Højeffektiv chagaekstraktion ved sonikering

Chagasvampe (Inonotus obliquus) er rige på meget potente fytokemikalier (f.eks. polysakkarider, betulinsyre og triterpenoider), som er kendt for at bidrage til sundheden og bekæmpe sygdomme. Anvendelse af ultralydsfrekvens med høj effekt til chagaekstraktion er den foretrukne teknik til at fremstille førsteklasses chagaekstrakter med den højeste kvalitet og det højeste udbytte.

Chagasvampeekstrakter ved hjælp af ultralyd

Ultralydsekstraktion er en yderst effektiv teknik til at frigøre fytokemiske forbindelser fra botaniske materialer såsom planter og svampe.
Chagasvampe er rige på flere forbindelser såsom polysakkarider, triterpener og polyfenoler, som er ansvarlige for de fleste af deres sundhedsfremmende og terapeutiske virkninger. Chagas vigtigste bioaktive forbindelser omfatter polysakkarider (f.eks. β-glukaner og proteoglykaner, der indeholder d-galaktose, d-glukose, d-xylose og d-mannose), triterpenoider (f.eks. betulin og betulinsyre), polyfenoler og fytosteroler (f.eks. inotodiol) blandt andre forbindelser.

Ultralydsekstraktion nedbryder effektivt chagasvampens celler og frigør de intracellulære forbindelser (dvs. de bioaktive fytokemikalier) til opløsningsmidlet. Ultralydsekstraktion bygger på princippet om akustisk kavitation. Virkningerne af ultralydskavitation / akustisk kavitation er kraftige forskydningskræfter, turbulens og store trykforskelle. Disse sonomekaniske kræfter nedbryder cellestrukturer såsom svampenes kitinholdige cellevægge, fremmer masseoverførslen mellem chagamaterialet og opløsningsmidlet og giver meget høje ekstraktudbytter i en hurtig proces. Derudover fremmer sonikering steriliseringen af ekstrakter ved at dræbe bakterier og mikrober. Mikrobiel inaktivering ved sonikering skyldes kavitationskræfternes ødelæggende virkning på cellemembranen, dannelsen af frie radikaler og lokal opvarmning.

Hvorfor er ultralydsekstraktion af chaga så fordelagtig?

Ultralydsekstraktion anvendes inden for mange områder af ekstraktproduktion, f.eks. til botaniske ekstrakter og urteekstrakter til fødevarer, kosttilskud, lægemidler og kosmetik. Et meget fremtrædende eksempel på ultralydsekstraktion er ekstraktion af cannabidiol (CBD) og andre forbindelser fra cannabisplanten.
Da ultralydsekstraktion er en ikke-termisk ekstraktionsteknik, behandles de bioaktive forbindelser skånsomt med ultralydsbølger, og dermed forhindres termisk nedbrydning af følsomme planteforbindelser. Alle ultralydsprocesparametre, dvs. amplitude, intensitet, temperatur og tryk, kan styres nøjagtigt. Dette muliggør præcis proces- og kvalitetskontrol og gør det nemt at gentage og reproducere tidligere opnåede ekstraktionsresultater. Ekstraktproducenter værdsætter sonikering for dens pålidelige procesgentagelighed, som hjælper med at standardisere processer og produkter på høje kvalitetsniveauer.

Chagaekstrakter med høj kvalitet og højt udbytte ved sonikering

Forskning bekræfter, at chagasvampeekstrakter fremstillet med ultralyd indeholder flere triterpenoider end et konventionelt varmtvandsekstrakt. Ultralydsekstraktionsteknikken fremmer frigørelsen og isoleringen af alle vigtige forbindelser fra chagasvampe (I. obliquus). Ultralydsassisteret ekstraktion overgår alternative ekstraktionsmetoder med større effektivitet og øget biotilgængelighed af de bioaktive fytokemikalier i svampeekstraktet. Uddragene fra videnskabelige forskningsstudier viser den høje effektivitet og det høje udbytte ved ultralydsekstraktion af chaga.

Ekstraktion af polysakkarider fra chaga

Zhang et al. anvendte ultralydsassisteret ekstraktion til at udvikle optimale betingelser for ekstraktion af polysakkarider fra I. obliquus, hvor de bedste betingelser omfattede anvendelse af vand som opløsningsmiddel i 15 minutter ved 95 °C med ekstraktion ved ultralydsfrekvens, hvilket gav ekstraktionsværdier på 1,82%

Ekstraktion af betulin / betulinsyre fra chaga

Resultaterne viser, at ultralyd havde spillet en aktiv rolle i ekstraktionen af betulin og betulinsyre, fordi den kan tvinge cellevægge til at åbne sig og fremmer bedre masse- og varmeoverførsel. Dette hjælper igen med at ekstrahere de ønskede fytokemikalier på kort tid med høj effektivitet. Den lille stigning i udbyttet ved tilføjelse af et opløsningsmiddelekstraktionstrin efter sonikeringen tydede på, at de fleste af disse forbindelser allerede måtte være ekstraheret fra biomassen. De opnåede resultater angiver den maksimale mængde ekstraherbart betulin i biomassen. (Alhazmi, 2017) Samlet set øgede sonikering udbyttet af betulin og betulinsyre markant.

Trinvis ekstraktionsprotokol

For at isolere et stærkt fuldspektret ekstrakt fra chagasvampe (Inonotus obliquus) anvendes en ekstraktionsprotokol i to trin med højintensiv ultralyd.
Materiale: Tørret I. obliquus (100g) knuses til mindre stykker på ca. 1,3cm² (0,5×0,5 tommer). Det knuste svampemateriale anbringes i et glasbæger på 1,5L.

1. Trin: Kold ultralydsekstraktion: Den tørrede, formalede chaga suspenderes i 1000 mL 60% ethanol i renset eller destilleret vand (v/v; 60% ethanol : 40% vand) ved at tilsætte opløsningsmiddelblandingen til glasbægeret med chaga. Til ekstraktionen anvendes en ultralydsekstraktor UP400St udstyret med sonotrode S24d22L2D. Ultralydsapparatets horn (sonotrode) nedsænkes i suspensionen af svamp og opløsningsmiddel. Anvendelse af en omrører er valgfri, men kan hjælpe med at transportere plantepartiklerne ensartet hen til sonotroden. Sørg for, at sonotroden ikke berører bægerets vægge. Indstil amplituden til 100%, og sonikér i ca. 10 min. UP400St leveres med en tilslutningsbar temperatursensor. Tilslut termoelementet til ultralydsapparatet, og indsæt sensoren i suspensionen. I ultralydsapparatet UP400St’s digitale menu kan du indstille en øvre temperaturgrænse. Ultralydsapparatet holder pause, når denne maksimale temperatur er nået, og starter automatisk, så snart suspensionen har nået den nedre værdi for det indstillede ∆T. De anbefalede ∆T-værdier er ca. 30°C som øvre og 20°C som nedre temperaturværdi. Anvendelse af et vand- eller isbad hjælper med at holde temperaturen lav under sonikeringen. Efter sonikeringen fjernes det faste svampemateriale ved filtrering og presning. Opløsningsmidlet med de ekstraherede fytokemikalier undergår vakuuminddampning eller rotationsinddampning, så chagafraktionen fra ethanolekstraktionen til sidst opnås. Det resterende faste chagamateriale kan anvendes til et valgfrit andet iblødsætningstrin, den varme ultralydsekstraktion.
2. Trin (valgfrit): Varm ultralydsekstraktion: Chagaråmaterialet, der er genvundet fra den første ekstraktion, anvendes i det andet trin med varm ultralydsekstraktion til at isolere fraktionen af de fytokemikalier, der stadig er tilbage i chagasvampene. Svampematerialet anbringes i et glasbæger, 600mL frisk opløsningsmiddelopløsning med 60% ethanol : 40% vand tilsættes, og det opvarmes til ca. 70°C. Under sonikeringen kan temperaturen stige til op til 95°C. Den ekstra varme fremmer frigørelsen af resterende fytokemikalier. Da næsten alle varmefølsomme forbindelser er blevet ekstraheret under temperaturkontrollerede betingelser i trin 1, kan dette andet trin eventuelt anvendes til at fremstille et meget stærkt ekstrakt, som indeholder samtlige fytokemikalier fra chagasvampen. Suspensionen sonikeres med UP400St på samme måde som beskrevet ovenfor. Filtrér, pres, og adskil svampene fra vandekstraktet. Plantebestanddelene fra den anden ekstraktion isoleres også ved inddampning.

Begge chagaekstraktfraktioner, fra vand- og ethanolekstraktionen, blandes sammen, så der opnås et fuldspektret chagasvampeekstrakt. Dette ekstrakt kan formuleres til forskellige produkter såsom tinkturer, kapsler eller spiselige produkter.

Denne proces kan skaleres fuldstændigt lineært til ethvert andet volumen. Ved anvendelse af de samme ultralydsparametre (ultralydsintensitet Ws/L, tryk, temperatur, faststof:væske-koncentration) kan alle tidligere etablerede resultater af ultralydsekstraktion af chaga nemt skaleres til større (eller mindre) volumener, samtidig med at de samme resultater opnås (dvs. udbytter og proceseffektivitet).

Svampeekstrakter fremstillet med ultralyd er rige på polysakkarider, som er kendt for talrige gavnlige sundhedsvirkninger. Ultralydsapparatet UP100H er en kraftig ultralydsekstraktor på 100 watt til effektiv ekstraktion af medicinske svampe såsom chaga, pindsvinepigsvamp, reishi eller cordyceps.

Dit valg af opløsningsmiddel

Ultralydsekstraktion er kompatibel med alle opløsningsmidler. Dette giver dig mulighed for at anvende det opløsningsmiddel, du foretrækker. I chagaekstraktionsprotokollen ovenfor anbefaler vi en opløsningsmiddelopløsning bestående af 60% ethanol : 40% vand (v/v). Kombinationen af ethanol og vand gør det muligt at frigøre fytokemikalier med forskellige polariteter. Alternativt kan en tofaseekstraktion med ethanol i et første ekstraktionstrin og vand i et andet ekstraktionstrin anvendes. Ultralydsekstraktion med en opløsningsmiddelkombination af alkohol og vand frigør vandopløselige og alkoholopløselige fytokemikalier fra svampe såsom chaga.
Derfor er ekstraktion grundlæggende for fremstillingen af rene og potente svampeekstrakter.
Andre opløsningsmidler, der anvendes til ekstraktion af Inonotus obliquus, omfatter blandt andet isopropanol, methanol, methanol med 10% eddikesyre og ethylacetat. Til ekstrakter af fødevarekvalitet anbefales et ugiftigt opløsningsmiddel, da der efter fjernelse af opløsningsmidlet (f.eks. ved inddampning) undertiden kan være resterende spormængder tilbage i ekstraktet.

Hvorfor giver ultralydsbade utilstrækkelige resultater ved chagaekstraktion?

Ultralydsbade anvendes almindeligvis til skånsomme rengøringsopgaver. I et ultralydsbad opstår akustisk kavitation ukontrolleret og ujævnt fordelt i en relativt stor tank. Hvis du anbringer et glasbæger med din blanding af svampe og opløsningsmiddel i et ultralydsbad, skal de allerede svage ultralydsbølger passere gennem bægerets vægge, hvilket reducerer ultralydens intensitet yderligere. Det betyder, at ultralydsintensiteten i en ultralydsrensetank er for svag til effektiv svampeekstraktion. Svampecellevægge indeholder kitin, et sejt materiale, der gør svampeceller meget stive og vanskelige at nedbryde. For at frigøre de bioaktive forbindelser fra svampe såsom chaga kræves ultralyd med høj intensitet. Ultralydssonder skaber langt mere intens akustisk kavitation, den kraft, der bryder svampecellevæggene op.
 

UV-Vis-analysediagrammet viser sammenligningen mellem ekstraktion af chagasvamp med en ultralydssonde og i et ultralydsbad. Ultralydsapparatet UP100H med sonde (sort kurve) giver betydeligt højere udbytter af bioaktive chagaforbindelser.

 
Læs mere om forskellene mellem ultralydssonder og ultralydsbade, og se, hvordan deres ekstraktionseffektivitet sammenlignes!

Højtydende ultralydsapparater til chagaekstraktion

Ultralydsekstraktion er en pålidelig behandlingsteknologi, som letter og fremskynder produktionen af ekstrakter af høj kvalitet fra forskellige råmaterialer såsom chaga og andre svampe. Hielscher Ultrasonics’ portefølje dækker hele sortimentet fra kompakte laboratorieultralydsapparater til industrielle ekstraktionssystemer. Dermed kan vi hos Hielscher tilbyde dig det bedst egnede ultralydsapparat til din planlagte proceskapacitet. Vores medarbejdere med mange års erfaring hjælper dig fra gennemførlighedstest og procesoptimering til installation af dit ultralydssystem på det endelige produktionsniveau.
Vores ultralydsekstraktorers lille pladsbehov samt deres alsidige installationsmuligheder gør, at de passer ind selv i anlæg til pektinforarbejdning med begrænset plads. Ultralydsprocessorer er installeret over hele verden i produktionsanlæg til fødevarer, lægemidler og kosttilskud.

Hielscher Ultrasonics – avanceret ekstraktionsudstyr

Hielscher Ultrasonics’ produktportefølje dækker hele sortimentet af højtydende ultralydsekstraktorer fra lille til stor skala. Ekstra tilbehør gør det nemt at sammensætte den bedst egnede konfiguration af ultralydsudstyr til din chagaekstraktionsproces. Den optimale ultralydsopstilling afhænger af den planlagte kapacitet, volumen, råmateriale, batch- eller inlineproces og tidsplan.

Batchbehandling og kontinuerlig gennemstrømning

Ultralydsapparater fra Hielscher kan anvendes til batchbehandling og kontinuerlig gennemstrømningsbehandling. Ultralydsbehandling af batcher er ideel til procesafprøvning, optimering og produktion i lille til mellemstor skala. Ved produktion af store mængder chagasvamp kan inlinebehandling være mere fordelagtig. En kontinuerlig inlineblandingsproces kræver en avanceret opstilling – bestående af en pumpe, slanger eller rør og tanke – men den er yderst effektiv, hurtig og kræver betydeligt mindre arbejdskraft. Alle industrielle systemer kan drives ved forhøjet tryk, hvilket øger kavitationen og dermed ekstraktionseffektiviteten. Hielscher Ultrasonics har den bedst egnede ekstraktionsopstilling til dit ekstraktionsvolumen og dine procesmål.

Ultralydsekstraktorer til enhver produktionskapacitet

Hielscher Ultrasonics’ produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte laboratorieultralydsapparater over bord- og pilotsystemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle hele lastbillæs i timen. Det komplette produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig den bedst egnede ultralydsekstraktor til din chaga såvel som andre svampe, din proceskapacitet og dine produktionsmål.
Ultralydssystemer til bordbrug er ideelle til gennemførlighedstest og procesoptimering. Lineær opskalering baseret på etablerede procesparametre gør det meget nemt at øge behandlingskapaciteten fra mindre partier til fuldt kommerciel produktion. Opskalering kan ske ved enten at installere en kraftigere ultralydsekstraktorenhed eller sammenkoble flere ultralydsapparater parallelt. Med UIP16000 tilbyder Hielscher verdens kraftigste ultralydsekstraktor.

Præcist styrbare amplituder for optimale resultater

Alle ultralydsapparater fra Hielscher kan styres præcist og er dermed pålidelige arbejdsheste i produktionen. Amplituden er en af de afgørende procesparametre, som påvirker effektiviteten og virkningen af ultralydsekstraktion af fytokemikalier fra chagasvampen (Inonotus obliquus).
Alle processorer fra Hielscher Ultrasonics muliggør præcis indstilling af amplituden. Sonotroder og boosterhorn er tilbehør, som gør det muligt at ændre amplituden inden for et endnu større område. Hielschers industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder og den nødvendige ultralydsintensitet til krævende anvendelser. Amplituder på op til 200µm kan nemt opretholdes kontinuerligt i 24/7-drift.
Præcise amplitudeindstillinger og permanent overvågning af ultralydsprocesparametrene via intelligent software giver dig mulighed for at behandle dit svamperåmateriale under de mest effektive ultralydsbetingelser. Optimal sonikering for de bedste ekstraktionsresultater!
Hielschers ultralydsudstyrs robusthed muliggør 24/7-drift under hård belastning og i krævende omgivelser. Dette gør Hielschers ultralydsudstyr til et pålideligt arbejdsredskab, der opfylder dine ekstraktionskrav.

Nem, risikofri afprøvning

Ultralydsprocesser kan skaleres fuldstændigt lineært. Det betyder, at ethvert resultat, du har opnået med et laboratorie- eller bordultralydsapparat, kan skaleres til præcis det samme resultat ved anvendelse af præcis de samme procesparametre. Dette gør sonikering ideel til risikofri gennemførlighedstest, procesoptimering og efterfølgende implementering i kommerciel produktion. Kontakt os for at høre, hvordan sonikering kan øge din produktion af chagaekstrakt.

Højeste kvalitet – designet og fremstillet i Tyskland

Som en familieejet og familiedrevet virksomhed prioriterer Hielscher de højeste kvalitetsstandarder for sine ultralydsprocessorer. Alle ultralydsapparater designes, fremstilles og testes grundigt på vores hovedsæde i Teltow nær Berlin i Tyskland. Robustheden og pålideligheden af ultralydsudstyret fra Hielscher gør det til en arbejdshest i din produktion. 24/7-drift under fuld belastning og i krævende omgivelser er en naturlig egenskab ved de højtydende ekstraktorer fra Hielscher.
Du kan købe en ultralydsprocessor fra Hielscher i enhver størrelse og med en konfiguration, der præcist matcher dine proceskrav til svampeekstraktion. Fra behandling af svampe i et lille laboratoriebæger til kontinuerlig gennemstrømningsblanding af svampesuspensioner på industrielt niveau tilbyder Hielscher Ultrasonics et passende ultralydsapparat til dig! Kontakt os – vi anbefaler dig gerne den ideelle ultralydsopstilling!

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: