Φυτοχημεία και υπερήχοι: Υψηλής απόδοσης εκχύλιση βιοδραστικών ουσιών φυτικής προέλευσης με υπερήχους

Η φυτοχημεία είναι η επιστήμη που μελετά τις χημικές ενώσεις φυτικής προέλευσης – από πολυφαινόλες, φλαβονοειδή και αλκαλοειδή έως τερπένια, σαπωνίνες, γλυκοσίδες, χρωστικές ουσίες, αντιοξειδωτικά και συστατικά αιθέριων ελαίων. Αυτά τα φυτοχημικά συστατικά έχουν μεγάλη αξία για τη βιομηχανία των λειτουργικών τροφίμων, των φαρμάκων, των καλλυντικών, των συστατικών τροφίμων, των φυσικών χρωστικών, των αρωμάτων, των φυτικών εκχυλισμάτων και της αναλυτικής έρευνας.

Βελτιώστε τη διαδικασία εκχύλισης φυτοχημικών ουσιών με τους υπερηχητικούς διαλυτές της Hielscher

Εξάγετε περισσότερα βιοδραστικά συστατικά σε λιγότερο χρόνο
Τα υπερηχητικά συστήματα τύπου αισθητήρα της Hielscher ενισχύουν την εκχύλιση φυτικών ουσιών, διασπώντας τα φυτικά κύτταρα και επιταχύνοντας τη μεταφορά μάζας. Αυτό επιτρέπει την εκχύλιση φυτοχημικών ουσιών με υψηλή απόδοση από βότανα, ρίζες, φύλλα, άνθη, καρπούς, σπόρους, φλοιούς, φύκια και άλλα φυτικά υλικά.

 
Γιατί να επιλέξετε τα συστήματα υπερηχητικής εκχύλισης της Hielscher

• Υψηλότερες αποδόσεις εκχύλισης: Ανακτήστε περισσότερες ουσίες-στόχους από την ίδια φυτική πρώτη ύλη.
• Συντομότεροι χρόνοι επεξεργασίας: Αντικαταστήστε τα στάδια μακράς διαβροχής ή εκχύλισης που απαιτούν έντονη θερμική επεξεργασία με γρήγορη επεξεργασία με υπερήχους.
• Ήπια, μη θερμική εκχύλιση: Διατήρηση των ευαίσθητων στη θερμότητα φυτοχημικών ουσιών, όπως οι πολυφαινόλες, τα τερπένια, οι ανθοκυανίνες, οι βιταμίνες και τα αντιοξειδωτικά.
• Ευελιξία ως προς τους διαλύτες: Χρησιμοποιήστε νερό, αιθανόλη, υδροαιθανολικά μείγματα, γλυκερίνη, έλαια, βαθιά ευτηκτικά διαλύματα ή άλλα κατάλληλα μέσα εκχύλισης.
• Ακριβής έλεγχος της διαδικασίας: Ρυθμίστε το πλάτος, την ισχύ, την εισροή ενέργειας, το χρόνο, τη θερμοκρασία, την πίεση και τον ρυθμό ροής.
• Γραμμική κλιμάκωση: Να καθοριστούν οι παράμετροι εκχύλισης στο εργαστήριο και να εφαρμοστούν στην πιλοτική και τη βιομηχανική παραγωγή.
• Λειτουργία κατά παρτίδες και εν σειρά: Επιλέξτε υπερήχους σε κλίμακα δοκιμαστικού σωλήνα, επεξεργασία σε δεξαμενή με ανάδευση ή εκχύλιση συνεχούς ροής.
• Στιβαρή βιομηχανική σχεδίαση: Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher έχουν σχεδιαστεί για απαιτητικά περιβάλλοντα παραγωγής, επαναλαμβανόμενη λειτουργία και εύκολη ενσωμάτωση.

Επεξεργασία με υπερήχους για ταχύτερη, καθαρότερη και πληρέστερη εκχύλιση φυτοχημικών ουσιών

Για να χρησιμοποιηθούν τα φυτοχημικά σε σκευάσματα, δοκιμασίες ή εμπορικά προϊόντα, πρέπει πρώτα να απελευθερωθούν από τη φυτική μήτρα. Σε αυτό το σημείο η υπερήχηση έχει αναδειχθεί σε μία από τις πιο αποτελεσματικές τεχνολογίες εκχύλισης. Οι υπερηχητικοί μετατροπείς τύπου ανιχνευτή δημιουργούν έντονη ακουστική σπηλαίωση σε υγρά και πολτούς. Η μικροδιαταραχή, οι δυνάμεις διάτμησης και οι διακυμάνσεις της πίεσης που προκύπτουν διαταράσσουν τα φυτικά κύτταρα, βελτιώνουν τη διείσδυση του διαλύτη και επιταχύνουν τη μεταφορά των βιοδραστικών μορίων στο μέσο εκχύλισης.

Η Hielscher Ultrasonics παρέχει υπερηχητικά μηχανήματα υψηλής απόδοσης για τη φυτοχημική εκχύλιση, από την εργαστηριακή έρευνα έως την πλήρη βιομηχανική παραγωγή. Είτε αναπτύσσετε ένα φυτικό εκχύλισμα, βελτιστοποιείτε την προετοιμασία αναλυτικών δειγμάτων είτε κλιμακώνετε μια διαδικασία παραγωγής συστατικών φυτικής προέλευσης, η υπερηχητική επεξεργασία σας προσφέρει ακριβή έλεγχο της έντασης της εκχύλισης, της αναπαραγωγιμότητας και της παραγωγικότητας.

Τι είναι η υπερήχηση στη φυτοχημεία;

Η υπερηχητική επεξεργασία είναι η εφαρμογή υπερήχων υψηλής ισχύος σε ένα υγρό ή έναν πολτό. Στη φυτοχημεία, η υπερηχητική επεξεργασία χρησιμοποιείται κυρίως για την εκχύλιση με τη βοήθεια υπερήχων, την προετοιμασία δειγμάτων, τη διάσπαση κυττάρων, τη διασπορά, τη γαλακτωματοποίηση και την εντατικοποίηση των διεργασιών.
Όταν ένας αισθητήρας υπερήχων υψηλής έντασης εκπέμπει ηχητικά κύματα σε ένα μέσο εκχύλισης, οι εναλλασσόμενοι κύκλοι υψηλής και χαμηλής πίεσης προκαλούν ακουστική σπηλαίωση. Οι φυσαλίδες σπηλαίωσης διογκώνονται και καταρρέουν βίαια. Αυτή η κατάρρευση δημιουργεί τοπικές δυνάμεις διάτμησης, μικροεκτοξευόμενα υγρά και έντονα φαινόμενα ανάμιξης.

Στην βοτανική εκχύλιση, αυτές οι ιδιότητες συμβάλλουν:

• να διαρρήξουν τα κυτταρικά τοιχώματα και τις μεμβράνες
• αύξηση της πρόσβασης των διαλυτών στις ενδοκυτταρικές ενώσεις
• μείωση των οριακών στρωμάτων γύρω από τα σωματίδια των φυτών
• να βελτιωθεί η διάχυση των φυτοχημικών ουσιών στο διαλύτη
• να μειωθεί ο χρόνος εξαγωγής
• αύξηση της αναπαραγωγιμότητας
• να μειωθεί η ανάγκη για υπερβολική θερμότητα ή παρατεταμένη έκθεση σε διαλύτες

Το αποτέλεσμα είναι μια ταχύτερη, αποδοτικότερη και συχνά πιο ήπια διαδικασία εκχύλισης σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους διαβροχής, έγχυσης, διήθησης ή αναρροής.

Γιατί η υπερήχηση είναι σημαντική για τη σύγχρονη εκχύλιση φυτοχημικών ουσιών

Οι φυτικές πρώτες ύλες είναι σύνθετες. Οι βιοδραστικές ενώσεις βρίσκονται μέσα στα φυτικά κύτταρα, συνδεδεμένες με δομικά συστατικά ή κατανεμημένες σε διάφορους ιστούς. Η συμβατική εκχύλιση απαιτεί συχνά μεγάλους χρόνους παραμονής, μεγάλους όγκους διαλυτών ή υψηλές θερμοκρασίες. Αυτές οι συνθήκες μπορεί να είναι αναποτελεσματικές και να προκαλέσουν την αποικοδόμηση θερμοευαίσθητων ενώσεων.
Η εκχύλιση με τη βοήθεια υπερήχων αντιμετωπίζει αυτούς τους περιορισμούς εντείνοντας τη φυσική απελευθέρωση των φυτοχημικών ουσιών. Αντί να βασίζεται αποκλειστικά στην παθητική διάχυση, η υπερηχητική επεξεργασία διαταράσσει ενεργά τη φυτική μήτρα και προάγει τη μεταφορά μάζας.

Αυτό καθιστά την εκχύλιση με υπερήχους ιδιαίτερα χρήσιμη όταν οι μεταποιητές χρειάζονται:

• υψηλότερη απόδοση από ακριβά φυτικά συστατικά
• συντομότεροι κύκλοι παραγωγής
• Χαμηλότερη κατανάλωση διαλυτών
• βελτιωμένη εκχύλιση θερμοευαίσθητων ενώσεων
• αναπαραγώγιμη εκχύλιση για τον έλεγχο ποιότητας
• επεξεργασία με δυνατότητα κλιμάκωσης, από το εργαστήριο έως την παραγωγή
• συμβατότητα με οικολογικούς διαλύτες και συστατικά «καθαρής ετικέτας»

Στον τομέα της φυτοχημικής έρευνας, η υπερήχηση βελτιώνει επίσης την προετοιμασία των δειγμάτων για ανάλυση. Τα εργαστήρια μπορούν να εξάγουν τις εν δυνάμει ενώσεις γρήγορα και με συνέπεια πριν από την εφαρμογή μεθόδων όπως HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, δοκιμασίες αντιοξειδωτικών ή άλλων αναλυτικών μεθόδων.

Μαζική και εν σειρά υπερηχητική επεξεργασία για φυτικά εκχυλίσματα

Μαζική εκχύλιση με υπερήχους

Η επεξεργασία με υπερήχους κατά παρτίδες είναι ιδανική για εργαστηριακή έρευνα, ανάπτυξη συνταγών, παραγωγή μικρής κλίμακας και ευέλικτη επεξεργασία. Ένας υπερηχητικός μετατροπέας εισάγεται σε ένα δοχείο που περιέχει τον πολτό φυτού και διαλύτη. Η επεξεργασία κατά παρτίδες είναι εύκολη στη ρύθμιση και εξαιρετική για τη δοκιμή παραμέτρων όπως ο τύπος του διαλύτη, το πλάτος, ο χρόνος εκχύλισης και η θερμοκρασία.

Συνεχής ενσωματωμένη εκχύλιση με υπερήχους

Για μεγαλύτερους όγκους παραγωγής, η συνεχής ενσωματωμένη υπερηχητική επεξεργασία αποτελεί την προτιμώμενη μέθοδο. Ο φυτικός πολτός αντλείται μέσω ενός κυττάρου ροής υπερήχων, όπου εκτίθεται σε ελεγχόμενη σπηλαίωση. Η ενσωματωμένη επεξεργασία βελτιώνει την αναπαραγωγιμότητα, τον έλεγχο της διαδικασίας και την παραγωγική ικανότητα. Επιπλέον, καθιστά την κλιμάκωση πιο προβλέψιμη, καθώς η εισροή ενέργειας, ο χρόνος παραμονής και ο ρυθμός ροής μπορούν να καθοριστούν με ακρίβεια.
Τα βιομηχανικά υπερηχητικά συστήματα της Hielscher έχουν σχεδιαστεί για συνεχή λειτουργία και μπορούν να ενσωματωθούν σε αντλίες, εναλλάκτες θερμότητας, δεξαμενές αποθήκευσης, συστήματα φιλτραρίσματος, συστήματα ανάκτησης διαλυτών και συστήματα συμπύκνωσης.

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια εικόνα της κατά προσέγγιση χωρητικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας για την εκχύλιση φυτικών ουσιών

Φυτοχημικά που εξάγονται με υπερήχους

Η υπερηχητική επεξεργασία είναι κατάλληλη για ένα ευρύ φάσμα κατηγοριών φυτοχημικών ουσιών. Το αποτέλεσμα της εκχύλισης εξαρτάται από το φυτικό υλικό, το μέγεθος των σωματιδίων, τον διαλύτη, τη θερμοκρασία, το πλάτος των υπερήχων, τον χρόνο παραμονής και τον επακόλουθο διαχωρισμό.

Πολυφαινόλες και φλαβονοειδή

Οι πολυφαινόλες και τα φλαβονοειδή συγκαταλέγονται στα πιο μελετημένα φυτοχημικά συστατικά, λόγω των αντιοξειδωτικών τους ιδιοτήτων και της σημασίας τους στις συνθέσεις τροφίμων, διατροφικών συμπληρωμάτων και καλλυντικών. Η εκχύλιση με υπερήχους ενισχύει την απελευθέρωση φαινολικών οξέων, κατεχινών, κερσετίνης, ρουτίνης, ανθοκυανινών και συναφών ενώσεων από φύλλα, καρπούς, φλούδες, άνθη, σπόρους και φλοιούς.

Τερπένια και συστατικά αιθέριων ελαίων

Τα τερπένια και οι αρωματικές ενώσεις είναι σημαντικά για τα φυτικά εκχυλίσματα, τα αρώματα, τις γεύσεις και την επεξεργασία της κάνναβης ή του κάνναβου. Η υπερηχητική επεξεργασία μπορεί να βελτιώσει την εκχύλιση από φυτικούς ιστούς, επιτρέποντας παράλληλα τον ήπιο έλεγχο της θερμοκρασίας, κάτι που είναι σημαντικό για τις πτητικές και ευαίσθητες στην οξείδωση ενώσεις.

Αλκαλοειδή

Τα αλκαλοειδή απαντώνται σε πολλά φαρμακευτικά φυτά και συχνά εξάγονται για αναλυτικούς, φαρμακευτικούς ή διατροφικούς σκοπούς. Η επεξεργασία με υπερήχους βελτιώνει τη διάσπαση της μήτρας και μπορεί να επιταχύνει τη μεταφορά των αλκαλοειδών σε κατάλληλους διαλύτες.

Σαπωνίνες, γλυκοσίδες και τανίνες

Πολλές ρίζες, βότανα, όσπρια και φαρμακευτικά φυτά περιέχουν σαπωνίνες, γλυκοσίδες και τανίνες. Η υπερηχητική επεξεργασία βοηθά στην απελευθέρωση αυτών των ενώσεων από ινώδεις ή πυκνές φυτικές δομές και μπορεί να βελτιστοποιηθεί ώστε να επιτυγχάνεται ισορροπία μεταξύ της απόδοσης της εκχύλισης και της επιλεκτικότητας.

Χρωστικές ουσίες και αντιοξειδωτικά

Οι φυσικές χρωστικές ουσίες, όπως οι ανθοκυανίνες, οι χλωροφύλλες, τα καροτενοειδή και οι βεταλίνες, έχουν μεγάλη αξία για εφαρμογές στους τομείς των τροφίμων, των ποτών, των καλλυντικών και της ανάλυσης. Δεδομένου ότι πολλές χρωστικές ουσίες είναι ευαίσθητες στη θερμότητα, το οξυγόνο και το pH, η εκχύλιση με υπερήχους υπό ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα.

Κανναβινοειδή και φυτοχημικά της κάνναβης

Η κάνναβη και η κάνναβη περιέχουν κανναβινοειδή, τερπένια, φλαβονοειδή και άλλα φυτικά συστατικά. Η εκχύλιση με υπερήχους βελτιώνει την απελευθέρωση αυτών των ενώσεων από την αλεσμένη βιομάζα και μπορεί να προσαρμοστεί σε συστήματα αιθανόλης, υδροαιθανολικών διαλυτών ή άλλων διαλυτών.

Εκχύλιση φυτοχημικών ουσιών με υπερήχους

Βιβλιογραφία / Αναφορές