Ultralydsekstraktion af cellemateriale

Ultralydsekstraktion eller sonoekstraktion er en procesintensiverende teknologi, der virker ved at koble ultralyd med høj effekt ind i en suspension af plante- eller cellevæv. Hielscher Ultrasonics leverer pålidelige ultralydsapparater til celledisruption og ekstraktion fra små laboratorieprøver op til store volumener i industriel forarbejdning. Fordelene ved ultralydsassisteret ekstraktion ligger i den ikke-termiske behandling af materialet, den enkle anvendelse og skalerbarheden fra forsøgs- til produktionsskala.

Hielschers ultralydsapparater genererer ultralyd med høj intensitet, som kan styres præcist efter dine proceskrav.

Listen nedenfor indeholder forskellige protokoller for ultralydsbehandling, som demonstrerer det brede anvendelsesområde for ultralyd med høj effekt inden for biologi, fødevareforarbejdning og farmaceutisk produktion.
Uanset om du har en bestemt ekstraktion af plantemateriale i tankerne eller ønsker mere generel information om vores højtydende ultralydsekstraktorer, bedes du bruge kontaktformularen nedenfor! Vi hjælper dig gerne!

Ultralydsekstraktion af boldin fra boldoblade (Peumus boldus Molina)

Ultralydsanvendelse:
En vigtig aktiv forbindelse i boldo er boldin ((S)-2,9-dihydroxy-1,10-dimethoxiaporphine), som sammen med catechin ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxy-phenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-benzopyran-3,5,7-triol) udgør hovedkomponenterne i alkaloid- og flavonoidfraktionen i boldoblade. Boldin er en stærk antioxidant, der udsættes for peroxidativ skade medieret af frie radikaler og fungerer som en effektiv hydroxylradikalfanger.
Ekstraktionsprocedure: Ved en typisk ekstraktionsprocedure blev prøver af boldoblade ekstraheret med 1L destilleret vand ved atmosfærisk tryk ved hjælp af ultralydsapparatet UIP1000hd i batch- og gennemstrømningstilstand. Ekstraktionstiden varierer mellem 10 og 40 min. med en ultralydsintensitet på 10 til 23 W/cm² og et temperaturområde på 10 til 70°C. De bedste resultater blev opnået under følgende betingelser: ultralydsintensitet på 23 W/cm² i 40 min. ved en temperatur på 36°C
Resultater: Analyseresultaterne viser, at sonikering med høj effekt øger frigivelsen af analytter fra boldos plantematrix med en betydeligt højere hastighed sammenlignet med den konventionelle metode: det samme udbytte blev frigivet ved sonikering på 30 min., mens den konventionelle ekstraktionstid var 2h.
Chemat (2013) og medarbejdere har vist, at ultralydsassisteret ekstraktion forbedrer effektiviteten af planteekstraktionen, samtidig med at ekstraktionstiden reduceres, og ekstrakternes koncentration øges (samme mængde opløsningsmiddel og plantemateriale). Analysen viste, at de optimerede betingelser var: sonikeringseffekt på 23 W/cm² med UIP1000hd i 40 min. og en temperatur på 36°C. De optimerede parametre for ultralydsekstraktionen giver en bedre ekstraktion sammenlignet med konventionel maceration med hensyn til procestid (30 min. i stedet for 120 min.), højere udbytte, højere energieffektivitet, forbedret renhed, højere sikkerhed og bedre produktkvalitet.
Anbefalet apparat:
UIP1000hdT med sonotrode BS2d34 og flowcelle
Reference / forskningsartikel:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Ultralydsassisteret ekstraktion af boldoblade (Peumus boldus Mol.) i batch og kontinuerlig drift. International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.

Ultralydsekstraktion af chlorogensyre fra tobaksblade

Ultralydsanvendelse:
Til ekstraktionsforsøgene blev tobaksblade fra Nicotiana tabacum formalet til mindre partikelstørrelser på omkring >4 x ≧2 mm. Til forsøgene med ultralydsekstraktion blev prøver på 20g tørret tobaksbladmateriale ekstraheret med destilleret vand ved temperaturer fra 5°C til 30°C. Ekstraktionsforsøgene blev udført med ekstraktionscyklustider, der varierede fra 5 minutter til 30 minutter pr. cyklus. Omkring 10 til 15 dråber ethanol blev tilsat det beregnede optimale volumen på 256 ml destilleret vand, der var nødvendigt for at ekstrahere al den opløselige chlorogensyre fra prøver på 20 g tørrede tobaksblade. Det optimale volumen på 256 ml destilleret vand blev derefter opdelt i delvolumener af ekstraktionsopløsningsmidlet til brug i hver ultralydsekstraktionscyklus.
Til ultralydsbestrålingen blev der anvendt en ultralydsprocessor UP400S (400 watt, 24 kHz) med en sonotrode H7 af titanium, som havde en spidsdiameter på 7mm. Sonotroden H7 blev indført til halv højde i ekstraktionsblandingen.
Protokol: Følgende blev fundet at være de optimale betingelser for ultralydsekstraktion af chlorogensyre fra tobaksblade: 20g tørrede tobaksblade i destilleret vand (optimalt forhold mellem væske og fast stof: 12,8mL/g) ved en procestemperatur på 20 degC, ultralydsapparat UP400S (400W, 24kHz) i 3 sonikeringscyklusser på hver 15min (samlet sonikeringsvarighed: 45 min).
Anbefalet apparat:
UP400S med sonotrode H7
Reference / forskningsartikel:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optimering og ortogonalt forsøgsdesign af en ultralydsassisteret vandig ekstraktionsproces til ekstraktion af chlorogensyre fra tørre tobaksblade. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
Læs mere om ultralydsekstraktion fra tobak!

Ultralydsekstraktion af mangiferin

Ultralydsanvendelse:
Mangiferin (1,3,6,7-Tetrahydroxy-2-[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]xanthen-9-one; formel: C₁₉H₁₈O₁₁) er en polyfenol med C-glycosylxanthonstruktur, som findes i mange plantearter. Mangiferin udviser forskellige farmakologiske aktiviteter. Den regioselektive acylering af mangiferin kan katalyseres meget effektivt af lipase under sonikering. Sammenlignet med de konventionelle metoder udmærker den ultralydsassisterede katalyse sig ved fordelene ved kortere reaktionstid og højere udbytte. Følgende blev fundet at være de optimale betingelser for ultralydsbaseret acylering af mangiferin:
lipase: PCL, acyldonor: vinylacetat; reaktionsopløsningsmiddel: DMSO, reaktionstemperatur: 45 degC, ultralydseffekt: 200W; substratforhold: acyldonor/mangiferin 6/1, enzymmængde: 6 mg/ml
Udbyttet ved den regioselektive acylering var op til 84%.
Anbefalet apparat:
UP200St eller UP200Ht
Reference / forskningsartikel:
jf.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): Ultralydens effekt på lipasekatalyseret regioselektiv acylering af mangiferin i ikke-vandige opløsningsmidler. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Ultralydsekstraktion af capsaicinoider

Ultralydsanvendelse:
Ekstraktion af capsaicinoider (capsaicin, nordihydrocapsaicin) fra chilipebre: Capsaicinoider fra chilipebre af arten Capsicum frutescens blev opnået ved ultralydsekstraktion under følgende betingelser: opløsningsmiddel: 95% (v/v) ethanol, forhold mellem opløsningsmiddel og masse på 10 ml/g, ekstraktionstid med sonikering på 40 min., ekstraktionstemperatur på 45°C. Ekstraktionsudbytte: 85% af capsaicinoiderne
Anbefalet apparat:
UP400St
Læs mere om ultralydsassisteret ekstraktion af capsaicinoider fra chilipebre!

Ultralydsekstraktion af silymarin fra marietidselfrø

Ultralydsanvendelse:
Ultralydsassisteret ekstraktion blev udført ved hjælp af et ultralydsapparat UP400S. I denne undersøgelse blev der anvendt en ultralydssonde af horntypen med en diameter på 1,5 cm. 10 g affedtet marietidselpulver blev afvejet nøjagtigt og opløst i 100 mL methanol. Bægerglasset blev holdt i et vandbad ved en temperatur på 25°C. Marietidselpulveret opløst i opløsningsmiddel blev sonikeret i forskellige tidsintervaller (30, 60, 90, 120 og 150 min.). Efter hvert tidsinterval blev opløsningen filtreret gennem et Whatman-filterpapir, og hvert filtrat (omkring 80mL) blev inddampet ved hjælp af en rotationsfordamper, indtil der var 30 mL opløsning tilbage. Absorbansen af fenolforbindelser blev målt med et UV-Vis-spektrofotometer ved en bølgelængde på 517 nm efter DPPH-metoden. Som forventet medførte længere ekstraktionstider et højere silymarinindhold.
Undersøgelsens forfattere fandt, at ultralydsekstraktion til fremstilling af de alkoholiske ekstrakter er en af de bedste teknikker til at erstatte de konventionelle teknikker. Det blev påvist, at ultralydsekstraktionen gav bedre ekstraktkvalitet. Yderligere fordele er tidsbesparelse, større effektivitet osv.
Anbefalet apparat:
UP400St
Reference / forskningsartikel:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ultralydsassisteret ekstraktion af silymarinkomponenter fra marietidselfrø (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311–318.
Læs mere om ultralydsekstraktion af silymarin fra marietidselfrø!

Ultralydsekstraktion af steviosid

Ultralydsanvendelse:
Prøver på 10g tørre og formalede steviablade blev ekstraheret i 100mL vand under kontinuerlig omrøring (med en magnetomrører). pH-værdien blev reguleret med 0,01 M natriumfosfat ved pH 7. Prøven blev anbragt i et 150 mL bægerglas og sonikeret med et ultralydsapparat af sondetypen UIP500hT (20kHz, 500W). Sonotrodens spids blev nedsænket omkring 1,5 cm i suspensionen af steviablade. Ultralydsapparatet blev indstillet til en udgangseffekt på 350W. En mild sonikeringsbehandling på 350 W i 5–10 min. ved en konstant procestemperatur på 30°C gav et udbytte af rebaudiosid A på 30–34g pr. 100g prøve. Efter sonikering blev ekstraktopløsningen centrifugeret og filtreret gennem en mikroporøs membran på 0,45 μm; filtratet blev udtaget til analyse af det samlede indhold af rebaudiosid A. Ekstraktionsudbyttet af det samlede indhold af rebaudiosid A blev analyseret ved HPLC.
Ved den opløsningsmiddelfrie ultralydsassisterede ekstraktion blev der opnået et højt udbytte af rebaudiosid A sammenlignet med traditionelle ekstraktionsmetoder såsom varmeekstraktion eller maceration.
Anbefalet apparat:
UIP500hdT
Læs mere om ultralydsekstraktion af stevia!

Ultralydsekstraktion af terpener

Ultralydsanvendelse:
Ekstraktionen af flygtige forbindelser, såsom terpener, fra blomsterstandene af en Cannabis sativa L.-kultivar af fibertypen kan forbedres med ultralyd. Undersøgelser har vist, at de ønskede terpener allerede frigives fra plantematerialet efter en kort sonikering.
Resultaterne viser, at ultralydsbehandling i højst 5 min gør det muligt at opnå en højere koncentration af terpener sammenlignet med maceration. Derimod øgede ultralydsbehandling i mere end 5 min koncentrationen af δ-9-tetraidrocannabinol (THC).
Sonikeringsprotokol:
Den ultralydsassisterede ekstraktion af terpener blev udført ved hjælp af et 200W ultralydsapparat af sondetypen. Ultralydsapparatet blev indstillet til 25% amplitude. Tre delprøver på 50g tørrede blomsterstande blev hver tilsat 250mL 70% ethanol v/v, der blev anvendt som ekstraktionsopløsningsmiddel. Hvert bægerglas og dets indhold blev nedsænket i et isbad. Sonikering blev udført i 5, 10 og 15 min. Under ultralydsekstraktionen blev der sikret kontinuerlig, hurtig varmeafledning for at holde procestemperaturen under 30°C. Efter ekstraktionen blev blandingerne filtreret under vakuum gennem Whatman nr. 3-papir, og opløsningsmidlet blev fjernet ved rotationsfordampning under vakuum. Hvert ekstraktionsforsøg blev udført i tredobbelt bestemmelse med tre forskellige prøver.
Sonikering blev fundet at være et interessant alternativ til maceration til ekstraktion af flygtige forbindelser fra cannabisblomsterstande, men viser også, at ultralydsbehandlingen højst må vare 5 minutter for at opnå en øget genvinding af terpener. Derimod øgede ultralydsbehandling i mere end 5 minutter koncentrationen af δ-9-tetraidrocannabinol (THC). Ekstraktet af Cannabis sativa-blomsterstande opnået ved ultralydsekstraktion i 5 min kunne anvendes som ingrediens i parfumer eller som smagsstof i drikkevarer. Det kan anvendes som et alternativ til industrihamp, hvor stænglerne anvendes i fiberindustrien og ekstrakter af blomsterstande i kosmetik- og fødevareindustrien.
Anbefalet apparat:
UP200St eller UP200Ht med sonotrode / sonde S26d14
Reference / forskningsartikel:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ultralydsassisteret ekstraktion af flygtige forbindelser fra blomsterstande af industrielt dyrket Cannabis sativa L.”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8–14.
Læs mere om ultralydsassisteret ekstraktion af terpener!

Ekstraktionsopstilling til isolering af stoffer fra planter: Ultralydsapparat UP400ST af sondetypen, Büchi-vakuumfilter og rotationsfordamper til ekstraktion af fytokemikalier.

Ultralydsekstraktion af vanillin fra efterbehandlede vaniljestænger

Ultralydsanvendelse:
Vanillinekstraktionen blev optimeret under sonikering. Derfor blev ultralydsapparatet på 100 watt anvendt i pulserende tilstand (cyklusser: 5 sek. tændt efterfulgt af 5 sek. slukket).
De bedste resultater for ultralydsekstraktion blev opnået med 40% ethanol i 1h ved 30°C. For at sammenligne resultaterne med konventionelle ekstraktionsmetoder blev der også udført ekstraktioner i vandbad og ultralydsbad. Resultaterne viste, at optimeringen af vanillinekstraktion med ultralydshorn med 40% ethanol i 1h ved 30°C var sammenlignelig med ekstraktion i vandbad med 40% ethanol ved 56°C i 15h.
Anbefalet apparat:
UP100H
Reference / forskningsartikel:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Forbedret ekstraktion af vanillin 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde fra efterbehandlede vaniljestænger ved hjælp af ultralydsassisteret ekstraktion: En sammenligning af ultralydsassisteret ekstraktion og ekstraktion i varmt vandbad. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6–12.
Læs mere om fordelene ved ultralydsekstraktion af vanillin!

Ultralydsekstraktion af fenolforbindelser fra Ziziphus Jujube

Ultralydsanvendelse:
Til ultralydsassisteret ekstraktion af fenolforbindelser fra jujube (Ziziphus Jujube) blev der anvendt et ultralydsapparat af sondetypen med høj intensitet, UP200H med en effekt på 200W og en frekvens på 24kHz. Ultralydsapparatet var udstyret med sonotroden S2 med mikrospids (spidsdiameter 2 mm), som blev nedsænket i et vandbad, hvori der var anbragt et udfældningsglas med prøven (indvendige mål: 280:195:135 mm). Ultralydsvibrationernes amplitude var 100% af den nominelle effekt (maksimal amplitude på 260 μm), og den akustiske effekt var 0,171402 W og intensiteten 21,8346 W/cm2. Ultralydsintensiteten blev bestemt kalorimetrisk ved at måle suspensionens temperaturstigning over tid under adiabatiske betingelser. Ultralydsekstraktionsproceduren blev anvendt til ekstraktion af det samlede indhold af fenolforbindelser fra prøver i henhold til forsøgsdesignet (til optimering).
Anbefalet apparat:
UP200H med sonotrode S2
Reference / forskningsartikel:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimer ekstraktionen af fenolforbindelser fra jujube (Ziziphus Jujube) ved hjælp af en ultralydsassisteret ekstraktionsmetode. IECFP 2013.

Klik her for at finde flere sonikeringsprotokoller til ultralydsbehandling af biologisk materiale!