Kummeli ekstraheerimine – suuremad saagised, parem kvaliteet ultraheli töötlusega

Valmistage kvaliteetseid kummeliekstrakte kiiremini, tõhusamalt ja reprodutseeritava toimeainesisaldusega. Hielscheri ultraheli ekstraktorid intensiivistavad kummeli bioaktiivsete ainete, näiteks apigeniini, flavonoidide, fenoolsete ühendite, polüsahhariidide ja eeterlikku õli moodustavate komponentide ekstraheerimist. Olenemata sellest, kas valmistate taimeteesid, funktsionaalseid jooke, tinktuure, toidulisandeid, kosmeetilisi toimeaineid või taimseid koostisosi, aitab ultraheli töötlus (sonikeerimine) saavutada suuremaid saagiseid, lühemaid ekstraheerimisaegu ja ühtlase ekstrakti kvaliteedi.

Kummeli ultraheliekstraheerimine toidu, toidulisandite ja kosmeetika jaoks

Suure intensiivsusega ultraheli abil tekitavad Hielscheri sonikaatorid lahusti–taimemassi suspensioonis akustilise kavitatsiooni. See lõhub kummeliõie kude, parandab lahusti tungimist ja kiirendab massiülekannet. Tulemuseks on õrn, mittetermiline ekstraheerimisprotsess, mida saab täpselt juhtida ja skaleerida laborikatsetest pidevaks tööstuslikuks tootmiseks.

• Suurem ekstrakti saagis: Flavonoidide, fenoolsete ühendite, aroomiühendite ja teiste kummeli toimeainete tõhus vabanemine.
• Lühem töötlusaeg: Asendage pikk maatseratsioon kiire ultraheliekstraheerimisega.
• Toidu-, toidulisandite- ja kosmeetikakvaliteediga lahustid: Vesi, etanool, vesi-etanool, glütseriin, õlid ja muud sobivad lahustid.
• Suurepärane protsessijuhtimine: Reguleeritav amplituud, temperatuur, rõhk, energiasisend, vooluhulk ja viibeaeg.
• Töökindel skaleerimine: Väikestest T&A partiidest pilootkatseteni ja tööstusliku voolusisese ekstraheerimiseni.

Miks ultraheli töötlus parandab kummeli ekstraheerimist

Tavapärasel taimsel ekstraheerimisel peab lahusti aeglaselt difundeeruma taimeosakestesse, lahustama sihtühendid ja difundeeruma tagasi vedeliku põhimassi. See protsess võib kesta tunde või päevi ning nõuab sageli kõrgendatud temperatuuri või suuri lahustikoguseid. Ultraheli töötlus intensiivistab selle ekstraheerimismehhanismi igat etappi.
Ultraheliekstraheerimisel lõhub kavitatsioon füüsiliselt taimset struktuuri ja vähendab taimeosakeste ümbritsevat difusioonipiirkihti. Lahusti tungib kummeliõie materjali kiiremini, samal ajal kui lahustunud bioaktiivsed ained kanduvad kiiresti ümbritsevasse vedelikku. See muudab ultraheli töötluse eriti väärtuslikuks tootjatele, kes vajavad suurt ekstraheerimistõhusust, lühikesi partiiaegu ja ühtlast ekstrakti kvaliteeti.

Kummeli ultraheliekstraheerimise peamised eelised on järgmised:

• Suuremad ekstraheerimissaagised: Flavonoidide, fenoolsete ühendite, eeterlikku õli moodustavate komponentide ja teiste taimsete toimeainete täielikum vabanemine.
• Lühemad töötlusajad: Ekstraheerimine, mis muidu võib vajada pikka maatseratsiooni, on sageli võimalik lõpule viia palju kiiremini.
• Õrn, mittetermiline töötlus: Väiksem kuumuskoormus aitab säilitada õrnu aroomiühendeid ja temperatuuritundlikke fütokemikaale.
• Väiksem lahustivajadus: Parem massiülekanne võib vähendada vajalikku lahusti mahtu või ekstraheerimistsükleid.
• Reprodutseeritav kvaliteet: Amplituudi, energiasisendit, temperatuuri, rõhku, vooluhulka ja viibeaega on võimalik juhtida.
• Skaleeritav tootmine: Hielscheri sonikaatoreid saab kasutada alates T&A-st kuni pilootkatsetuste ja pideva voolusisese tootmiseni.

Bioaktiivsete ühendite taimsetest materjalidest vabastamise protsessi intensiivistava tehnoloogiana kasutatakse ultraheliekstraheerimist laialdaselt toidu, toidulisandite ja farmaatsiatoodete valdkonnas.

Õige lahusti valimine kummeli ekstraheerimiseks

Kummel sisaldab nii polaarseid kui ka mittepolaarseid ühendeid. Seetõttu sõltub ideaalne lahusti sihtekstrakti profiilist ja lõpptoote kasutusalast. Ultraheli töötlust (sonikeerimist) saab kasutada koos vee, etanooli, vesilahusena kasutatava etanooli, glütseriini, taimeõlide ja muude toidu- või kosmeetikakvaliteediga lahustitega. Ultrahelitöötlus sobib paljude erinevate taimsete materjalide ja lahustitega, sealhulgas vee, etanooli, glütseriini ja taimeõlidega.

Vesilahusena kasutatav etanool: laia spektriga kummeliekstraktsioon

Paljude kommertskummeliekstraktide puhul on vesilahusena kasutatav etanool kõige mitmekülgsem lahustisüsteem. Hüdro-etanoolsete ekstraktide jaoks kasutatakse vee–etanooli segu, et lahustada lai valik polaarseid ja mõõdukalt lipofiilseid kummeli koostisosi. Vesi toetab hüdrofiilsete ühendite, näiteks teatud fenoolhapete, polüsahhariidide ja flavonoidglükosiidide ekstraheerimist, samas kui etanool parandab vähempolaarsete ühendite, sealhulgas apigeniini aglükooni ja paljude aroomiga seotud koostisosade lahustuvust.
Apigeniini peetakse üldiselt halvasti vees lahustuvaks flavonoidiks, samas kui etanooli–vee segusid uuritakse sageli sobivamate toidu- ja farmaatsiakõlblike lahustisüsteemidena apigeniini käitlemiseks ja kättesaamiseks.
Toidu-, toidulisandite ja kosmeetikatoodete tootjatele pakub vesilahusena kasutatav etanool mitmeid eeliseid:

• Lai fütokemikaalide spekter
• Toidukvaliteediga ja laialdaselt aktsepteeritud lahustisüsteem
• Flavonoidide ja fenoolsete ühendite tõhus ekstraheerimine
• Reguleeritav polaarsus etanooli/vee suhet muutes
• Lihtne hilisem eemaldamine või kontsentreerimine aurustamise teel

Ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) muutub vesilahusena kasutatav etanool veelgi tõhusamaks. Ultraheli kavitatsioon suurendab lahusti tungimist kummeliosakestesse ja kiirendab sihtmolekulide lahustumist. See võimaldab töötlejatel optimeerida etanoolikontsentratsiooni, ekstraktsiooniaega ja temperatuuri konkreetse eesmärgi jaoks: õrna kummelimaitselise ekstrakti, standardiseeritud apigeniinirikka ekstrakti või laia spektriga taimse toimeaine jaoks kosmeetikas.

Vesi: puhta koostisega kummeliekstraktid jookidele ja toiduainetele

Vesi on kummeliekstraktsiooni jaoks kõige looduslikum lahusti ja seda kasutatakse laialdaselt teede, infusioonide, jookide ja puhta koostisega (clean-label) toidutoodete jaoks. Vesi sobib eriti hästi hüdrofiilsete komponentide, sealhulgas teatud flavonoidglükosiidide, fenoolhapete, polüsahhariidide ja vees lahustuvate maitseühendite ekstraheerimiseks. Halvasti vees lahustuvate ühendite, nagu apigeniini aglükoon ja paljud lipofiilsed eeterliku õli koostisosad, jaoks on aga ainult vesi vähem tõhus.
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) parandab oluliselt vesipõhist kummeliekstraktsiooni. Lõhkudes õietkoe ja tõhustades massiülekannet, aitab ultraheli veel ekstraheerida bioaktiivseid ühendeid kiiremini ja täielikumalt kui lihtne tõmbamine. See on väga oluline jookide tootjatele, teeekstraktide tootjatele ja puhta koostisega (clean-label) toodete koostajatele, kes soovivad vältida orgaanilisi lahusteid, suurendades samal ajal siiski ekstrakti tugevust ja protsessi tõhusust.

Ultraheliga vee abil ekstraheerimine on eriti atraktiivne, kui lõpptoode on:

• Joogivalmis kummelijook
• Taimeteekontsentraat
• Funktsionaalne veepõhine ekstrakt
• Alkoholivaba toidulisandi ekstrakt
• Kosmeetiline hüdrosooli sarnane taimeekstrakt

Kuna ultraheli töötlus (sonikeerimine) on mehaaniline, mittetermiline protsess, võib see toetada kvaliteetset vesipõhist ekstraktsiooni ilma liigsele kuumusele tuginemata. See aitab säilitada kummeli õrna lõhnaprofiili ja vähendab riski, et tekivad keedetud või lagunenud meelelised noodid.

Etanool: tugevatoimelised taimeekstraktid ja tinktuurid

Etanool on tugev lahusti paljudele kummeli bioaktiivainetele ning on eriti kasulik siis, kui sihtekstrakt peaks sisaldama suuremat osa vähempolaarseid flavonoide, fenoole ja aroomiaktiivseid komponente. Etanooli kasutatakse laialdaselt taimsetes tinktuurides, toidulisandite ekstraktides ja kosmeetilistes aktiivainetes, kuna see on tõhus, toiduga ühilduv ja kontsentreerimisel kergesti eemaldatav.
Puhas etanool on vähempolaarne kui vesi ning ei pruugi ekstraheerida kummeli hüdrofiilsete komponentide kogu spektrit sama tõhusalt kui vesilahuslik etanool. Seetõttu kasutavad paljud tootjad absoluutse etanooli asemel etanooli–vee segusid. Siiski võib etanoolirikas ekstraheerimine olla kasulik, kui eesmärk on kontsentreeritud ekstrakt, milles on rohkem apigeniinaglükooni, eeterliku õli komponente ja lipofiilseid aktiivaineid.
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) parandab etanooliga ekstraheerimist, lühendades ekstraheerimisaega ja soodustades õie struktuuri lõksu jäänud ühendite vabanemist. Toidulisandite tootjatele tähendab see tugevatoimeliste tinktuuride, vedelekstraktide või kuivekstrakti vahesaaduste tõhusamat tootmist. Kosmeetikatootjatele võimaldab etanoolipõhine ultraheliekstraktsioon luua tugevatoimelisi taimseid aktiivaineid seerumite, toonerite, geelide ja emulsioonide jaoks.

Õliekstraktsioon: kummeli aktiivained kosmeetilistele ja paikselt kasutatavatele preparaatidele

Taimeõlid, näiteks oliiviõli, päevalilleõli, jojobaõli või MCT-õli, on suurepärased kandjad kummeli lipofiilsetele komponentidele. Õliekstraktsioon on eriti oluline naturaalkosmeetikas, nahahooldusõlides, palsamites, massaažiõlides ja paikselt kasutatavates preparaatides. Lipofiilsed ühendid, näiteks eeterliku õli komponendid, bisabolooliga seotud ühendid ja muud mittepolaarsed aroomifraktsioonid, sobivad õlipõhiseks ekstraheerimiseks hästi.
Siiski ei ole õli eelistatud lahusti, kui peamine sihtühend on apigeniin või muud polaarsed flavonoidi derivaadid. Apigeniin lahustub vees halvasti, kuid seda ei käsitleta tavaliselt õlis lahustuva taimse markerühendina samamoodi nagu terpeene või eeterliku õli komponente. Apigeniinile keskendunud ekstraktide jaoks sobivad tavaliselt paremini vesilahuslik etanool või etanoolirikkad lahustid.
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) muudab õlipõhise kummeliekstraktsiooni tõhusamaks, dispergeerides taimeosakesed õlis põhjalikult ja suurendades kontakti lahusti ja taime pinna vahel. See võib lühendada leotusaega, suurendada ekstrakti tugevust ja parandada partiidevahelist reprodutseeritavust. Kosmeetikatootjatele pakub ultraheliõliekstraktsioon puhast, lahustivaba teed kummeliõlide saamiseks ilma pikkade maseratsiooniaegadeta.

Apigeniin ja kummeli bioaktiivained: lahustuvus on oluline

Kvaliteetne kummeliekstrakt algab ühendite polaarsuse selgest mõistmisest. Kummel ei ole üheühendiline tooraine, vaid keerukas taimne maatriks. Lahusti tuleb valida soovitud aktiivainete profiili järgi.
Apigeniin ja selle derivaadid kuuluvad kummeli tähtsaimate flavonoidide hulka. Apigeniinaglükoon lahustub vees halvasti, mistõttu ei pruugi vesi üksi apigeniini saagist maksimeerida. Etanool ja vesilahuslik etanool parandavad vähem vees lahustuvate flavonoidide ekstraheerimist, samal ajal kui vesi aitab kaasa polaarsemate glükosiidide ja hüdrofiilsete ühendite ekstraheerimisele. Teaduskirjanduses kirjeldatakse apigeniini kui vees halvasti lahustuvat bioflavonoidi ning esitatakse lahustuvusuuringuid etanoolis, vees ja etanooli–vee süsteemides.

Praktilise kummeliekstraktsiooni jaoks tähendab see järgmist:

• Vesi sobib ideaalselt õrnade, puhta koostisega (clean-label) hüdrofiilsete ekstraktide jaoks.
• Vesilahuslik etanool on parim universaalne lahusti laia spektriga kummeliekstraktide jaoks.
• Etanool sobib tugevatoimeliste tinktuuride ja flavonoidirikaste ekstraktide jaoks.
• Taimeõlid sobivad ideaalselt lipofiilsete kosmeetiliste ekstraktide ja paikselt kasutatavate preparaatide jaoks.

Ultraheli töötlus ei muuda molekuli põhilist lahustuvust, kuid parandab oluliselt ekstraheerimise kineetikat. Ultraheli aitab lahustil jõuda sihtühenditeni kiiremini ja täielikumalt. Just seetõttu on ultraheliekstraktsioon nii võimas: see ühendab õige lahusti keemia akustilise kavitatsiooni füüsikalise intensiivistamisega.

Hielscher sonikaatorid: laborikatsetest tööstuslike kummeliekstraktideni

Hielscheri ultrahelitehnoloogia suur eelis on lineaarne skaleeritavus. Tootjad võivad alustada väikestest laborikatsetest, et määrata kindlaks parim lahusti, osakeste suurus, tahke aine sisaldus, amplituud, temperatuur ja ekstraheerimisaeg. Kui optimaalsed ekstraheerimisparameetrid on kindlaks määratud, saab protsessi skaleerida lineaarselt pilootmastaabi ja tööstuslikule tootmisele, kasutades suuremaid Hielscheri ultraheliprotsessoreid ja läbivoolukambriga reaktoreid.
Hielscher pakub sonikaatoreid laboratoorseks, lauaseadme-, pilootmastaabis ja tööstuslikuks töötluseks. Ettevõtte tööstussüsteemid on loodud nõudlikuks pidevaks tööks ning Hielscher toob oma hdT-süsteemide puhul esile digitaalse juhtimise, protsessi kontrolli, andmete automaatse salvestamise, kaugjuhtimise ja töökindla tööstusliku konstruktsiooni.

Kaubandusliku kummeliekstraktsiooni puhul tähendab see järgmist:

• Lihtne teostatavuskatsetus
• Usaldusväärne parameetrite optimeerimine
• Partiiline või pidev inline-töötlus
• Kontrollitud temperatuuri juhtimine
• Reprodutseeritav ekstrakti kvaliteet
• Tööstuslik läbilaskevõime töökindla sonikeerimisseadmestikuga
• Väiksem skaleerimisrisk teadus- ja arendustegevusest tootmiseni

Näiteks Hielscher UIP2000hdT on 2 000 vatti võimsusega sondtüüpi ultrahelitöötlusseade lauaseadme- ja tööstuslikuks vedelike töötluseks, mille rakenduste hulka kuuluvad ekstraheerimine, emulgeerimine, dispergeerimine, homogeniseerimine ja sonokeemilised reaktsioonid. Hielscheri mudel UIP16000hdT annab 16 000 vatti ultraheli võimsust suurte mahtude töötluseks.

Paremad kummeliekstraktid ultraheliprotsessi intensiivistamisega

Kummeliekstraktsioon ei seisne ainult taimsete ühendite lahustamises. Eesmärk on toota ühtlase kvaliteediga, kõrge väärtusega taimset koostisainet, mis vastab tänapäevaste toidu-, toidulisandite ja kosmeetikaturgude nõuetele. Ultraheli töötlus annab tootjatele otsustava eelise, ühendades õrna töötlemise ja kõrge ekstraheerimise efektiivsuse.
Õige lahusti ja õigete ultraheliprotsessi parameetritega saavad tootjad kohandada kummeliekstrakte konkreetsetele rakendustele: puhta koostisega (clean-label) veeekstraktid jookidele, laia spektriga vesi-etanoolekstraktid toidulisanditele, etanoolirikkad tinktuurid tugevatoimelistele taimsetele toodetele või õlipõhised infusioonid looduslikule kosmeetikale. Hielscher sonikaatorid tagavad ultraheli võimsuse, protsessi kontrolli ja skaleerimistee, mida on vaja kummeli muutmiseks kvaliteetseks kaubanduslikuks ekstraktiks.
Tootjatele, kes soovivad suuremat saagist, paremat kvaliteeti ja kiiremat töötlust, on ultraheliga kummeliekstraktsioon Hielscher sonikaatoritega parim ekstraheerimistehnoloogia.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultrahelitöötlusseadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Kummeliekstraktsioon toidu- ja joogitootjatele

Toidu- ja joogitootjad vajavad ekstrakte, mis on ohutud, ühtlase kvaliteediga, maitsekad ja majanduslikult tasuvad. Kummeliekstrakte kasutatakse ürditeedes, funktsionaalsetes jookides, siirupites, kondiitritoodetes, piimatoodete alternatiivides, lõõgastusjookides ja maitsesüsteemides. Väljakutse seisneb sellise ekstrakti valmistamises, millel on puhas maitse, ahvatlev värvus ja töökindel toimeainesisaldus, kasutamata liigset kuumust või pikki ekstraheerimistsükleid.
Ultraheliekstraktsioon pakub tugevat töötlemiseelist. Toidukvaliteediga kummeliekstrakte on võimalik valmistada veega või vesilahusega etanoolis suurema saagise ja lühema töötlemisajaga. Kuna ultraheli töötlus (sonikeerimine) on mittetermiline, saavad töötlejad kaitsta õrnaid aroomikomponente ning vältida soovimatute kibedate või teravate noodide ülekstraheerimist.
Tööstuslike joogirakenduste jaoks saab Hielscheri sonikaatorid integreerida partiipaakidesse või pidevvoolulistesse läbivoolusüsteemidesse. See võimaldab tootjatel töödelda suuremaid mahtusid kontrollitud amplituudi, viibeaja ja temperatuuriga. Hielscheri skaleerimiskontseptsioon toetab arendust väikeses mastaabis ja üleminekut suurematele tööstussüsteemidele, säilitades sama ultraheli töötluse (sonikeerimise) põhimehhanismi.

Kummeliekstraktsioon toidulisandite tootjatele

Toidulisandite tootjad keskenduvad sageli toime tugevusele, standardimisele ja reprodutseeritavusele. Kummeliekstrakte võib turustada vedelekstraktide, tinktuuride, pulbrite, kapslite, tablettide või funktsionaalsete koostisosade kontsentraatidena. Nende rakenduste puhul on protsessi juhtimine kriitilise tähtsusega: sama toorainega tuleb partiist partiisse saada ühtlane ekstrakti profiil.
Hielscheri sonikaatorid annavad tootjatele otsese kontrolli oluliste ekstraktsiooniparameetrite üle, nagu amplituud, energiasisend, temperatuur, rõhk, tahke aine ja vedeliku suhe, vooluhulk ja ekstraheerimisaeg. See muudab ultraheliekstraktsiooni sobivaks protsessi optimeerimiseks ja kvaliteedi projekteerimise (quality-by-design) lähenemisviisideks.
Apigeniinirikaste kummeliekstraktide puhul on vesilahusega etanool sageli eelistatud lahusti, sest see tasakaalustab polaarsust ja toidukvaliteedi vastuvõetavust. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) aitab flavonoidide ja teiste bioaktiivsete ainete vabanemist maksimeerida, minimeerides samal ajal töötlemisaega. Tulemuseks on tõhusam ekstraktsiooniprotsess, parem saagis ja selge tee laboratoorsetelt katsetelt kommertstootmiseni.

Kummeliekstraktsioon kosmeetikatootjatele

Kummel on populaarne kosmeetikas kasutatav koostisosa nahka rahustavate omaduste, taimse positsioneerimise ja looduslike koostiskontseptsioonide jaoks. Kummeliekstrakte kasutatakse kreemides, losjoonides, seerumites, šampoonides, palsamites, päevitusjärgsetes toodetes, beebihooldustoodetes, puhastustoodetes ja massaažiõlides.
Kosmeetikatootjad saavad kasu ultraheli töötluse (sonikeerimise) lahustite valiku paindlikkusest. Olenevalt koostisest saab kummeli ekstraheerida vesilahusega etanooli, vette, glütseriini, propüleenglükooli või õlidesse. Õlipõhine ultraheliga kummeliekstraktsioon on eriti atraktiivne veevabade palsamite, näoõlide ja looduslike nahahooldusvormide jaoks, samas kui vesi-alkoholekstraktid sobivad geelidele, toonikutele ja emulsioonidele.
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) toetab kosmeetikatootmist ka väljaspool ekstraktsiooni. Hielscheri ultraheliprotsessoreid kasutatakse emulgeerimiseks, homogeniseerimiseks ja dispergeerimiseks, mis tähendab, et sama ultraheliplatvorm võib toetada mitut vedelike töötlemise etappi kosmeetikatootmises. Hielscheri sisemine materjal toob kosmeetika esile ultraheliga vedelike töötlemisega teenindatavate tööstusharude hulgas ning määratleb emulsioonid, toimeained ja homogeniseerimise asjakohaste rakendusvaldkondadena.

Kirjandus / viited

• Oktaviani, N. M. D., Larasati, I. D., Nugroho, A. W., Setyaningsih, W., & Palma, M. (2024): Ultrasound-Assisted Extraction of L-Tryptophan from Chamomile Flower: Method Development and Application for Flower Parts Characterization and Varietal Difference. Trends in Sciences, 21(3), 2024. 7348.
• Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.

https://doi.org/10.15255/CABEQ.2015.2168

• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
• Turrini, F.; Beruto, M.; Mela, L.; Curir, P.; Triglia, G.; Boggia, R.; Zunin, P.; Monroy, F. (2021): Ultrasound-Assisted Extraction of Lavender (Lavandula angustifolia Miller, Cultivar Rosa) Solid By-Products Remaining after the Distillation of the Essential Oil. Applied Sciences 11, 2021.