosti laboratorních, stolních i plně průmyslových ultrazvukových systémů je ultrazvuková extrakce v současnosti dobře zavedenou a důvěryhodnou technologií. Ultrazvukové extraktory Hielscher jsou instalovány po celém světě v průmyslových zpracovatelských provozech pro výrobu bioaktivních látek v potravinářské a farmaceutické kvalitě.
Níže uvedená tabulka vám poskytne představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:
| Objem dávky | 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!
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro aplikace míchání, dispergace, emulgace a extrakce v laboratorním, pilotním i průmyslovém měřítku.
Literatura / Reference
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Fakta, která stojí za to znát
Princip fungování ultrazvukové extrakce
Ultrazvuková extrakce je široce používaná metoda k izolaci a separaci bioaktivních složek z rostlinných materiálů. Jelikož je sonikace kompatibilní s jakýmkoli druhem rozpouštědla, lze postup ultrazvukové extrakce optimálně navrhnout s ohledem na bioaktivní látky (tj. cílové látky), jejich polaritu, rozpustnost, citlivost na teplo a další faktory. Přizpůsobením sonikačního procesu konkrétně určité látce nebo více látkám lze zvolit nejideálnější uspořádání, aby se získal extrakt mimořádně vysoké kvality.
Ultrazvukové vlny přenesené do kapaliny nebo suspenze vytvářejí intenzivní vibrace a akustickou kavitaci. Akustická neboli ultrazvuková kavitace je určována lokálně vznikajícími extrémně vysokými tlakovými rozdíly, smykovými silami a proudy kapaliny. Tyto síly rozrušují buněčné stěny, narušují rostlinné buňky a zintenzivňují přenos hmoty mezi vnitřkem buňky a rozpouštědlem. Bioaktivní složky se tak účinně uvolňují do okolního rozpouštědla, ze kterého lze cílové molekuly snadno izolovat a purifikovat (např. rotačním odpařováním, destilací s vodní parou nebo HPLC).
Ultrazvuková extrakce z rostlinných buněk: mikroskopický příčný řez (TS) ukazuje mechanismus působení během ultrazvukové extrakce z buněk (zvětšení 2000x)
[zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní po průmyslovou velikost.