Mest effektive ekstraktionsmetode til botaniske stoffer

Leder du efter en kraftfuld og pålidelig ekstraktionsopsætning til at producere botaniske ekstrakter af høj kvalitet? Her kan du finde en sammenligning af almindelige ekstraktionsteknikker, herunder ultralydsekstraktion, superkritisk CO2-ekstraktion, ethanolekstraktion, maceration blandt andre og deres fordele såvel som ulemper.

Botanisk ekstraktion ved hjælp af ultralyd vs alternative teknikker

Udvinding af botaniske stoffer kan udføres via forskellige teknikker. Effektivitet, ekstraktudbytte og kvalitet påvirkes dog stærkt af den anvendte ekstraktionsmetode og protokol. Maceration, superkritisk CO2-ekstraktion, perkolation og Soxhlet-ekstraktion er almindelige ekstraktionsmetoder, som ofte giver utilstrækkelige ekstraktionsresultater.
Ultralydsbaseret ekstraktion er en sofistikeret isoleringsteknik, som udmærker traditionelle ekstraktionsmetoder på flere punkter.
Ultralydsbaseret ekstraktion ved hjælp af en ultralydssonde er en meget effektiv metode til at udvinde forbindelser fra planter og andre materialer. Sammenlignet med andre metoder som maceration, CO2-ekstraktion, perkolation og mikrobølgeekstraktion udmærker ultralydssonde-type ekstraktion sig på grund af flere fordele:

• Hurtigere ekstraktion: Ultralydssonde-type ekstraktion kan ekstrahere forbindelser meget hurtigere end maceration og perkolation. Dette skyldes, at ultralydsbølger skaber kavitationsbobler i opløsningsmidlet, som skaber mikrochok, der hjælper med at nedbryde cellevægge og frigive forbindelserne hurtigere.
• Højere udbytte: Ultralydssonde-type ekstraktion kan udvinde et højere udbytte af forbindelser end maceration, CO2-ekstraktion og perkolation. Dette skyldes, at ultralydsbølgerne hjælper med at frigive flere af målforbindelserne fra det materiale, der ekstraheres.
• Mere effektiv: Ultralydssonde-type ekstraktion er mere effektiv end maceration, CO2-ekstraktion, perkolation og Soxhlet-ekstraktorer, da det kræver mindre opløsningsmiddel at ekstrahere den samme mængde forbindelser. Dette skyldes, at ultralydsbølgerne hjælper med at øge opløseligheden af målforbindelserne i opløsningsmidlet.
• Alsidighed: Ultralydssonde-type ekstraktion kan bruges til at udvinde en bred vifte af forbindelser fra forskellige materialer, herunder både hydrofile og hydrofobe forbindelser. Det betyder, at ultralyd også er fremragende til produktion af fuldspektrede ekstrakter.
• Billig: Ultralydssonde-type ekstraktion er generelt billigere end CO2-ekstraktion, perkolation, maceration og Soxhlet-ekstraktion, da det ikke kræver højtryksudstyr eller tidskrævende arbejde.
• Miljøvenlig: Ultralydssonder giver mulighed for en miljøvenlig ekstraktion, da det kræver mindre opløsningsmiddel og energi sammenlignet med andre metoder og producerer mindre affald. Selvom sonikering er kompatibel med alle opløsningsmidler, kan giftige opløsningsmidler for det meste undgås på grund af ultralydsapparaters høje effektivitet. Ethanol, vandig ethanol og vand er fremragende opløsningsmidler til ultralydsbotanisk ekstraktion.

Sammenlignet med traditionelle botaniske ekstraktionsteknikker giver ultralydssonde-type ekstraktion betydelige fordele, hvilket forklarer den brede anvendelse af ultralydsekstraktion til adskillige bioaktive forbindelser fra planter.

Udvinding af ekstrakter af høj kvalitet fra botaniske stoffer

For botaniske ekstrakter af høj kvalitet er ikke kun råmaterialet (plantematerialet) afgørende, men også den anvendte ekstraktionsteknik er afgørende. 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 ekstraktkvaliteten. Opløsningsmidler som hexan, methanol, butan og andre skrappe kemikalier kan forurene ekstraktet. Selvom opløsningsmidler fjernes efter ekstraktion, kan der findes spor af giftige opløsningsmidler i det endelige ekstrakt. Vand, alkohol, ethanol, glycerin eller vegetabilske olier er sikre, ikke-giftige opløsningsmidler og godkendt af FDA til forbrug.

Trin-for-trin protokol for botanisk ekstraktion ved hjælp af en ultralydssonde

Hvordan ekstraheres bioaktive forbindelser fra planter ved hjælp af sonde-type ultralydbehandling? Nedenfor kan du finde en trin-for-trin instruktion til udvinding af fytokemikalier og bioaktive forbindelser fra plantemateriale såsom blade, kronblade, frugtlegeme, stængler, rødder eller jordstængler!

1. Først males eller hakkes plantematerialet i små stykker for at øge overfladearealet til ekstraktion.
2. Plantematerialet blandes derefter med et opløsningsmiddel (såsom ethanol eller vand) for at ekstrahere polyfenolerne.
3. Sonde-type ultralydbehandling bruges derefter til at hjælpe med ekstraktionsprocessen ved at anvende højintensive, lavfrekvente ultralydbølger ved ca. 20kHz til blandingen. Dette forårsager akustisk kavitation og en hurtig vibration af opløsningsmidlet, hvilket fremmer opløsning og forstyrrelse af plantecellerne og frigivelse af de bioaktive stoffer som polyfenoler, flavonoider og vitaminer.
4. Blandingen filtreres derefter for at adskille det faste plantemateriale fra væsken indeholdende de ekstraherede bioaktive forbindelser.
5. Væsken fordampes derefter eller underkastes yderligere forarbejdning for at fjerne opløsningsmidlet og koncentrere de bioaktive molekyler.
6. Det endelige produkt er et bioaktivt rigt ekstrakt, der kan bruges i forskellige applikationer 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 er baseret på arbejdsprincippet om ultralyd akustisk kavitation og er en rent mekanisk behandling. I lighed med en mixer med høj forskydning skaber en ultralydsapparat kun mekaniske forskydningskræfter i procesmediet. Ultralydsekstraktion i sig selv er ikke-termisk, kemikaliefri ekstraktionsteknik.
Hvad er akustisk kavitation? – Akustisk eller ultralydskavitation opstår, når højeffekt, lavfrekvente ultralydbølger kobles til en opslæmning bestående af botanisk materiale i en væske (opløsningsmiddel). Ultralydsbølger med høj effekt kobles via en sonde-type ultralydsprocessor ind i den botaniske opslæmning. Meget energiske ultralydsbølger bevæger sig gennem væsken og skaber skiftende højtryks- / lavtrykscyklusser, hvilket resulterer i fænomenet akustisk kavitation. Akustisk eller ultralydskavitation fører lokalt til ekstreme forhold såsom meget høje trykforskelle og høje forskydningskræfter. Når kavitationsbobler imploderer på overfladen af faste stoffer (såsom partikler, planteceller, væv osv.), genererer mikrostråler og interpartiklulær kollision effekter såsom partikelnedbrydning, sonoporation (perforering af cellevægge og cellemembraner) og celleforstyrrelse. Derudover skaber implosionen af kavitationsbobler i flydende medier turbulenser og omrøring, hvilket fremmer masseoverførslen mellem cellens indre og det omgivende opløsningsmiddel. Ultralydbestråling er en yderst effektiv måde at forbedre masseoverførselsprocesser på, da sonikering resulterer i kavitation og dens relaterede mekanismer, såsom mikrobevægelse af flydende stråler, kompression og dekompression i materialet med den efterfølgende forstyrrelse af cellevægge.
Afhængig af råmaterialet kan ultralydsekstraktionsprocessen kræve høje intensiteter, f.eks. for at bryde stive planteceller eller materiale med en høj cellulosemængde. Sonde-type ultralydapparater kan generere meget høje amplituder, hvilket er nødvendigt for at generere virkningsfuld kavitation. Hielscher Ultrasonic fremstiller højtydende ultralydsekstraktorer, som let kan skabe amplituder på 200 μm i kontinuerlig 24/7 drift. For endnu højere amplituder tilbyder Hielscher specificerede sonotroder (sonder med høj amplitude).
Tryksatte ultralydsreaktorer og flowceller bruges til at intensivere kavitationen. Med stigende tryk bliver kavitation og kavitationelle forskydningskræfter mere destruktive og forbedrer derved ultralydsekstraktionseffekterne.

Uddrag fytokemikalier og bioaktive forbindelser med sonikering

Ultralydsekstraktion bruges til at frigive og isolere en lang række bioaktive forbindelser (såkaldte fytokemikalier) fra botaniske stoffer.
Listen nedenfor giver dig et lille overblik over ultralydekstraherede fytokemikalier:

• 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 Tea
• Ellagitanniner fra granatæble
• Ayurvediske urteekstrakter
• Nikotin fra tobak
• æteriske olier
• Fytokemikalier fra brændenælde
• Pektiner fra citrusfrugtskaller
• Polyfenoler fra mangoskræl
• Taraxacin og Taraxasterol fra mælkebøtte

Opløsningsmidler til ultralydsekstraktion

Ultralydsekstraktion er kompatibel med næsten ethvert opløsningsmiddel. Oftest bruges ethanol, vand, ethanol/vandblanding, glycerin og vegetabilske olier til udvinding af bioaktive forbindelser fra botaniske stoffer, da disse opløsningsmidler anses for at være sikre til forbrug og er nemme at bruge.
Læs mere om opløsningsmidler, der anvendes til ultralydsekstraktion!

Fordelene ved ultralydsethanolekstraktion

Ethanol er et af de mest almindeligt anvendte opløsningsmidler med ultralydsekstraktion på grund af dets sikkerhed (FDA-godkendt til forbrug), dets effektivitet og dets vidtrækkende solvens. Ultralydsethanolekstraktion overstråler andre opløsningsmidler og andre ekstraktionsteknologier med omkostningseffektivitet, lineær skalerbarhed, enkelhed og sikkerhed.
Den overlegne effektivitet af ethanol som opløsningsmiddel er forbundet med dens kemiske sammensætning af en kulbrintehale og en enkelt hydroxylgruppe. Denne kemiske sammensætning gør det muligt for ethanol at opløse og udvinde et meget bredt spektrum af stoffer fra polyfenoler, flavonoider, terpener, cannabinoider og lipider (olier).
For eksempel kræver ultralydsethanolekstraktion af cannabinoider ikke vinterisering (afvoksning), et trin, der kræves med andre ekstraktionsmetoder såsom CO2-ekstraktion for at fjerne voks.

Ethanolekstraktion udviser forskellige effekter afhængigt af ethanoltemperaturen. Opvarmet ethanol bruges ofte til at producere fuldspektrede ekstrakter, som er værdsat for deres entourage-effekt. På den anden side bruges iskold ethanol fortrinsvis til at fremstille urte- eller cannabisdestillater. Ekstraktionen i iskold ethanol kræver ikke efterfølgende filtrering. Da ultralydsekstraktion er en ikke-termisk behandling, kan den bruges med varm / varm eller afkølet / iskold ethanol. Kappede ultralydsreaktorer hjælper med at opretholde den ønskede behandlingstemperatur under behandlingen. Ultralydsapparatets digitale kontrol og smarte software overvåger behandlingstemperaturen via en tilsluttbar temperatursensor og kan programmeres til at stoppe eller sætte ekstraktionsbehandlingen på pause, når mediets temperatur kommer uden for et bestemt område.

Køb det mest effektive ultralydsekstraktionsudstyr!

Hielscher Ultrasonics' højtydende ekstraktionssystemer er tilgængelige i enhver skala fra lille laboratoriestørrelse, mellemstor pilotskala til fuldindustriel produktion på flere tons i timen. Afhængigt af gennemstrømningen kan Hielscher ultralydsekstraktorer bruges i batch eller kontinuerlig inline-tilstand. Valget af opløsningsmiddel er op til dig, da Hielscher ultralydapparater kan bruges i kombination med ethvert opløsningsmiddel. Alle ultralydsekstraktionsenheder er enkle og sikre at betjene. I overensstemmelse med dit råmateriale, proceskapaciteter og outputmål tilbyder Hielscher dig den bedst egnede ultralydsapparat.
Ultralydsekstraktionsprocesser påvirkes af råmateriale, opløsningsmiddel og gennemstrømning. Forskelligt tilbehør såsom sonotroder (sonder) i forskellige størrelser og former, boosterhorn, flowceller med forskellige volumener og geometrier, tilsluttelige temperatur- og tryksensorer og mange andre gadgets er tilgængelige for at samle den ideelle ultralydsopsætning til din ekstraktionsproces.
Processtyring er afgørende for at opnå reproducerbart resultat. Derfor er alle digitale modeller udstyret med intelligent software, som giver dig mulighed for at justere, overvåge og revidere ekstraktionsparametre. På grund af den præcise kontrol over amplitude, sonikeringstid og driftscyklusser kan der opnås optimale procesresultater såsom overlegent udbytte og højeste ekstraktkvalitet. Den automatiske dataregistrering af sonikeringsprocessen er grundlaget for processtandardisering og reproducerbarhed / repeterbarhed, som er påkrævet for god fremstillingspraksis (GMP).

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:

Litteratur / Referencer