Εκχύλιση τερπενίων με υπερήχους
Η εκχύλιση τερπενίων με υπερήχους έχει αποδειχθεί ότι παρέχει υψηλές αποδόσεις του τερπενίου οξειδίου του καρυοφυλλενίου, π.χ. από κάνναβη και λυκίσκο. Το οξείδιο του καρυοφυλλενίου είναι ένα τερπένιο που απαντά στην κάνναβη, στον λυκίσκο, στο πιπέρι, στον βασιλικό και στο δενδρολίβανο. Ως δραστική ένωση, το εκχυλισμένο τερπένιο οξείδιο του καρυοφυλλενίου χρησιμοποιείται ως αρωματικό πρόσθετο και συμπλήρωμα υγείας.
Χρήση του εκχυλισμένου οξειδίου του καρυοφυλλενίου
Το οξείδιο του καρυοφυλλενίου διακρίνεται για την αρωματική οσμή και γεύση του (δηλ. βοτάνων). Λόγω της έντονης αρωματικής οσμής και γεύσης του, χρησιμοποιείται συχνά ως αρωματικό πρόσθετο σε τρόφιμα, καθώς και ως συστατικό αρωμάτων. Επιπλέον, έχει την ικανότητα να συνδέεται με τους ενδοκρινικούς υποδοχείς CB2 στο ανθρώπινο σώμα, γεγονός που το καθιστά ενδιαφέρον φαρμακευτικό συστατικό.
Εκχύλιση οξειδίου του καρυοφυλλενίου με υπερήχους
Η εκχύλιση του τερπενίου οξειδίου του καρυοφυλλενίου με υπερήχους είναι μια εξαιρετική τεχνική για την επίτευξη υψηλών αποδόσεων, π.χ. από κάνναβη και λυκίσκο. Διαβάστε περισσότερα για την ακουστική σπηλαίωση, την αρχή δράσης της εκχύλισης με υπερήχους!
Για παράδειγμα, το οξείδιο του β-καρυοφυλλενίου εκχυλίστηκε με υπερήχους με τη συσκευή υπερήχων UP100H (100W, 30kHz) από αποξηραμένους οφθαλμούς λυκίσκου.
Τα δεδομένα της ανάλυσης GC δείχνουν την απόδοση εκχύλισης του οξειδίου του β-καρυοφυλλενίου, το οποίο εκχυλίστηκε με τη συσκευή της Hielscher UP100H από λυκίσκο.
UP400St – ισχυρός επεξεργαστής υπερήχων 400W για εκχύλιση τερπενίων με αναδευτήρα
Ανάλυση αέριας χρωματογραφίας εκχυλίσματος λυκίσκου που παρασκευάστηκε με υπερήχους: οξείδιο του β-καρυοφυλλενίου, α-καρυοφυλλένιο, α-πινένιο, mycrene, λιμονένιο, α-caryophylene και οξείδιο του καρυοφυλλενίου και άλλα.
Εκτός από το οξείδιο του β-καρυοφυλλενίου, εκχυλίστηκαν επιτυχώς και άλλα τερπένια, όπως α-καρυοφυλλένιο, α-πινένιο, mycrene, λιμονένιο και α-caryophylene, μεταξύ άλλων.
Πώς εκχυλίζονται τα τερπένια από φυτά με κατεργασία με υπερήχους μέσω καθετήρα; Οδηγίες βήμα προς βήμα!
- Αρχικά, το φυτικό υλικό αλέθεται ή τεμαχίζεται σε μικρά κομμάτια, ώστε να αυξηθεί η επιφάνεια για την εκχύλιση.
- Στη συνέχεια, το φυτικό υλικό αναμειγνύεται με έναν διαλύτη (όπως αιθανόλη ή νερό) για την εκχύλιση των τερπενίων.
- Στη συνέχεια χρησιμοποιείται κατεργασία με υπερήχους μέσω καθετήρα για την υποβοήθηση της διαδικασίας εκχύλισης, με εφαρμογή υπερηχητικών κυμάτων υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας, περίπου 20kHz, στον πολτό. Αυτό προκαλεί ακουστική σπηλαίωση και ταχεία δόνηση του διαλύτη, γεγονός που προάγει την αποσύνθεση και τη διάρρηξη των φυτικών κυττάρων και την απελευθέρωση των τερπενίων.
- Στη συνέχεια, το μείγμα διηθείται για να διαχωριστεί το στερεό φυτικό υλικό από το υγρό που περιέχει τα εκχυλισμένα τερπένια.
- Κατόπιν, το υγρό εξατμίζεται ή υποβάλλεται σε περαιτέρω επεξεργασία για την απομάκρυνση του διαλύτη και τη συμπύκνωση των τερπενίων.
- Το τελικό προϊόν είναι ένα εκχύλισμα πλούσιο σε τερπένια, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες εφαρμογές, όπως συμπληρώματα διατροφής, λειτουργικά τρόφιμα και καλλυντικά.
Πρωτόκολλο εκχύλισης τερπενίων με υπερήχους
Ο λυκίσκος αλέστηκε με έναν συμβατικό μύλο καφέ, ώστε να επιτευχθεί πιο ομοιόμορφο μέγεθος σωματιδίων στο δείγμα λυκίσκου.
Τοποθετήθηκαν 4,5mg λυκίσκου σε ένα φιαλίδιο και στη συνέχεια προστέθηκαν 5mL αιθανόλης. Το φιαλίδιο τοποθετήθηκε σε ποτήρι ζέσεως με παγωμένο νερό για την απαγωγή της θερμότητας. Στη συνέχεια, το δείγμα υποβλήθηκε σε κατεργασία με υπερήχους με ένα UP100H, εξοπλισμένο με ηχοτρόδιο MS7, με ρύθμιση πλάτους 50% για 90sec.
Ανάλυση αέριας χρωματογραφίας εκχυλίσματος λυκίσκου που παρασκευάστηκε με υπερήχους:
Η κατεργασία με υπερήχους εξασφαλίζει υψηλή μεταφορά μάζας μεταξύ της κυτταρικής μήτρας και του διαλύτη, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται πολύ υψηλή απόδοση εκχυλίσματος υψηλής ποιότητας.
- εκχυλίσματα τερπενίων υψηλής ποιότητας (χωρίς θερμική αποδόμηση)
- υψηλές αποδόσεις
- γρήγορη διαδικασία
- γρήγορη απόδοση της επένδυσης
- ηπιότεροι διαλύτες
- μικρότερη χρήση διαλύτη
- ασφαλής και εύκολη λειτουργία
- χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης
- πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον εκχύλιση τερπενίων
Η εκχύλιση τερπενίων με υπερήχους ξεχωρίζει ως πράσινη μέθοδος εκχύλισης, η οποία επιτρέπει τη σημαντική επιτάχυνση της διαδικασίας εκχύλισης τερπενίων, ενώ απαιτεί λιγότερη ενέργεια από άλλες συμβατικές μεθόδους εκχύλισης (δηλ. υπερκρίσιμο CO2, Soxhlet κ.λπ.). Άλλα πλεονεκτήματα που συνδέονται με τη χρήση της εκχύλισης τερπενίων με υπερήχους είναι ο εύκολος χειρισμός του εκχυλιστή υπερήχων, η ταχεία διαδικασία, η απουσία χημικών αποβλήτων, η υψηλή απόδοση, η φιλικότητα προς το περιβάλλον, η βελτιωμένη ποιότητα χάρη στις ήπιες συνθήκες επεξεργασίας και η πρόληψη της θερμικής αποδόμησης.
Εκχυλιστές υπερήχων για τερπένια
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για το ποια συσκευή υπερήχων ενδέχεται να είναι η καταλληλότερη για τις απαιτήσεις σας στην εκχύλιση τερπενίων.
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000 |
Ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής ισχύος από την εργαστηριακή έως τη βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Πληροφορίες που αξίζει να γνωρίζετε
Καρυοφυλλένιο
Το καρυοφυλλένιο ή (−)-β-καρυοφυλλένιο είναι ένα φυσικό δικυκλικό σεσκιτερπένιο που απαντά σε πολλά αιθέρια έλαια. Τα ακόλουθα βότανα είναι γνωστά ως καλές πηγές καρυοφυλλενίου: κάνναβη, κλωστική κάνναβη (Cannabis sativa), μαύρο κύμινο (Carum nigrum), γαρίφαλα (Syzygium aromaticum), λυκίσκος (Humulus lupulus), βασιλικός (Ocimum spp.), ρίγανη (Origanum vulgare), μαύρο πιπέρι (Piper nigrum), λεβάντα (Lavandula angustifolia), δενδρολίβανο (Rosmarinus officinali, και έλαιο κοπαΐμπα (Copaifera spp.). Το β-καρυοφυλλένιο είναι ένα φυτοκανναβινοειδές με ισχυρή συγγένεια προς τον υποδοχέα κανναβινοειδών τύπου 2 (CB 2), αλλά όχι προς τον υποδοχέα κανναβινοειδών τύπου 1 (CB 1).
Οξείδιο του καρυοφυλλενίου
Το οξείδιο του καρυοφυλλενίου (επίσης οξείδιο του β-καρυοφυλλενίου) είναι το παράγωγο οξείδωσης του β-καρυοφυλλενίου και είναι μια λευκή κρυσταλλική στερεή σκόνη με σημείο τήξης περίπου 62°C.
Εκτιμάται για την αντιφλεγμονώδη, τοπική αναισθητική και αντιοξειδωτική δράση του. Οι πρώτες έρευνες υποδηλώνουν ότι το οξείδιο του καρυοφυλλενίου ενδέχεται επίσης να αποτελέσει πιθανό φάρμακο για τη θεραπεία του καρκίνου. Το οξείδιο του καρυοφυλλενίου αποτελεί μέρος του δακτυλίου του κυκλοβουτανίου, ο οποίος χρησιμοποιείται ήδη στην ιατρική έρευνα για τη σύνθεση του ευρέως χρησιμοποιούμενου χημειοθεραπευτικού φαρμάκου καρβοπλατίνη.
Το οξείδιο του καρυοφυλλενίου, στο οποίο η ολεφίνη του καρυοφυλλενίου έχει μετατραπεί σε εποξείδιο, είναι εγκεκριμένο συστατικό για τον αρωματισμό τροφίμων.
Τόσο το β-καρυοφυλλένιο όσο και το οξείδιο του β-καρυοφυλλενίου εμφανίζουν χαμηλή υδατοδιαλυτότητα, η οποία εμποδίζει την απορρόφησή τους από το κύτταρο. Για τη χρήση αυτών των σεσκιτερπενίων ως φαρμάκων ή συμπληρωμάτων διατροφής, η ενθυλάκωση σε λιποσώματα υπερνικά τη χαμηλή διαλυτότητα αυτών των σεσκιτερπενίων σε υδατικά υγρά και εξασφαλίζει βιοδιαθεσιμότητα και βιοδραστικότητα. Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την ενθυλάκωση βιοδραστικών ενώσεων με υπερήχους!
Οξείδιο του καρυοφυλλενίου στην κάνναβη
Στο φυτό cannabis sativa, το οξείδιο του καρυοφυλλενίου απαντά ως σεσκιτερπένιο, το οποίο αποτελείται από τρεις μονάδες ισοπρενίου. Το οξείδιο του καρυοφυλλενίου είναι ένα από τα μεγαλύτερα και αφθονότερα τερπένια στο φυτό της κάνναβης και ευθύνεται για το χαρακτηριστικό άρωμα και την οσμή της κάνναβης. Η εκχύλιση με υπερήχους εφαρμόζεται επιτυχώς για την παραγωγή ελαίων κανναβιδιόλης πλήρους φάσματος, ώστε να εξασφαλίζεται η συνεργιστική δράση των πολυάριθμων ενώσεων.
Σπηλαίωση με υπερήχους για εκχύλιση
Όταν υπερηχητικά κύματα υψηλής ισχύος εισάγονται σε ένα υγρό, εμφανίζονται στο ρευστό κύκλοι συμπίεσης και διαστολής (αραίωσης). Κατά την αραίωση δημιουργούνται σε ένα υγρό κενά ή οι λεγόμενες φυσαλίδες σπηλαίωσης. Αυτές οι φυσαλίδες σπηλαίωσης, οι οποίες είναι μικροσκοπικές φυσαλίδες κενού, εμφανίζονται όταν ασκείται αρνητική πίεση, με αποτέλεσμα να υπερβαίνεται η τοπική αντοχή του υγρού σε εφελκυσμό. Οι φυσαλίδες κενού μεγαλώνουν κατά τη διάρκεια αρκετών κύκλων συμπίεσης / αραίωσης, μέχρι να μην μπορούν να απορροφήσουν περισσότερη ενέργεια και η φυσαλίδα σπηλαίωσης να υποστεί κατάρρευση προς το εσωτερικό της. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως σπηλαίωση. Σύμφωνα με την έρευνα του καθηγητή Suslick (1990), στις φυσαλίδες σπηλαίωσης επικρατούν ακραίες συνθήκες με θερμοκρασίες έως 5000 K, πιέσεις 1000 ατμοσφαιρών, ρυθμό θέρμανσης–ψύξης πάνω από 1010 K/s και πίδακες υγρού με ταχύτητα έως 280m/s, οι οποίοι εκδηλώνονται ως πολύ υψηλή δύναμη διάτμησης και τυρβώδης ροή στη ζώνη σπηλαίωσης. Ο συνδυασμός αυτών των παραγόντων (πίεση, θερμότητα, διάτμηση και τυρβώδης ροή) χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση της μεταφοράς μάζας στη διαδικασία εκχύλισης. Επιπλέον, αυτές οι συνθήκες που εμφανίζονται τοπικά χρησιμοποιούνται και σε διεργασίες με υπερήχους, όπως η ομογενοποίηση, η γαλακτωματοποίηση ή η διασπορά.
Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στην ακουστική σπηλαίωση και στις υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης που αυτή δημιουργεί
Εκχύλιση τερπενίων με υπερήχους
Η αρχή της εκχύλισης με υπερήχους βασίζεται σε δύο φαινόμενα, τα οποία προκαλούνται όταν υπερηχητικά κύματα υψηλής ισχύος μεταφέρουν την ενέργειά τους σε ένα υγρό ή έναν πολτό:
Πρώτον, ο διαλύτης (το περιβάλλον υγρό μέσο) ωθείται μέσα στην κυτταρική μήτρα. Ανάλογα με το πλάτος και την ένταση της σπηλαίωσης, το κυτταρικό τοίχωμα διατρυπάται ή διαρρηγνύεται από την πίεση του υγρού.
Δεύτερον, κατά τον κύκλο αραίωσης, το περιεχόμενο του κυττάρου (δηλ. το ενδοκυτταρικό υλικό) εκπλένεται από το εσωτερικό του κυττάρου. Μετά την εκχύλιση με υπερήχους, οι ενώσεις που αποτελούν στόχο της εκχύλισης βρίσκονται στον διαλύτη και μπορούν να διαχωριστούν από αυτόν (π.χ. με εξάτμιση του διαλύτη), ώστε τελικά να ληφθεί ένα καθαρό εκχύλισμα.
Η σύσταση της πρώτης ύλης (όπως η περιεκτικότητα σε υγρασία, ο βαθμός διαβροχής / άλεσης και το μέγεθος σωματιδίων, καθώς και ο επιλεγμένος διαλύτης αποτελούν πολύ σημαντικούς παράγοντες για την επίτευξη μιας αποδοτικής και αποτελεσματικής διαδικασίας εκχύλισης με υπερήχους. Οι παράμετροι της διεργασίας υπερήχων είναι επίσης ουσιώδεις: το πλάτος, η πίεση, η θερμοκρασία και ο χρόνος κατεργασίας με υπερήχους πρέπει να καθορίζονται και να βελτιστοποιούνται για τα καλύτερα αποτελέσματα.