Fütokeemia ja ultrahelitöötlus: taimede bioaktiivsete ühendite kõrge efektiivsusega ultraheliekstraheerimine

Fütokeemia on taimset päritolu keemiliste ühendite teadus – alates polüfenoolidest, flavonoididest ja alkaloididest kuni terpeenide, saponiinide, glükosiidide, pigmentide, antioksüdantide ja eeterlike õlide koostisosadeni. Need fütokemikaalid on väärtuslikud toidulisandite, ravimite, kosmeetika, toidu koostisosade, looduslike värvainete, lõhnaainete, taimeekstraktide ja analüütilise uurimistöö jaoks.

Täiustage oma fütokemikaalide ekstraheerimist Hielscheri ultraheli-seadmetega

Saada rohkem bioaktiivseid aineid lühema ajaga
Hielscheri sond-tüüpi ultraheliseadmed tõhustavad taimseid ekstraktsioone, purustades taimerakke ja kiirendades massiülekannet. See võimaldab taimekemikaalide suure saagikusega ekstraheerimist ürtidest, juurtest, lehtedest, õitest, viljadest, seemnetest, koorest, vetikatest ja muudest taimsetest materjalidest.

 
Miks valida Hielscheri ultraheliekstraktsioonisüsteemid

• Suurem saagis: Saada samast taimsest toorainest rohkem sihtühendeid.
• Lühemad töötlemisajad: Asendage pikk leotamine või kuumtöötlusega ekstraheerimine kiire ultrahelitöötlusega.
• Õrn, mittetermiline ekstraheerimine: Säilita kuumustundlikud fütokemikaalid, nagu polüfenoolid, terpeenid, antotsüaniinid, vitamiinid ja antioksüdandid.
• Lahustite paindlikkus: Kasutage vett, etanooli, etanooli ja vee segusid, glütseriini, õlisid, sügava eutektilisi lahusteid või muid sobivaid ekstraheerimisvahendeid.
• Protsessi täpne juhtimine: Reguleerige amplituudi, võimsust, sisendenergiat, aega, temperatuuri, rõhku ja voolukiirust.
• Lineaarne mastaapimine: Töötada laboris välja ekstraheerimise parameetrid ja viia need üle katse- ja tööstuslikku tootmisse.
• Partiipõhine ja järjestikune töötlemine: Valige laboratoorse mahuga ultrahelitöötlus, segamispaagis töötlemine või pidev läbivoolu ekstraheerimine.
• Tugev tööstusdisain: Hielscheri ultraheliseadmed on loodud nõudlikesse tootmiskeskkondadesse, tagades töökindluse ja lihtsa integreeritavuse.

Ultrahelitöötlus kiiremaks, puhtamaks ja täielikumaks fütokemikaalide ekstraheerimiseks

Et kasutada fütokemikaale ravimvormides, analüüsides või kaubanduslikes toodetes, tuleb need esmalt taimest eraldada. Just siin on ultrahelitöötlus muutunud üheks tõhusamaks ekstraheerimistehnoloogiaks. Sond-tüüpi ultraheliseadmed tekitavad vedelikes ja suspensioonides intensiivset akustilist kavitatsiooni. Sellest tulenev mikroturbulents, nihkejõud ja rõhukõikumised lõhustavad taimerakke, parandavad lahusti imendumist ja kiirendavad bioaktiivsete molekulide ülekandumist ekstraheerimiskeskkonda.

Hielscher Ultrasonics pakub suure jõudlusega ultraheliseadmeid fütokemikaalide ekstraheerimiseks alates laboratoorsetest uuringutest kuni täismahulise tööstusliku tootmiseni. Olgu tegemist botaanilise ekstrakti väljatöötamise, analüütiliste proovide ettevalmistamise optimeerimise või taimsete koostisosade tootmisprotsessi mastaapsustamisega, võimaldab ultrahelitöötlus teil täpselt reguleerida ekstraheerimise intensiivsust, tulemuste korratavust ja tootlikkust.

Mis on ultrahelitöötlus fütokeemias?

Ultrahelitöötlus on suure võimsusega ultraheli rakendamine vedelikule või suspensioonile. Fütokeemias kasutatakse ultrahelitöötlust kõige sagedamini ultraheli abil toimuva ekstraheerimise, proovide ettevalmistamise, rakkude purustamise, dispersiooni, emulgeerimise ja protsessi intensiivistamise eesmärgil.
Kui suure võimsusega ultraheliandur saadab helilained ekstraheerimiskeskkonda, tekitavad vahelduvad kõrge- ja madalrõhu tsüklid akustilise kavitatsiooni. Kavitatsioonimullid kasvavad ja lõhkevad ägedalt. See lõhkemine tekitab lokaalseid nihkejõude, vedeliku mikropurskeid ja intensiivset segunemist.

Botaaniliste ekstraktide puhul aitavad need mõjud:

• rakuseinte ja membraanide purunemine
• suurendada lahusti juurdepääsu rakusisestele ühenditele
• vähendada taimeosakeste ümber tekkivaid piirkihte
• parandada fütokemikaalide lahustumist lahustis
• lühendada ekstraheerimisaega
• parandada tulemuste korratavust
• vähendada liigse kuumuse või pikaajalise lahustiga kokkupuute vajadust

Selle tulemuseks on kiirem, tõhusam ja sageli õrnema toimega ekstraheerimisprotsess võrreldes tavapäraste leotamis-, infusioon-, perkolatsiooni- või refluksmeetoditega.

Miks ultraheli kasutamine on oluline tänapäevases fütokemikaalide ekstraheerimises

Taimsed toorained on keerulise koostisega. Bioaktiivsed ühendid asuvad taimerakkudes, on seotud struktuurikomponentidega või jaotunud erinevate kudede vahel. Tavaline ekstraheerimine nõuab sageli pikka viibeaega, suuri lahustikoguseid või kõrgeid temperatuure. Need tingimused võivad olla ebaefektiivsed ja põhjustada termolabiilsete ühendite lagunemist.
Ultraheli abil toimuv ekstraheerimine lahendab need piirangud, kiirendades fütokemikaalide füüsilist vabanemist. Selle asemel, et tugineda ainult passiivse difusioonile, lagundab ultraheli aktiivselt taimse materjali struktuuri ja soodustab massiülekannet.

Seetõttu on ultraheliekstraheerimine eriti kasulik, kui töötlejad vajavad:

• kallimate taimsete toorainete suurem saagikus
• lühemad tootmistsüklid
• Väiksem lahusti tarbimine
• soojustundlike ühendite tõhusam ekstraheerimine
• korratav ekstraheerimine kvaliteedikontrolliks
• skaleeritav töötlemine laborist tootmiseni
• ühilduvus roheliste lahustite ja puhta koostisega koostisosadega

Fütokeemiliste uuringute puhul parandab ultraheli töötlemine ka analüütiliste proovide ettevalmistamist. Laborid saavad sihtühendeid kiiresti ja ühtlaselt ekstraheerida enne HPLC-, GC-MS-, LC-MS-, UV-Vis-analüüsi, antioksüdantide määramist või muude analüüsimeetodite kasutamist.

Taimsete ekstraktide partiipõhine ja voogpõhine ultrahelitöötlus

Partiipõhine ultraheliekstraheerimine

Partiipõhine ultrahelitöötlus sobib ideaalselt laboratoorseteks uuringuteks, tootevormide väljatöötamiseks, väikesemahuliseks tootmiseks ja paindlikuks töötlemiseks. Sondiga ultraheliseade asetatakse anumasse, mis sisaldab taime-lahusti suspensiooni. Partiipõhine töötlemine on lihtne seadistada ja sobib suurepäraselt selliste parameetrite nagu lahusti tüüp, amplituud, ekstraheerimisaeg ja temperatuur testimiseks.

Pidev voog-ultraheli ekstraheerimine

Suuremate tootmismahude puhul on eelistatud lahendus pidev voog-ultrahelitöötlus. Taimne suspensioon pumbatakse läbi ultraheli-voogkambri, kus see allutatakse kontrollitud kavitatsioonile. Voog-töötlus parandab tulemuste korratavust, protsessi juhtimist ja tootlikkust. Samuti muudab see tootmise mastaapimise prognoositavamaks, kuna energiatarbimist, viibeaega ja voolukiirust on võimalik täpselt määratleda.
Hielscheri tööstuslikud ultraheliseadmed on mõeldud pidevaks tööks ning neid saab integreerida pumpade, soojusvahetite, hoidmismahutite, filtreerimissüsteemide, lahustite taaskasutamise ja järgneva kontsentreerimise süsteemidega.

Allpool olev tabel annab ülevaate meie ultraheli-ekstraktorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest taimse ekstrakti valmistamisel

Ultraheliga ekstraheeritud fütokemikaalid

Ultrahelitöötlus sobib paljude erinevate fütokemikaalide klasside jaoks. Ekstraheerimise tulemus sõltub taimse materjali liigist, osakeste suurusest, lahustist, temperatuurist, ultraheli amplituudist, viibeajast ja järgnevast eraldamisest.

Polüfenoolid ja flavonoidid

Polüfenoolid ja flavonoidid kuuluvad kõige enam uuritud fütokemikaalide hulka tänu oma antioksüdantsetele omadustele ja olulisele rollile toiduainete, toidulisandite ja kosmeetikatoodete koostises. Ultraheliekstraheerimine soodustab fenoolhapete, katehiinide, kvertsetiini, rutiini, antotsüaniinide ja nendega seotud ühendite vabanemist lehtedest, viljadest, koortest, õitest, seemnetest ja koorest.

Terpeenid ja eeterlike õlide koostisosad

Terpeenid ja aromaatsed ühendid on olulised taimeekstraktide, lõhnaainete, maitseainete ning kanepi või hampun töötlemisel. Ultrahelitöötlus võib parandada ekstrakti saamist taimekudedest, võimaldades samal ajal temperatuuri õrnalt reguleerida, mis on oluline lenduvate ja oksüdatsioonitundlike ühendite puhul.

Alkaloidid

Alkaloide leidub paljudes ravimtaimedes ning neid ekstraheeritakse sageli analüütilistel, farmaatsia- või toidulisandite eesmärkidel. Ultrahelitöötlus parandab maatriksi lagundamist ja võib kiirendada alkaloidide ülekandumist sobivatesse lahustitesse.

Saponinid, glükosiidid ja tanniinid

Paljud juured, maitsetaimed, kaunviljad ja ravimtaimed sisaldavad saponiine, glükosiide ja tanniine. Ultrahelitöötlus aitab neid ühendeid kiulistest või tihedatest taimsetest materjalidest vabastada ning seda protsessi on võimalik optimeerida, et saavutada ekstraheerimise saagikuse ja selektiivsuse vaheline tasakaal.

Pigmendid ja antioksüdandid

Looduslikud pigmendid, nagu antotsüaniinid, klorofüllid, karotenoidid ja betalaainid, on väärtuslikud toiduainete, jookide, kosmeetika ja analüütiliste rakenduste jaoks. Kuna paljud pigmendid on tundlikud kuumuse, hapniku ja pH suhtes, on kontrollitud temperatuuritingimustes toimuv ultraheliekstraheerimine väga soodne.

Kannabinoidid ja kanepi fütokemikaalid

Kanep ja marihuaana sisaldavad kanabinoide, terpeene, flavonoide ja muid taimseid koostisosi. Ultraheliekstraheerimine parandab nende ühendite eraldumist jahvatatud biomassist ning seda saab kohandada etanooli, etanooli-vee segude või muude lahustisüsteemidega.

Fütokemikaalide ekstraheerimine ultraheliga

Kirjandus / Viited