Väga tõhus vee-ekstraktsioon võimsa ultraheli abil

Taimsete ühendite vee-ekstraktsiooni (nt külma või kuuma vee ekstraktsioon, surve all toimuv vee-ekstraktsioon ja subkriitilise vee ekstraktsioon) saab ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) tõhusalt parandada. Ultraheli abil toimuv vee-ekstraktsioon annab mitte ainult suuremaid saagiseid ja lühendab töötlusaega, vaid tagab tavapäraste ekstraktsioonitehnikatega võrreldes ka väiksema energiatarbimise, leebemad ekstraktsioonitingimused ja kvaliteetsemad ekstraktid. Ultraheli vee-ekstraktsiooni kasutatakse edukalt paljude taimset päritolu ühendite, sealhulgas alkaloidide, flavonoidide, glükosiidide, fenoolsete ühendite ja polüsahhariidide ekstraheerimiseks.

Bioaktiivsete ühendite ultraheli vee-ekstraktsioon

Vesi on kõige polaarsem lahusti, mistõttu on see suurepärane lahusti polaarsete ühendite jaoks. Oma mittetoksilise ja keskkonnasõbraliku olemuse tõttu oleks vesi ideaalne lahusti mis tahes taimse ekstrakti jaoks. Vähempolaarsed ja mittepolaarsed komponendid lahustuvad vees aga halvasti või üldse mitte. Lisaks oleks ilma massiülekande soodustamiseta ekstraktsiooniprotsess vees uskumatult aeglane ja seetõttu ebaökonoomne. Suure intensiivsusega madalsageduslik ultraheli on väga tõhus ekstraktsioonitehnika, mis tagab intensiivse segamise ja massiülekande. Seetõttu on hästi teada, et ultraheli ekstraktsioon pakub tavapäraste ekstraktsioonimeetoditega võrreldes olulisi eeliseid. Nende eeliste hulka kuuluvad suuremad saagised, kiire töötlus, kiired partiivahetused ning pidev ekstraktsioon otse torustikus (inline), roheliste lahustite kasutamine, leebed ekstraktsioonitingimused, mis säilitavad ekstrakti ühendeid, töö ohutus ning lihtne skaleeritavus suurtele läbilaskevõimetele tööstuslikuks tootmiseks. (vrd Zabot et al., 2021)

Ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) parandatud kuuma vee ekstraktsioon

Taimsete ainete ekstraktsiooni vee-ekstraktsiooni käigus määravad parameetrid on temperatuur, aeg, rõhk ja taimse materjali pindala. Kuuma vee ekstrakti saab vee kõrge temperatuuri tõttu valmistada suhteliselt lühikese aja jooksul.
Lahendus: Saagist ja ekstraktsioonikiirust saab oluliselt suurendada, kui rakendada ultraheli segamist. Kuumal veel üksi on rakustruktuuride lõhkumise võime piiratud ning kõrged temperatuurid kahjustavad või hävitavad sageli kuumustundlikke ühendeid, mistõttu ekstrakti kvaliteet kannatab. Kui ultraheli ekstraktsiooni kombineeritakse kuuma vee ekstraktsiooniga, saab temperatuuri oluliselt langetada (nt 100 °C-lt 50 °C-ni), mis hoiab ära ekstraheeritud taimsete koostisosade termilise lagunemise, suurendab kogusaagist ja säästab energiat. Ultraheli kavitatsioon on ultraheli ekstraktsiooni nähtuse aluspõhimõte. Ultraheli (ehk akustiline) kavitatsioon on puhtmehaanilised jõud, mis lõhuvad rakuseinu, vabastavad sihtühendid ja parandavad massiülekannet raku sisemuse ja vee (lahusti) vahel. Seega annab ultraheli vee-ekstraktsioon suurepäraseid ekstraktsioonitulemusi.

Ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) parandatud külma vee ekstraktsioon

Külma vee ekstraktsioon (külma vee infusioon) on oluliselt ebatõhusam, kuna kuuma vee kasutamist välditakse. Külm või toatemperatuuriga vesi ei ekstraheeri taimseid ühendeid kuigi hästi, kuna külm vesi imbub taimsesse materjali tõeliselt aeglaselt ja massiülekanne on peaaegu tühine. Külma vee ekstraktsiooni eelis seisneb mis tahes temperatuuritõusu vältimises, hoides seeläbi ära kuumustundlike ühendite termilise lagunemise. Väga kehv ekstraktsioonidünaamika muudab tavapärase külma vee ekstraktsiooni aga kommertstootmises kasutuskõlbmatuks. Seetõttu kasutatakse külma vee infusiooni selle aeglase ja ebatõhusa olemuse tõttu peaaegu eranditult katsejärgus.
Lahendus: Kui külmvee ekstraheerimisse kaasata ultraheli töötlus, saab külmas vees leotamise aeglust ja ebaefektiivsust hõlpsasti ületada. Ultrahelil põhinev intensiivistatud külmvee ekstraheerimine võimaldab säilitada madalaid ekstraheerimistemperatuure, samal ajal kui tahke ja vedela faasi kokkupuutesse kantakse intensiivsed nihkejõud. Ultraheliekstraheerimise mehhanismi tulemusena avanevad rakuseinad ja taimsed ühendid vabanevad kiiresti vette. Ultraheli külmvee ekstraheerimine ja infusioon muudab külmleotamise väga tõhusaks protsessiks, mis annab lühikese ekstraheerimisaja jooksul suure saagise ja kvaliteetsed ekstraktid.

Survestatud vee ekstraheerimine koos ultraheli töötlusega

Ultraheliekstraheerimist iseloomustab mikrosegunemine, mis vibratsiooni kaudu soodustab lahusti tugevamat difusiooni osakesse ning osakese seest pinnale, intensiivistades massiülekannet. Lisaks vähendab ultraheli töötlus rakumaterjali osakeste suurust, mis parandab ultrahelitoega survestatud vedelikekstraheerimise mõju. Väiksemad osakesed suurusega ligikaudu 0,68 mm annavad suurema saagise kui suuremad osakesed (ligikaudu 1,05 mm), sest suurem pindala võimaldab märkimisväärselt tõhustada massiülekannet ja seeläbi parandada ekstraheerimissaagist. (vrd Zabot et al., 2021)

Tõhus survestatud külmvee ekstraheerimine võimsa ultrahelilainega

Kõrge rõhu all hõlbustub külma vee tungimine taimekoesse ning vees lahustuvad fütokemikaalid lahustuvad ilma termilist lagunemist põhjustamata. Kõrgsurve-külmvee ekstraheerimismeetodit saab ühendada ultrahelilainega, et parandada polaarsete ja mittepolaarsete taimsete koostisosade eraldamist. Vesi kui mittetoksiline, odav ja keskkonnasõbralik lahusti on atraktiivne alternatiiv orgaanilisele lahustile, eriti taimset päritolu toidu, ravimite ja toidulisandite tootmisel.
Ultrahelil põhinevaks intensiivistatud survestatud külmvee ekstraheerimiseks integreeritakse ultraheli sond (sonotrood) ekstraheerimismahutisse või läbivoolukambrisse. Mahutit või läbivoolukambrit survestatakse tavaliselt rõhuga 5 kuni 100 barg, sõltuvalt soovitud ekstrakti ühenditest. Hielscher Ultrasonics tarnib isegi kohandatud tööstuslikke ultraheli reaktoreid ja läbivoolukambreid, mida saab survestada kuni 300barg, võimaldades seada teie ekstraheerimisprotsessi jaoks optimaalse rõhu.

Ülekriitilise vee ekstraheerimine sonikeerimisega täiustatuna

Ultrahelilise toimega tõhustatud subkriitilise vee ekstraheerimine on veel üks sünergiline tehnika, kus võimsusultraheli parandab tahke ja vedela faasi vahelist massiülekannet. Subkriitilise vee ekstraheerimine (SWE) – tuntud ka kui rõhu all kuuma vee ekstraheerimine või ülekuumutatud vee ekstraheerimine – on harvemini kasutatav tehnika madalama polaarsusega taimsete ühendite ekstraheerimiseks. Subkriitilise vee ekstraheerimisel kasutatakse lahustina vett selle ülekriitilises olekus.
Mis on subkriitiline vesi ja miks on subkriitiline vesi hea lahusti vähempolaarsete taimsete ühendite ekstraheerimiseks? “Veel on palju termodünaamilisi omadusi, mida temperatuur ja rõhk tugevalt mõjutavad. Sõltuvalt tingimustest saab muuta selle agregaatolekut (tahke, vedel või gaasiline), termilist käitumist, tihedust või viskoossust. Temperatuuri ja rõhu tõstmisel üle kriitilise punkti (määratletud rõhul 221 bar ja temperatuuril 374 °C) võib vesi jõuda ülekriitilisse olekusse. Subkriitilistes tingimustes, mis vastavad temperatuuridele vahemikus 100°C kuni kriitilise temperatuurini (374°C) ning rõhule vahemikus 1 bar kuni kriitilise rõhuni (221 bar) aurustumise vältimiseks, vee polaarsus väheneb; see muudab vee paremaks lahustiks mitmesuguste orgaaniliste bioaktiivsete ühendite ekstraheerimiseks.” (Li ja Chemat, 2019)
Kui ultraheli kombineeritakse subkriitilise vee ekstraheerimisega, saab ekstraheerimise tõhusust parandada, suurendades ekstrakti saagist ja lühendades ekstraheerimisaega. Optimaalsete tulemuste saavutamiseks peaks rõhk suletud rõhualuses partiireaktoris või läbivoolukambriga reaktoris olema vähemalt kaks korda kõrgem kui vee aururõhk. (Vee aururõhu tabeli leiate selle lehe lõpust.)
Huang jt (2010) uurisid madalsagedusliku suure võimsusega ultraheli ekstraheerimistoimet koos subkriitilise vee ekstraheerimisega. Selleks ühendati ultraheli sond subkriitilise vee ekstraheerimisseadme katlaga, et ekstraheerida lenduvat õli taimest Lithospermum erythrorhizon. Tulemused näitasid, et 20 KHz ultraheli abil saavutatud tõhustav toime oli parem kui 36 KHz puhul ning kasvas väljundvõimsuse suurenedes (0-lt 250 W-ni). Subkriitilise vee ekstraheerimise saagis suurenes ultrahelivõnkumise (250 W, 20 KHz) toimel 1,87%-lt 2,39%-ni temperatuuril 160°C ja rõhul 5 MPa 25-minutilise ekstraheerimisprotseduuri jooksul. Ultraheli töötlus võiks parandada mitte ainult ekstraheerimissaagist, vaid ka ekstraheerimiskiirust, säästes seeläbi aega.
Ultraheli abil toetatud subkriitilise vee ekstraheerimist saab läbi viia madalamal rõhul (nt 5barg) kui tavapärast subkriitilise vee ekstraheerimist (nt 10MPa), mis säästab energiakulusid ja muudab ekstraheerimisprotseduuri ohutumaks.

Ultraheliga botaanilise ekstraheerimise eelised

Nii teadusuuringud kui ka tööstuslik rakendamine näitavad, et ultraheli abil toetatud ekstraheerimine on usaldusväärne ja lihtsasti kasutatav tehnika, mis ei nõua tehnilist taustaõpet ega põhjalikku väljaõpet. Väga kõrge ekstraheerimistõhusus, suured saagised, madalad tegevuskulud, samuti madalad investeeringukulud (eriti võrreldes muude tehnikatega, nagu CO₂ ekstraktorid) ja madalad energiakulud on sondtüüpi ultraheli ekstraktorite peamised eelised.
Veel eeliseid, mis muudavad ultraheliekstraheerimise tehnoloogia eelistatud meetodiks, on kvaliteetsed ekstraktid tänu madalatele ekstraheerimistemperatuuridele, usaldusväärsed tulemused (korratavus / reprodutseeritavus), täielikult lineaarne skaleeritavus mis tahes tootmistasemele ning väike hooldusvajadus.
„Muud sondtüüpi ultraheliekstraheerimise kasutamisega seotud eelised on ekstrakti lihtne käsitsemine, kiire teostus, jääkide puudumine, suur saagis, keskkonnasõbralikkus, parem kvaliteet ja ekstrakti lagunemise vältimine.”
(vrd Chemat ja Khan, 2011)

Ekstraheerimisseadmestik taimsete ainete isoleerimiseks: Sondtüüpi ultraheli seade UP400St, Büchi vaakumfilter ja rotaatoraurusti fütokemikaalide ekstraheerimiseks.

Suure jõudlusega ultraheliseadmed vee abil ekstraheerimiseks

Hielscher Ultrasonics ekstraktorid on taimsete ekstraktide valdkonnas hästi väljakujunenud, olenemata sellest, millist lahustit kasutatakse. Ekstraktide tootjad – nii väiksemad, eksklusiivsed nišiekstraktide valmistajad kui ka suuremahulised masstootjad – leiavad Hielscheri laiast seadmevalikust oma tootmisvajadustele ideaalse ultraheliekstraheerimise seadmestiku. Perioodilise toimega ning pidevad in-line protsessilahendused on kohe saadaval ja neid saab tarnida laovarust. Ultraheliekstraheerimine sobib kasutamiseks mis tahes lahustiga ning seda saab paindlikult rakendada mis tahes taimse materjali ekstraheerimisel. Vee kasutamine lahustina võimaldab toota mahesertifikaadiga ekstrakte ilma väga kalli „mahe“ etanooli kasutamiseta. (Loomulikult peab taimne materjal olema mahedalt kasvatatud, et toota mahedat veeekstrakti.)

Suure efektiivsusega ekstraheerimine Hielscher Ultrasonicsi seadmetega

Hielscher Ultrasonicsi ekstraktorid lõhuvad taimerakke tõhusalt, suurendavad taimse materjali pindala lahusti tungimiseks ning massiülekannet fütokemikaalide (sekundaarsete metaboliitide) vabastamiseks. Hielscheri ekstraktorid on kavandatud kasutajasõbralikkust silmas pidades, need paigaldatakse kiiresti ning neid saab kasutada ohutult ja intuitiivselt.

Kõrgeimate kvaliteedistandardite täitmine – kavandatud ja toodetud Saksamaal

Hielscheri ultraheliseadmete läbimõeldud riistvara ja nutikas tarkvara on kavandatud tagama usaldusväärsed ultraheliekstraheerimise tulemused teie taimsest toorainest, reprodutseeritavate tulemuste ning kasutajasõbraliku ja ohutu käitamisega. Töökindlus, usaldusväärsus, 24/7 töö täiskoormusel ja töötaja seisukohast lihtne käsitsemine on täiendavad kvaliteeditegurid, mis muudavad Hielscheri ultraheliseadmed eelistatuks.
Hielscher Ultrasonicsi ekstraktoreid kasutatakse kogu maailmas kvaliteetsete fütokemikaalide ekstraheerimisel. Hielscheri ultraheliekstraktoreid, mis on tõestatud kvaliteetsete taimsete ühendite saamisel, kasutavad mitte ainult väiksemad eri- ja butiikekstraktide valmistajad, vaid peamiselt laialdaselt kaubanduslikult kättesaadavate ekstraktide, toidulisandite ja ravimite tööstuslikus tootmises. Tänu oma töökindlale riistvarale ja nutikale tarkvarale on Hielscheri ultraheliprotsessoreid lihtne käitada ja jälgida.

Automaatne andmete protokollimine

Toidu, toidulisandite ja terapeutiliste toodete tootmisstandardite täitmiseks tuleb tootmisprotsesse üksikasjalikult jälgida ja dokumenteerida. Hielscher Ultrasonicsi digitaalsetel ultraheliseadmetel on automaatne andmete protokollimine. Tänu sellele nutikale funktsioonile salvestatakse kõik olulised protsessiparameetrid, nagu ultraheli energia (kogu- ja netoenergia), temperatuur, rõhk ja aeg, seadme sisselülitamisel automaatselt sisseehitatud SD-kaardile. Protsessi jälgimine ja andmete salvestamine on olulised pideva protsessistandardimise ja tootekvaliteedi jaoks. Automaatselt salvestatud protsessiandmetele juurde pääsedes saate eelnevaid sonikeerimisi üle vaadata ja tulemust hinnata.
Teine kasutajasõbralik funktsioon on meie digitaalsete ultrahelisüsteemide kaugjuhtimine brauseri kaudu. Brauseri kaugjuhtimise abil saate oma ultraheliprotsessorit kõikjalt kaugelt käivitada, peatada, reguleerida ja jälgida.
Kas soovite rohkem teada saada taimsetest materjalidest ultraheliga veeekstraheerimise eelistest? Võtke meiega kohe ühendust, et arutada oma taimeekstraktide tootmisprotsessi! Meie kogenud töötajad jagavad hea meelega lisateavet ultraheliekstraheerimise, meie ultrahelisüsteemide ja hindade kohta!

Allolev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Tehniline teave ultraheliga vees ekstraheerimise kohta

Tavapäraseid ekstraheerimismeetodeid, nagu maseratsioon, infusioon, perkolatsioon, dekoktsioon, refluksekstraktsioon, aurudestillatsioon, sublimatsioon ja pressimine, kasutatakse laialdaselt ravimühendite ekstraheerimiseks taimedest. Nende meetodite puudusteks on aeganõudev protsess, halb puhtus ja madal efektiivsus.

Ultraheliekstraheerimist mõjutavad protsessiparameetrid

Ultraheli abil toimuv ekstraheerimine on tuntud oma ainulaadsete omaduste ja eeliste poolest, mis teevad ultraheli töötlusest (sonikeerimisest) taimsete ühendite tavapäraste ekstraheerimismeetoditega võrreldes parima ekstraheerimistehnika. Ultraheliga abistatud ekstraheerimise peamine eelis seisneb ultraheli töötluse parameetrite (nt amplituud, aeg, temperatuur, rõhk) täpses kohandatavuses, mis võimaldab ultraheliprotsessi sihtühendile optimaalselt häälestada. Igal taimsel materjalil on ideaalsed ekstraheerimisparameetrid, mille korral saavutatakse parim saagis, kvaliteet ja ekstraheerimiskiirus. Ultraheliekstraheerimise protsess võimaldab need optimaalsed ekstraheerimistingimused täiuslikult kohandada.

Ultraheli amplituud

Amplituud on ultraheli sondi (sonotroodi) võnkumise nihe. Mida suurem on amplituud, seda intensiivsem on võnkumine ja kavitatsioon ultraheliga töödeldavas vedelikus. Hielscher Ultrasonics on spetsialiseerunud suure jõudlusega sondtüüpi ultraheli seadmetele, mis võimaldavad täpselt reguleeritavaid amplituude. Kohandatud sonde, mis suudavad pideva 24/7 töö korral anda kuni 200µm, on kohe laost saadaval. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on võimalik hõlpsasti valmistada ka kohandatud ultraheli sonotroode.
Amplituud on üks tähtsamaid – kui mitte kõige tähtsam – parameetreid tõhusa taimede ekstraheerimise jaoks. Suured amplituudid tekitavad vajalikud jõud rakuseinte purustamiseks ja rakusisese materjali vabastamiseks. Seetõttu muutub suure jõudlusega ultraheli töötlus taimsete ekstraktide valmistamisel nii tõhusaks.

Ultraheli töötluse aeg / kestus

Ultraheliga abistatud ekstraheerimine on tavaliselt palju lühem kui traditsioonilised meetodid, kuna ultraheli töötlus vabastab taimsed ühendid oluliselt suuremal ekstraheerimiskiirusel. Ultraheli töötlus võimaldab lühemaid ekstraheerimisprotseduure, mis kaitseb ekstraheeritud ühendeid ületöötlemise eest. Ultraheli tõttu lühem töötlemine tähendab suuremat läbilaskevõimet ja kõrgemat ekstrakti kvaliteeti.

Pulseeritud ultraheli töötlus

Ultraheli pulseerimine on töötlusrežiim, kus ultraheli töötlust katkestatakse kindlaksmääratud pausitsüklitega (nt 50% töötsükkel: 30 sek. SEES, 30 sek. VÄLJAS; 100% töötsükkel: pidev ultraheli töötlus ilma pausideta) Ultraheli töötsükkel (tuntud ka kui pulsirežiim või ultraheli pulseerimistsüklid) tähistab protsenti ajast, mille jooksul ultraheli on söötmesse suunatud (pulsi kestus), ühe pulsiperioodi kohta. Näiteks 50% tsükliga režiim oleks 30 sek. SEES, 30 sek. VÄLJAS. Töötsükli pausitsükli ajal naaseb ultraheliga töödeldav vedelik kindlaksmääratud ajaks (nt 30 sek.) häirimata olekusse, mis soodustab soojuse hajumist, et säilitada soovitud töötlemistemperatuur. Ultraheli töötsükkel on ekstraheerimise efektiivsuse jaoks vähem oluline, kuid seda kasutatakse teatud protsessitemperatuuri säilitamiseks.

Hüdrostaatiline rõhk

Rõhk on ultraheliprotsesside jaoks veel üks väga oluline parameeter. Hüdrostaatilise rõhu rakendamine ultraheliga töödeldavale söötmele mõjutab kavitatsiooni intensiivsust. Kõrgendatud rõhu tingimustes ultraheli- (akustilise) kavitatsiooni intensiivsus suureneb. Hielscher Ultrasonics pakub erinevat tüüpi ultraheli partiireaktoreid ja läbivoolukambreid, mida saab rõhu all kasutada intensiivsema ultraheli töötluse tulemuste saavutamiseks.

Ekstraheerimistemperatuur

Nagu iga mehaaniline töötlus, põhjustab ka ultraheli töötlus temperatuuri tõusu, mis on kooskõlas termodünaamika 2. seadusega. Sellegipoolest on ultraheli töötlus mittetermiline töötlusmeetod, kuna ultraheli abil toimuvad töötlused põhinevad puhtalt mehaanilistel jõududel (nimetatakse ka sonomehaanilisteks jõududeks). Ekstraheerimistemperatuuri saab ultraheliekstraheerimise ajal tõhusalt juhtida ja hoida teatud valitud temperatuurivahemikus. Kõik Hielscheri digitaalsed ultraheliprotsessorid on varustatud ühendatava temperatuurianduri ja nutika tarkvaraga, mille abil saab protsessile seada teatud temperatuurivahemiku. Kui see temperatuurivahemik ületatakse, teeb ultraheliseade pausi, kuni temperatuur on taas valitud vahemikus, ning jätkab seejärel sonikeerimist automaatselt. See Hielscheri ultraheliseadmete nutikas funktsioon võimaldab täpselt juhitavat sonikeerimisprotsessi ja ideaalseid tulemusi.
Kuna ekstraheerimistemperatuur võib olla erinevate taimsete ühendite ja taimede puhul erinev, on temperatuur oluline tegur, mida ei tohiks ultraheliprotsessi optimeerimisel tähelepanuta jätta. Näiteks leiti, et 80°C on ideaalne, et saavutada flavonoidide maksimaalne saagis liigist Sophora flavescens, samas kui nisukliidest arabinoksülaani ekstraheerimisel saadi parimad tulemused 50°C juures.

Kasutage ultraheliekstraheerimiseks mis tahes lahustit

Erinevatel taimsetel ühenditel on erinev polaarsus, mis mõjutab nende lahustuvust eri lahustites. Näiteks saponiinid ja polüsahhariidid on polaarsemad ning lahustuvad seetõttu hästi vees, kuna vesi on väga polaarne. Fenoolsed ühendid, nagu antotsüaniinid ja klorogeenhape, on seevastu üsna mittepolaarsed ning lahustuvad seetõttu paremini vähempolaarses lahustis, näiteks etanoolis. Seega tuleks lahusti valik teha vastavalt sihtühendite lahustuvusele, et saavutada kõrge ekstraheerimistõhusus. Näiteks on vesi hea lahusti polaarsete ühendite, näiteks psilotsübiini ekstraheerimiseks seentest, samuti oligosahhariidide, glükosiidide ja flavonoidide ekstraheerimiseks; samas etanooli ja vee segu etanoolikontsentratsiooniga 60% (v/v) sobib ultraheli abil toimuvaks ekstraheerimiseks, nt apigeniini, baikaliini ja luteoliini ühendite puhul.
Lugege lähemalt lahustite, lahusti polaarsuse ja ultraheliekstraheerimiseks kõige sobivamate lahustite kohta!

Vesi kui ekstraheerimislahusti

Vesi on kõige polaarsem lahusti ja sobib paljude polaarsete ühendite ekstraheerimiseks. Selle peamiste eeliste hulka kuulub võime lahustada paljusid aineid. Lisaks on see odav, mittetoksiline, ohutu ja mittesüttiv. Selle puudusteks on tugev selektiivsus polaarsete ühendite suhtes, mis tuleneb selle kõrgest polaarsusest. Kuna selle keemispunkt on kõrge, 100°C, nõuab ekstrakti kontsentreerimine (nt destilleerimise või rotatsioonaurustamise teel) suurt energiakulu. Lisaks on vesi vastuvõtlik bakterite ja hallitusseente kasvule.

Ultrahelisagedus

Ultrahelisagedust umbes 20kHz on tunnustatud kui kõige võimsamat ja tõhusamat taimede ekstraheerimiseks. See mõjutab ultraheli abil toimuva ekstraheerimise tõhusust ravimite toimeainete ekstraheerimisel taimedest. Üldiselt tekitab madal ultrahelisagedus (st ligikaudu 20kHz) intensiivsema kavitatsiooni (sonomehaanilised efektid), mille tulemuseks on ekstraheerimisprotsessi suurem tõhusus.

Taimne materjal

Taimsed materjalid võivad oma rakkude struktuuri ja jäikuse poolest suuresti erineda. Sõltuvalt rakuseina koostisest, mis võib sisaldada tselluloosi, hemitselluloose, ligniini, pektiinseid polüsahhariide, valke, fenoolseid ja mittetselluloosseid ühendeid ning vett, võivad rakuseinad olla kas tugevad või pehmed. Erinevad taimeliigid ja taimeosad sisaldavad nende rakuseina komponentide erinevaid tüüpe ja koguseid. Seetõttu vajab iga taimetüüp optimaalsete ekstraheerimistulemuste saavutamiseks spetsiifilisi töötlusparameetreid.
Kuna intensiivsust saab täpselt häälestada, suudavad Hielscheri ultraheli ekstraktorid usaldusväärselt lõhkuda nii pehmeid kui ka kõvasid rakuseinu. Pehmed rakuseinad võivad vajada vähem intensiivset ultraheli töötlust, samas kui tugevad rakustruktuurid saavad kasu intensiivsemast töötlusest.
Taimse ekstraheerimise tooraine võib olla värskelt koristatud (märg) või kuivatatud. Ultraheli ekstraheerimine sobib nii värskete/märgade kui ka kuivatatud taimede jaoks. Taimsete tahkete osakeste suurus on veel üks oluline tegur: suur eripind (st väike osakeste suurus) on kasulik, kuna see pakub ultraheli kavitatsioonilistele nihkejõududele suurt kontaktpinda, mis annab suurema efektiivsuse. Seetõttu taimne materjal macereeritakse või jahvatatakse väikesteks tükkideks (ca 3-5mm).

Miks on ultraheli ekstraheerimine parim meetod?

Efektiivsus

• Suuremad saagised
• Kiire ekstraheerimisprotsess – minutitega
• Kvaliteetsed ekstraktid – õrn, mittetermiline ekstraheerimine
• Rohelised lahustid (vesi, etanool, glütseriin, taimeõlid, NADES jne)

Lihtsus

• Plug-and-play – seadistamine ja kasutamine minutitega
• Suur läbilaskevõime – ekstraktide suuremahuliseks tootmiseks
• Partiidena või pidev inline-töö
• Lihtne paigaldus ja käivitamine
• Teisaldatav / liigutatav – kaasaskantavad seadmed või rataste peale ehitatud
• Lineaarne skaleerimine – lisa võimsuse suurendamiseks paralleelselt teine ultraheli süsteem
• Kaugseire ja -juhtimine – arvuti, nutitelefoni või tahvelarvuti kaudu
• Protsessi järelevalvet pole vaja – seadista ja käivita
• Suure jõudlusega – ette nähtud pidevaks 24/7 tootmiseks
• Töökindlus ja vähene hooldusvajadus
• Kõrge kvaliteet – Saksamaal kavandatud ja valmistatud
• Kiire laadimine ja tühjendamine partiide vahel
• Lihtne puhastada

Ohutus

• Lihtne ja ohutu kasutada
• Lahustivaba või lahustipõhine ekstraheerimine (vesi, etanool, taimeõlid, glütseriin jne)
• Ei mingeid kõrgeid rõhke ega temperatuure
• Saadaval on ATEX-sertifitseeritud plahvatuskindlad süsteemid
• Lihtne juhtida (ka kaugjuhtimise teel)

Kirjandus / viited

• Ping-ping Huang, Ri-fu Yang, Tai-qiu Qiu, Wei Zhang & Chun-mei Li (2010): Ultrasound-Enhanced Subcritical Water Extraction of Volatile Oil from Lithospermum erythrorhizon. Separation Science and Technology, 45:10, 1433-1439.
• Zabot, G. L., Viganó, J., & Silva, E. K. (2021): Low-Frequency Ultrasound Coupled with High-Pressure Technologies: Impact of Hybridized Techniques on the Recovery of Phytochemical Compounds. Molecules, 26(17), 2021. 5117.
• Li, Ying; Chemat, Farid (2019): Plant Based “Green Chemistry 2.0”: Moving from Evolutionary to Revolutionary. Springer Science 2019.
• 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.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
• Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.