Den mest effektive ekstraktionsmetode til plantemateriale

Leder du efter et kraftfuldt og pålideligt ekstraktionsanlæg til fremstilling af planteekstrakter af høj kvalitet? Her finder du en sammenligning af almindelige ekstraktionsteknikker, herunder ultralydsekstraktion, ekstraktion med superkritisk CO2, ethanolekstraktion og maceration, samt deres fordele og ulemper.

Ekstraktion af plantemateriale med ultralyd sammenlignet med alternative teknikker

Ekstraktion af plantemateriale kan udføres med forskellige teknikker. Effektiviteten, ekstraktudbyttet og kvaliteten påvirkes dog i høj grad af den anvendte ekstraktionsmetode og protokol. Maceration, ekstraktion med superkritisk CO2, perkolation og Soxhlet-ekstraktion er almindelige ekstraktionsmetoder, som ofte giver utilstrækkelige ekstraktionsresultater.
Ultralydsbaseret ekstraktion er en avanceret isolationsteknik, som på flere punkter overgår traditionelle ekstraktionsmetoder.
Ultralydsbaseret ekstraktion med en ultralydssonde er en yderst effektiv metode til at ekstrahere forbindelser fra planter og andre materialer. Sammenlignet med andre metoder såsom maceration, CO2-ekstraktion, perkolation og mikrobølgeekstraktion udmærker ekstraktion med ultralydssonde sig ved flere fordele:

• Hurtigere ekstraktion: Ekstraktion med ultralydssonde kan ekstrahere forbindelser meget hurtigere end maceration og perkolation. Det skyldes, at ultralydsbølger danner kavitationsbobler i opløsningsmidlet, som skaber mikrostød, der hjælper med at nedbryde cellevægge og frigive forbindelserne hurtigere.
• Højere udbytte: Ekstraktion med ultralydssonde kan give et højere udbytte af forbindelser end maceration, CO2-ekstraktion og perkolation. Det skyldes, at ultralydsbølgerne hjælper med at frigive flere af målforbindelserne fra det materiale, der ekstraheres.
• Mere effektiv: Ekstraktion med ultralydssonde er mere effektiv end maceration, CO2-ekstraktion, perkolation og Soxhlet-ekstraktorer, da den kræver mindre opløsningsmiddel for at ekstrahere den samme mængde forbindelser. Det skyldes, at ultralydsbølgerne hjælper med at øge målforbindelsernes opløselighed i opløsningsmidlet.
• Alsidighed: Ekstraktion med ultralydssonde kan bruges til at ekstrahere en lang række forbindelser fra forskellige materialer, herunder både hydrofile og hydrofobe forbindelser. Det betyder, at ultralyd også er fremragende til fremstilling af fuldspektret ekstrakt.
• Lave omkostninger: Ekstraktion med ultralydssonde er generelt billigere end CO2-ekstraktion, perkolation, maceration og Soxhlet-ekstraktion, da den ikke kræver højtryksudstyr eller tidskrævende arbejdskraft.
• Miljøvenlig: Ultralydssonder muliggør miljøvenlig ekstraktion, da den kræver mindre opløsningsmiddel og energi sammenlignet med andre metoder og producerer mindre affald. Selvom sonikering er kompatibel med alle opløsningsmidler, kan giftige opløsningsmidler i vid udstrækning undgås på grund af sonikeringens høje effektivitet. Ethanol, vandig ethanol og vand er fremragende opløsningsmidler til ultralydsekstraktion af plantemateriale.

Sammenlignet med traditionelle teknikker til ekstraktion af plantemateriale giver ekstraktion med ultralydssonde betydelige fordele, hvilket forklarer den udbredte anvendelse af ultralydsekstraktion til talrige bioaktive forbindelser fra planter.

Udvinning af ekstrakter af høj kvalitet fra plantemateriale

For at opnå planteekstrakter af høj kvalitet er ikke kun råmaterialet (plantematerialet) afgørende, men også den anvendte ekstraktionsteknik er af stor betydning. Planteekstrakter er temperaturfølsomme, hvilket betyder, at de nedbrydes af varme. Det er derfor afgørende at vælge en ikke-termisk ekstraktionsmetode.
Valget af ekstraktionsopløsningsmiddel er en anden vigtig faktor, som påvirker ekstraktets kvalitet. Opløsningsmidler såsom hexan, methanol, butan og andre aggressive kemikalier kan forurene ekstraktet. Selvom opløsningsmidlerne fjernes efter ekstraktionen, kan der findes spormængder af giftige opløsningsmidler i det færdige ekstrakt. Vand, alkohol, ethanol, glycerin eller vegetabilske olier er sikre, ugiftige opløsningsmidler og er godkendt af FDA til indtagelse.

Trinvis protokol for ekstraktion af plantemateriale med en ultralydssonde

Hvordan ekstraheres bioaktive forbindelser fra planter ved hjælp af sonikering med en sonde? Nedenfor finder du en trinvis vejledning til ekstraktion af fytokemikalier og bioaktive forbindelser fra plantemateriale såsom blade, kronblade, frugtlegemer, stængler, rødder eller jordstængler!

1. Først males eller hakkes plantematerialet i små stykker for at øge overfladearealet til ekstraktionen.
2. Derefter blandes plantematerialet med et opløsningsmiddel (såsom ethanol eller vand) for at ekstrahere polyfenolerne.
3. Derefter anvendes sonikering med en sonde til at understøtte ekstraktionsprocessen ved at tilføre blandingen højintensive, lavfrekvente ultralydsbølger ved ca. 20kHz. Dette medfører akustisk kavitation og hurtige vibrationer i opløsningsmidlet, hvilket fremmer nedbrydning og sprængning af plantecellerne samt frigivelse af bioaktive stoffer såsom polyfenoler, flavonoider og vitaminer.
4. Blandingen filtreres derefter for at adskille det faste plantemateriale fra væsken, som indeholder de ekstraherede bioaktive forbindelser.
5. Væsken inddampes derefter eller underkastes yderligere behandling for at fjerne opløsningsmidlet og koncentrere de bioaktive molekyler.
6. Slutproduktet er et ekstrakt rigt på bioaktive stoffer, som kan bruges til forskellige anvendelser såsom kosttilskud, funktionelle fødevarer og kosmetik.

Bemærk: Dette er en oversigt over processen, og de specifikke betingelser (opløsningsmiddel, forholdet mellem plantemateriale og opløsningsmiddel, ekstraktionstid, ultralydseffekt osv.) kan variere afhængigt af plantekilden og det ønskede indhold af bioaktive stoffer.

Hvordan fungerer ultralydsekstraktion?

Ultralydsekstraktion bygger på virkningsprincippet for akustisk kavitation frembragt med ultralyd og er en rent mekanisk behandling. Ligesom en mixer med høj forskydningskraft skaber et ultralydsapparat kun mekaniske forskydningskræfter i procesmediet. Selve ultralydsekstraktionen er en ikke-termisk, kemikaliefri ekstraktionsteknik.
Hvad er akustisk kavitation? – Akustisk kavitation eller ultralydskavitation opstår, når lavfrekvente ultralydsbølger med høj effekt kobles ind i en suspension bestående af plantemateriale i en væske (opløsningsmiddel). Ultralydsbølger med høj effekt kobles ind i suspensionen af plantemateriale via en ultralydsprocessor med sonde. Ultralydsbølger med høj energi bevæger sig gennem væsken og skaber skiftende højtryks- / lavtrykscyklusser, hvilket resulterer i fænomenet akustisk kavitation. Akustisk kavitation eller ultralydskavitation medfører lokalt ekstreme forhold såsom meget store trykforskelle og høje forskydningskræfter. Når kavitationsbobler imploderer på overfladen af faste stoffer (såsom partikler, planteceller, væv osv.), frembringer mikrostråler og kollisioner mellem partikler virkninger såsom partikelnedbrydning, sonoporation (perforering af cellevægge og cellemembraner) og cellesprængning. Desuden skaber implosionen af kavitationsbobler i flydende medier turbulens og omrøring, hvilket fremmer masseoverførslen mellem cellens indre og det omgivende opløsningsmiddel. Ultralydsbestråling er en yderst effektiv måde at forbedre masseoverførselsprocesser på, da sonikering medfører kavitation og de tilknyttede mekanismer såsom mikrobevægelser frembragt af væskestråler samt kompression og dekompression i materialet med efterfølgende sprængning af cellevægge.
Afhængigt af råmaterialet kan ultralydsekstraktionsprocessen kræve høje intensiteter, f.eks. for at nedbryde stive planteceller eller materiale med et højt celluloseindhold. Ultralydsapparater med sonde kan generere meget høje amplituder, hvilket er nødvendigt for at skabe kraftig kavitation. Hielscher Ultrasonic fremstiller højtydende ultralydsekstraktorer, som nemt kan skabe amplituder på 200µm ved kontinuerlig drift 24/7. Til endnu højere amplituder tilbyder Hielscher særlige sonotroder (sonder) til høje amplituder.
Ultralydsreaktorer og flowceller, som kan sættes under tryk, bruges til at intensivere kavitationen. Med stigende tryk bliver kavitationen og de kavitationsbetingede forskydningskræfter mere destruktive og forbedrer dermed ultralydsekstraktionens virkninger.

Ekstraher fytokemikalier og bioaktive forbindelser med sonikering

Ultralydsekstraktion bruges til at frigive og isolere en lang række bioaktive forbindelser (såkaldte fytokemikalier) fra plantemateriale.
Listen nedenfor giver dig en kort oversigt over fytokemikalier, som ekstraheres med ultralyd:

• CBD og andre cannabinoider fra cannabis og hamp
• Terpener
• Ingefær
• Rosmarin
• Capsaicin fra chili
• Koffein fra kaffebønner
• Astaxanthin fra alger
• Allicin fra hvidløg
• Katekiner (EGEC) fra te
• Propolis
• Ellagitanniner fra granatæble
• Ayurvediske urteekstrakter
• Nikotin fra tobak
• Æteriske olier
• Fytokemikalier fra stor nælde
• Pektiner fra citrusfrugtskaller
• Polyfenoler fra mangoskræl
• Taraxacin og taraxasterol fra mælkebøtte

Opløsningsmidler til ultralydsekstraktion

Ultralydsekstraktion er kompatibel med næsten alle opløsningsmidler. Ethanol, vand, ethanol/vand-blandinger, glycerin og vegetabilske olier anvendes oftest til ekstraktion af bioaktive forbindelser fra plantemateriale, da disse opløsningsmidler anses for sikre at indtage og er nemme at bruge.
Læs mere om opløsningsmidler, der anvendes til ultralydsekstraktion!

Fordelene ved ultralydsassisteret ethanolekstraktion

Ethanol er et af de mest anvendte opløsningsmidler til ultralydsekstraktion på grund af dets sikkerhed (godkendt af FDA til indtagelse), effektivitet og brede opløsningsevne. Ultralydsassisteret ethanolekstraktion overgår andre opløsningsmidler og andre ekstraktionsteknologier med hensyn til omkostningseffektivitet, lineær skalerbarhed, enkelhed og sikkerhed.
Ethanols overlegne effektivitet som opløsningsmiddel hænger sammen med dets kemiske sammensætning, der består af en kulbrintehale og en enkelt hydroxylgruppe. Denne kemiske sammensætning gør det muligt for ethanol at opløse og ekstrahere et meget bredt spektrum af stoffer, herunder polyfenoler, flavonoider, terpener, cannabinoider og lipider (olier).
For eksempel kræver ultralydsassisteret ethanolekstraktion af cannabinoider ikke vinterisering (afvoksning), et trin som er nødvendigt ved andre ekstraktionsmetoder såsom CO2-ekstraktion for at fjerne voksstofferne.

Ethanolekstraktion har forskellige virkninger afhængigt af ethanolens temperatur. Opvarmet ethanol bruges ofte til at fremstille fuldspektrede ekstrakter, som værdsættes for deres entourage-effekt. Iskold ethanol foretrækkes derimod til fremstilling af urte- eller cannabisdestillater. Ekstraktion i iskold ethanol kræver ikke efterfølgende filtrering. Da ultralydsekstraktion er en ikke-termisk behandling, kan den anvendes med varm/lun eller afkølet/iskold ethanol. Ultralydsreaktorer med kappe hjælper med at opretholde den ønskede procestemperatur under behandlingen. Ultralydsapparatets digitale styring og intelligente software overvåger procestemperaturen via tilslutningsbare temperatursensorer og kan programmeres til at stoppe eller sætte ekstraktionsbehandlingen på pause, når mediets temperatur kommer uden for et bestemt interval.

Køb det mest effektive udstyr til ultralydsekstraktion!

Hielscher Ultrasonics’ højtydende ekstraktionssystemer fås i enhver skala, fra små laboratorieanlæg og mellemstore pilotanlæg til fuld industriel produktion af flere ton i timen. Afhængigt af gennemløbskapaciteten kan Hielschers ultralydsekstraktorer anvendes til batchbehandling eller kontinuerlig inline-drift. Valget af opløsningsmiddel er op til dig, da Hielschers ultralydsapparater kan bruges sammen med alle opløsningsmidler. Alle ultralydsekstraktionsapparater er nemme og sikre at betjene. Hielscher tilbyder dig det bedst egnede ultralydsapparat ud fra dit råmateriale, din proceskapacitet og dit produktionsmål.
Ultralydsekstraktionsprocesser påvirkes af råmateriale, opløsningsmiddel og gennemløbskapacitet. Forskelligt tilbehør såsom sonotroder (sonder) i forskellige størrelser og former, amplitudeforstærkere, flowceller med forskellige volumener og geometrier, tilslutningsbare temperatur- og tryksensorer samt mange andre hjælpemidler er tilgængelige, så du kan sammensætte det ideelle ultralydsanlæg til din ekstraktionsproces.
Processtyring er afgørende for at opnå reproducerbare resultater. Derfor er alle digitale modeller udstyret med intelligent software, som giver dig mulighed for at indstille, overvåge og ændre ekstraktionsparametre. Takket være den præcise styring af amplitude, sonikeringstid og driftscyklusser kan der opnås optimale procesresultater såsom overlegent udbytte og den højeste ekstraktkvalitet. Den automatiske dataregistrering af sonikeringsprocessen danner grundlag for processtandardisering og reproducerbarhed / repeterbarhed, som kræves i god fremstillingspraksis (GMP).

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