Kõige tõhusam ekstraheerimismeetod taimsete ainete jaoks

Kas otsite võimsat ja töökindlat ekstraheerimisseadmestikku kvaliteetsete taimeekstraktide valmistamiseks? Siit leiate levinud ekstraheerimistehnikate – sealhulgas ultraheliekstraktsiooni, ülekriitilise CO2 ekstraktsiooni, etanoolekstraktsiooni, maseratsiooni ja teiste – võrdluse ning nende eelised ja puudused.

Taimsete ainete ekstraheerimine ultraheli abil võrreldes alternatiivsete tehnikatega

Taimsete ainete ekstraheerimist saab teostada erinevate tehnikatega. Efektiivsust, ekstrakti saagist ja kvaliteeti mõjutavad siiski suuresti kasutatav ekstraheerimismeetod ja protokoll. Maseratsioon, ülekriitilise CO2 ekstraktsioon, perkolatsioon ja Soxhleti ekstraktsioon on levinud ekstraheerimismeetodid, mis annavad sageli ebapiisavaid ekstraheerimistulemusi.
Ultraheliekstraktsioon on keerukas isoleerimistehnika, mis ületab traditsioonilisi ekstraheerimismeetodeid mitmes aspektis.
Ultrahelisondiga teostatav ultraheliekstraktsioon on väga tõhus meetod ühendite ekstraheerimiseks taimedest ja muudest materjalidest. Võrreldes teiste meetoditega, nagu maseratsioon, CO2 ekstraktsioon, perkolatsioon ja mikrolaine-ekstraktsioon, on sondtüüpi ultraheliekstraktsioon parem mitme eelise tõttu:

• Kiirem ekstraheerimine: Sondtüüpi ultraheliekstraktsioon suudab ühendeid ekstraheerida palju kiiremini kui maseratsioon ja perkolatsioon. Põhjus on selles, et ultrahelilained tekitavad lahustis kavitatsioonimulle, mis tekitavad mikrolööke, mis aitavad rakuseinu lõhkuda ja ühendeid kiiremini vabastada.
• Suurem saagis: Sondtüüpi ultraheliekstraktsioon suudab ekstraheerida ühendeid suurema saagisega kui maseratsioon, CO2 ekstraktsioon ja perkolatsioon. Põhjus on selles, et ultrahelilained aitavad ekstraheeritavast materjalist vabastada rohkem sihtühendeid.
• Tõhusam: Sondtüüpi ultraheliekstraktsioon on tõhusam kui maseratsioon, CO2 ekstraktsioon, perkolatsioon ja Soxhleti ekstraktorid, kuna sama koguse ühendite ekstraheerimiseks on vaja vähem lahustit. Põhjus on selles, et ultrahelilained aitavad suurendada sihtühendite lahustuvust lahustis.
• Mitmekülgsus: Sondtüüpi ultraheliekstraktsiooni saab kasutada paljude erinevate ühendite ekstraheerimiseks mitmesugustest materjalidest, sealhulgas nii hüdrofiilsete kui ka hüdrofoobsete ühendite puhul. See tähendab, et ultraheli sobib suurepäraselt ka täisspektriliste ekstraktide tootmiseks.
• Madal hind: Sondtüüpi ultraheliekstraktsioon on üldiselt odavam kui CO2 ekstraktsioon, perkolatsioon, maseratsioon ja Soxhleti ekstraktsioon, kuna see ei vaja kõrgsurveseadmeid ega ajamahukat tööd.
• Keskkonnasõbralik: Ultrahelisondid võimaldavad keskkonnasõbralikku ekstraheerimist, kuna see nõuab võrreldes teiste meetoditega vähem lahustit ja energiat ning tekitab vähem jäätmeid. Kuigi ultraheli töötlus (sonikeerimine) sobib kasutamiseks mis tahes lahustitega, saab sonikeerimise kõrge efektiivsuse tõttu mürgiseid lahusteid enamasti vältida. Etanool, vesilahuseline etanool ja vesi on suurepärased lahustid taimsete ainete ultraheliekstraktsiooniks.

Traditsiooniliste taimsete ainete ekstraheerimistehnikatega võrreldes pakub sondtüüpi ultraheliekstraktsioon olulisi eeliseid, mis seletab ultraheliekstraktsiooni laialdast kasutamist paljude taimedest pärinevate bioaktiivsete ühendite jaoks.

Kvaliteetsete ekstraktide ekstraheerimine taimsetest ainetest

Kvaliteetsete taimeekstraktide saamiseks on oluline mitte ainult toormaterjal (taimne materjal), vaid otsustava tähtsusega on ka kasutatav ekstraktsioonitehnika. Taimeekstraktid on temperatuuritundlikud, mis tähendab, et kuumus lagundab neid. Seetõttu on ülioluline valida mittetermiline ekstraktsioonimeetod.
Ekstraktsioonilahusti valik on veel üks oluline tegur, mis mõjutab ekstrakti kvaliteeti. Lahustid nagu heksaan, metanool, butaan ja muud agressiivsed kemikaalid võivad ekstrakti saastada. Isegi kui lahustid eemaldatakse pärast ekstraktsiooni, võib lõppekstraktis leiduda toksiliste lahustite jälgi. Vesi, alkohol, etanool, glütseriin või taimeõlid on ohutud, mittetoksilised lahustid, mille tarbimine on FDA poolt heaks kiidetud.

Taimede ekstraktsiooni samm-sammuline protokoll ultrahelisondi abil

Kuidas ekstraheeritakse taimedest bioaktiivseid ühendeid sondi-tüüpi ultraheli töötluse (sonikeerimise) abil? Allpool leiate samm-sammulise juhendi fütokemikaalide ja bioaktiivsete ühendite ekstraheerimiseks taimsest materjalist, nagu lehed, kroonlehed, viljakehad, varred, juured või risoomid!

1. Kõigepealt jahvatatakse või tükeldatakse taimne materjal väikesteks tükkideks, et suurendada ekstraktsiooniks kasutatavat pindala.
2. Seejärel segatakse taimne materjal lahustiga (nagu etanool või vesi), et ekstraheerida polüfenoolid.
3. Seejärel kasutatakse sondi-tüüpi ultraheli töötlust (sonikeerimist) ekstraktsiooniprotsessi toetamiseks, rakendades segule suure intensiivsusega madalsageduslikke ultraheli laineid sagedusega ca 20kHz. See põhjustab akustilist kavitatsiooni ja lahusti kiiret vibratsiooni, mis soodustab taimerakkude lagunemist ja lõhkumist ning bioaktiivsete ainete, nagu polüfenoolid, flavonoidid ja vitamiinid, vabanemist.
4. Seejärel filtreeritakse segu, et eraldada tahke taimne materjal vedelikust, mis sisaldab ekstraheeritud bioaktiivseid ühendeid.
5. Seejärel vedelik aurustatakse või allutatakse edasisele töötlusele, et eemaldada lahusti ja kontsentreerida bioaktiivsed molekulid.
6. Lõpptoode on bioaktiivsete ainete poolest rikas ekstrakt, mida saab kasutada mitmesugustes rakendustes, näiteks toidulisandites, funktsionaalsetes toiduainetes ja kosmeetikatoodetes.

Märkus: See on protsessi ülevaade ning konkreetsed tingimused (lahusti, taimse materjali ja lahusti suhe, ekstraheerimisaeg, ultraheli töötluse võimsus jne) võivad olenevalt taimsest allikast ja soovitud bioaktiivse aine sisaldusest erineda.

Kuidas ultraheliekstraktsioon töötab?

Ultraheliekstraktsioon põhineb ultraheli akustilise kavitatsiooni toimeprintsiibil ja on puhtmehaaniline töötlus. Sarnaselt suure nihkejõuga segistile tekitab ultraheli homogenisaator töödeldavas keskkonnas ainult mehaanilisi nihkejõude. Ultraheliekstraktsioon ise on mittetermiline, keemiavaba ekstraheerimismeetod.
Mis on akustiline kavitatsioon? – Akustiline ehk ultraheli kavitatsioon tekib siis, kui suure võimsusega madalsageduslik ultraheli juhitakse vedelikus (lahustis) olevast taimsest materjalist koosnevasse suspensiooni. Suure võimsusega ultraheli juhitakse sondtüüpi ultraheliprotsessori kaudu taimsesse suspensiooni. Suure energiaga ultraheli levib läbi vedeliku, tekitades vahelduvaid kõrg- ja madalrõhutsükleid, mille tulemusena tekib akustilise kavitatsiooni nähtus. Akustiline ehk ultraheli kavitatsioon põhjustab lokaalselt äärmuslikke tingimusi, näiteks väga suuri rõhuvahesid ja tugevaid nihkejõude. Kui kavitatsioonimullid implodeerivad tahkete osakeste (nt osakeste, taimerakkude, kudede jms) pinnal, tekitavad mikrovoolud ja osakestevahelised kokkupõrked sellised toimed nagu osakeste lagunemine, sonoporatsioon (rakuseinte ja rakumembraanide perforeerimine) ning rakkude lõhkumine (desintegreerimine). Lisaks tekitab kavitatsioonimullide implosioon vedelas keskkonnas turbulentsi ja segunemist, mis soodustab massiülekannet rakusisese ruumi ja ümbritseva lahusti vahel. Ultraheliga kiiritamine on väga tõhus viis massiülekandeprotsesside tõhustamiseks, kuna ultraheli töötlus (sonikeerimine) põhjustab kavitatsiooni ja sellega seotud mehhanisme, näiteks vedelikujoontest tingitud mikroliikumist ning materjali kokkusurumist ja paisumist, millele järgneb rakuseinte lõhkumine.
Sõltuvalt toormaterjalist võib ultraheliekstraktsiooni protsess nõuda suurt intensiivsust, nt jäikade taimerakkude või kõrge tselluloosisisaldusega materjali lõhkumiseks. Sondtüüpi sonikaatorid suudavad tekitada väga suuri amplituude, mis on vajalik mõjusa kavitatsiooni tekitamiseks. Hielscher Ultrasonic toodab suure jõudlusega ultraheliekstraktoreid, mis suudavad pidevas 24/7 töörežiimis hõlpsasti tekitada 200µm amplituude. Veelgi suuremate amplituudide jaoks pakub Hielscher spetsiaalseid suure amplituudiga sonotroode (sonde).
Kavitatsiooni tugevdamiseks kasutatakse survestatavaid ultraheli reaktoreid ja läbivoolukambreid. Rõhu suurenedes muutuvad kavitatsioon ja kavitatsioonist tingitud nihkejõud hävitavamaks ning parandavad seeläbi ultraheliekstraktsiooni toimet.

Fütokemikaalide ja bioaktiivsete ühendite ekstraheerimine ultraheli töötlusega (sonikeerimisega)

Ultraheliekstraktsiooni kasutatakse paljude erinevate bioaktiivsete ühendite (nn fütokemikaalide) vabastamiseks ja isoleerimiseks taimsest materjalist.
Allolev loetelu annab väikese ülevaate ultraheliga ekstraheeritavatest fütokemikaalidest:

• CBD ja teised kannabinoidid kanepist ja kanepiseemnetaimest
• Terpeenid
• Ingver
• Rosmariin
• Kapsaitsiin tšillipipardest
• Kofeiin kohviubadest
• Astaksantiin vetikatest
• Allitsiin küüslaugust
• Katehhiinid (EGEC) teest
• Propolis
• Ellagitanniinid granaatõunast
• Ayurveda ravimtaimeekstraktid
• Nikotiin tubakast
• Eeterlikud õlid
• Fütokemikaalid nõgesest
• Pektiinid tsitrusviljade koortest
• Polüfenoolid mangokoorest
• Taraksatsiin ja taraksasterool võilillest

Lahustid ultraheliekstraktsiooniks

Ultraheliekstraktsioon sobib kasutamiseks peaaegu iga lahustiga. Taimsetest materjalidest bioaktiivsete ühendite ekstraheerimiseks kasutatakse kõige sagedamini etanooli, vett, etanooli ja vee segu, glütseriini ja taimeõlisid, kuna neid lahusteid peetakse tarbimiseks ohutuks ja neid on lihtne kasutada.
Loe lähemalt ultraheliekstraktsioonil kasutatavate lahustite kohta!

Ultraheli etanoolekstraktsiooni eelised

Etanool on üks ultraheliekstraktsioonil kõige sagedamini kasutatavaid lahusteid tänu oma ohutusele (FDA poolt tarbimiseks heaks kiidetud), tõhususele ja laiale lahustamisvõimele. Ultraheli etanoolekstraktsioon edestab teisi lahusteid ja ekstraktsioonitehnoloogiaid kuluefektiivsuse, lineaarse skaleeritavuse, lihtsuse ja ohutuse poolest.
Etanooli suurepärane tõhusus lahustina on seotud selle keemilise koostisega, mis hõlmab süsivesinikahelat ja ühte hüdroksüülrühma. See keemiline koostis võimaldab etanoolil lahustada ja ekstraheerida väga laia valikut aineid, sealhulgas polüfenoole, flavonoide, terpeene, kannabinoide ja lipiide (õlisid).
Näiteks ei vaja kannabinoidide ultraheli etanoolekstraktsioon taliseerimist (vahaärastust), mis on samm, mida teiste ekstraktsioonimeetodite, näiteks CO2-ekstraktsiooni puhul on vaja vahade eemaldamiseks.

Etanoolekstraktsioon avaldab erinevaid mõjusid sõltuvalt etanooli temperatuurist. Kuumutatud etanooli kasutatakse sageli täisspektriekstraktide valmistamiseks, mida hinnatakse nende saatjaefekti (entourage effect) tõttu. Teisalt kasutatakse jääkülma etanooli eelistatult ürdi- või kannabisedistillaatide valmistamiseks. Ekstraktsioon jääkülmas etanoolis ei vaja järgnevat filtreerimist. Kuna ultraheliekstraktsioon on mittetermiline töötlus, saab seda kasutada kuuma/sooja või jahutatud/jääkülma etanooliga. Mantliga ultraheli reaktorid aitavad töötlemise ajal hoida soovitud töötlustemperatuuri. Ultraheliseadme digitaalne juhtimine ja nutikas tarkvara jälgivad töötlustemperatuuri ühendatavate temperatuurianduritega ning neid saab programmeerida ekstraktsioonitöötlust peatama või pausile panema, kui keskkonna temperatuur väljub teatud vahemikust.

Osta kõige tõhusamad ultraheliekstraktsiooniseadmed!

Hielscher Ultrasonicsi suure jõudlusega ekstraktsioonisüsteemid on saadaval igas mõõtkavas alates väikesest laborimahust ja keskmise suurusega pilootmõõtkavast kuni täielikult tööstusliku tootmiseni, mis ulatub mitme tonnini tunnis. Sõltuvalt läbilaskevõimest saab Hielscheri ultraheliekstraktoreid kasutada partiirežiimis või pidevas inline-režiimis. Lahusti valik on teie otsustada, sest Hielscheri sonikaatoreid saab kasutada koos mis tahes lahustiga. Kõiki ultraheliekstraktsiooniseadmeid on lihtne ja ohutu kasutada. Vastavalt teie tooraine, protsessimahtude ja väljundi eesmärgile pakub Hielscher teile kõige sobivamat sonikaatorit.
Ultraheliekstraktsiooniprotsesse mõjutavad tooraine, lahusti ja läbilaskevõime. Ideaalse ultraheliseadistuse kokkupanekuks teie ekstraktsiooniprotsessi jaoks on saadaval mitmesuguseid tarvikuid, näiteks erineva suuruse ja kujuga sonotroodid (sondid), võimendi sarved (booster horns), erineva mahu ja geomeetriaga läbivoolukambrid, ühendatavad temperatuuri- ja rõhuandurid ning paljud muud lisaseadmed.
Protsessi juhtimine on reprodutseeritavate tulemuste saamiseks ülioluline. Seetõttu on kõik digitaalsed mudelid varustatud intelligentse tarkvaraga, mis võimaldab teil ekstraktsiooniparameetreid kohandada, jälgida ja üle vaadata. Tänu amplituudi, ultraheli töötluse (sonikeerimise) aja ja töötsüklite täpsele juhtimisele on võimalik saavutada optimaalseid protsessitulemusi, näiteks suurepärast saagist ja kõrgeimat ekstrakti kvaliteeti. Ultraheli töötluse automaatne andmete salvestamine on aluseks protsessi standardimisele ning reprodutseeritavusele / korratavusele, mida nõuavad head tootmistavad (GMP).

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest: