Rakumaterjali ultraheliekstraktsioon

Ultraheliekstraktsioon ehk sonoekstraktsioon on protsessi intensiivistamise tehnoloogia, mis põhineb suure võimsusega ultraheli sidestamisel taime- või rakukoe suspensiooniga. Hielscher Ultrasonics pakub töökindlaid sonikaatoreid rakkude lõhkumiseks ja ekstraktsiooniks alates väikestest laboriproovidest kuni suurte mahtudeni tööstuslikus töötlemises. Ultrahelitoega ekstraktsiooni atraktiivsus seisneb materjali mittetermilises töötlemises, lihtsas rakendamises ja skaleeritavuses katsemastaabist tootmismastaapi.

Hielscheri ultraheliseadmed tekitavad suure intensiivsusega ultraheli, mida saab täpselt kohandada teie protsessi nõuetele.

Allpool olev loend annab ülevaate erinevatest ultraheli töötlusprotokollidest, mis näitavad suure võimsusega ultraheli laia rakendusvaldkonda bioloogias, toiduainete töötlemisel ja farmaatsiatoodangus.
Olenemata sellest, kas teil on silmas konkreetne botaaniline ekstraktsioon või soovite saada üldisemat teavet meie suure jõudlusega ultraheliekstraktorite kohta, kasutage palun allolevat kontaktivormi! Aitame teid hea meelega!

Boldiini ultraheliekstraktsioon boldo lehtedest (Peumus boldus Molina)

Ultraheli rakendus:
Boldo oluline toimeaine on boldiin ((S)-2,9-dihüdroksü-1,10-dimetoksiaporfiin), mis on lisaks katehhiinile ((2S,3R)-2-(3,4-dihüdroksü-fenüül)-3,4-dihüdro-1(2H)-bensopüraan-3,5,7-triool) boldo lehtede alkaloidide ja flavonoidide fraktsiooni peamine komponent. Boldiin on tugev antioksüdant, mis allub peroksüdatiivsele vabade radikaalide vahendatud kahjustusele ja toimib tõhusa hüdroksüülradikaalide püüdjana.
Ekstraktsiooni protseduur: Tüüpilise ekstraktsiooniprotseduuri puhul ekstraheeriti boldo lehtede proove 1L destilleeritud veega atmosfäärirõhul, kasutades sonikaatorit UIP1000hd perioodilises ja läbivoolurežiimis. Ekstraktsiooni kestus on 10 kuni 40 min., ultraheli intensiivsus 10 kuni 23 W/cm², ja temperatuurivahemik 10 kuni 70°C. Parimad tulemused saavutati järgmistel tingimustel: ultraheli intensiivsus 23 W/cm² 40 min. jooksul temperatuuril 36°C
Tulemused: Analüüsi tulemused näitavad, et suure võimsusega ultraheli töötlus parandab analüüdi vabanemist boldo taimsest maatriksmaterjalist oluliselt paremate määradega kui tavapärane meetod: samaväärne saagis vabanes ultraheli töötlusega 30 min. jooksul, tavapärase ekstraktsiooni kestus oli aga 2 h.
Chemat (2013) ja kaasautorid on näidanud, et ultrahelitoega ekstraktsioon parandab taimeekstraktsiooni tõhusust, lühendades samal ajal ekstraktsiooniaega ja suurendades ekstraktide kontsentratsiooni (sama kogus lahustit ja taimematerjali). Analüüs näitas, et optimeeritud tingimused olid: sonikeerimise võimsus 23 W/cm² seadmega UIP1000hd 40 min. jooksul ja temperatuuril 36°C. Ultraheliekstraktsiooni optimeeritud parameetrid tagavad parema ekstraktsiooni võrreldes tavapärase maseratsiooniga protsessi aja (30 min. asemel 120 min.), suurema saagise, suurema energiatõhususe, parema puhtuse, suurema ohutuse ja parema tootekvaliteedi poolest.
Seadme soovitus:
UIP1000hdT koos sonotroodi BS2d34 ja läbivoolukambriga
Viide / teadusartikkel:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Boldo lehtede partii ja pidev ultraheli abil ekstraheerimine (Peumus boldus Mol.). Rahvusvaheline molekulaarteaduste ajakiri 14, 2013. 5750-5764.

Klorogeenhappe ultraheliekstraktsioon tubakalehtedest

Ultraheli rakendus:
Ekstraktsioonikatseteks jahvatati Nicotiana tabacum tubakalehed väiksemateks osakesteks suurusega ligikaudu >4 x ≧2 mm. Ultraheliekstraktsiooni katseteks ekstraheeriti 20 g kuivatatud tubakalehe materjali proove destilleeritud veega temperatuuridel vahemikus 5°C kuni 30°C. Ekstraktsioonikatseid viidi läbi ekstraktsioonitsükli kestustega, mis varieerusid 5 minutist kuni 30 minutini tsükli kohta. Arvutatud 256 ml optimaalsele destilleeritud vee mahule, mis on vajalik kogu lahustuva klorogeenhappe ekstraheerimiseks 20 g kuivatatud tubakalehtede proovidest, lisati umbes 10 kuni 15 tilka etanooli. Seejärel jagati 256 ml optimaalne destilleeritud vee maht ekstraheeriva lahusti osamahtudeks, mida kasutati igas ultraheliekstraktsiooni tsüklis.
Ultraheliga kiiritamiseks kasutati ultraheliprotsessorit UP400S (400 vatti, 24 kHz) titaanist valmistatud sonotroodiga H7, mille otsa läbimõõt oli 7 mm. Sonotrood H7 asetati ekstraktsioonisegu poolde kõrgusesse.
Protokoll: Tubakalehtedest klorogeenhappe ultraheliekstraktsiooni optimaalseteks tingimusteks leiti: 20 g kuivatatud tubakalehti destilleeritud vees (optimaalne vedeliku ja tahke aine suhe: 12,8mL/g) töötlustemperatuuril 20 degC, ultraheliseade UP400S (400W, 24kHz) 3 ultraheli töötluse tsükliga, igaüks 15 min (ultraheli töötluse kogukestus: 45 min).
Seadme soovitus:
UP400S sonotroodiga H7
Viide / uurimistöö:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): ultraheli abil vesiekstraktsiooniprotsessi optimeerimine ja ortogonaalne disain klorogeenhappe ekstraheerimiseks kuivadest tubakalehtedest. Hiina looduslike ravimite ajakiri 2011.
Loe lähemalt tubaka ultraheliekstraktsiooni kohta!

Mangiferiini ultraheliekstraktsioon

Ultraheli rakendus:
Mangiferiin (1,3,6,7-tetrahüdroksü-2-[3,4,5-trihüdroksü-6-(hüdroksümetüül)oksaan-2-üül]ksanteen-9-oon; valem: C₁₉H₁₈O₁₁) on C-glükosüülksantooni struktuuriga polüfenool, mida leidub paljudes taimeliikides. Mangiferiinil on mitmesuguseid farmakoloogilisi toimeid. Mangiferiini regioselektiivset atsüülimist saab lipaasiga ultraheli töötluse (sonikeerimise) käigus väga tõhusalt katalüüsida. Võrreldes tavapäraste meetoditega paistab ultraheliga toetatud katalüüs silma lühema reaktsiooniaja ja kõrgema saagisega. Mangiferiini ultraheliatsüülimise optimaalseteks tingimusteks leiti järgmised:
lipaas: PCL, atsüüldoonor: vinüülatsetaat; reaktsioonilahusti: DMSO, reaktsioonitemperatuur: 45 degC, ultraheli võimsus: 200W; substraatide suhe: atsüüldoonor/mangiferiin 6/1, ensüümi kogus: 6 mg/ml
Regioselektiivse atsüülimise saagis oli kuni 84%.
Seadme soovitus:
UP200St või UP200Ht
Viide / uurimistöö:
vrd: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): The effect of ultrasound on lipase-catalyzed regioselective acylation of mangiferin in non-aqueous solvents. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Kapsaitsinoidide ultraheliekstraktsioon

Ultraheli rakendus:
Kapsaitsinoidide (kapsaitsiin, nordihüdrokapsaitsiin) ekstraheerimine tšillipaprikatest: kapsaitsinoidid saadi Capsicum frutescens paprikatest ultraheliekstraktsiooni teel järgmistel tingimustel: lahusti: 95% (v/v) etanool, lahusti ja massi suhe 10 ml/g, ultraheli töötlusega ekstraktsiooni aeg 40 min., ekstraktsioonitemperatuur 45°C. Ekstrakti saagis: 85% kapsaitsinoididest
Seadme soovitus:
UP400St
Loe lähemalt kapsaitsinoidide ultraheliga toetatud ekstraktsiooni kohta tšillipaprikatest!

Silümariini ultraheliekstraktsioon maarjaohakaseemnetest

Ultraheli rakendus:
Ultraheli abil toimuv ekstraheerimine viidi läbi ultraheli töötlusseadmega UP400S. Selles uuringus kasutati sarvtüüpi ultrahelisondi läbimõõduga 1,5 cm. 10 g rasvavaba piimaohaka pulbrit kaaluti täpselt ja lahustati 100 mL metanoolis. Keeduklaasi hoiti veevannis ja hoiti temperatuuril 25°C. Lahustis lahustatud piimaohaka pulbrit töödeldi ultrahelis erinevate ajavahemike jooksul (30, 60, 90, 120 ja 150 min.) Pärast iga ajavahemikku filtreeriti lahus läbi Whatmani filterpaberi ja iga filtraat (umbes 80mL) aurutati rotaatoraurustis, kuni lahuse maht oli 30 mL, ning fenoolsete ühendite neeldumist mõõdeti UV-nähtava spektrofotomeetriga lainepikkusel 517 nm vastavalt DPPH meetodile. Nagu eeldatud, suurendas pikem ekstraheerimisaeg silümariini sisaldust.
Uuringu autorid leidsid, et ultraheliekstraheerimine alkoholiekstraktide saamiseks on üks parimaid tehnikaid tavapäraste tehnikate asendamiseks. Ultraheliekstraheerimise tõendati andvat parema ekstrakti kvaliteedi. Täiendavad eelised on ajasääst, suurem efektiivsus jne.
Seadme soovitus:
UP400St
Viide / uurimistöö:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Silymarini komponentide ultraheli abil ekstraheerimine piima ohaka seemnetest (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311-318.
Lugege lähemalt piimaohaka seemnetest silümariini ultraheliekstraheerimise kohta!

Steviosiidi ultraheliekstraheerimine

Ultrahelirakendus:
10g kuiva ja jahvatatud stevia lehti ekstraheeriti 100mL vees pideva segamise all (magnetsegajaga). pH väärtust reguleeriti 0,01 M pH 7 naatriumfosfaadiga. Proov pandi 150 mL klaasist keeduklaasi ja seda töödeldi ultrahelis sondtüüpi sonikaatoriga UIP500hT (20kHz, 500W). Sonotroodi ots kasteti umbes 1,5 cm sügavusele stevia lehtede suspensiooni. Ultraheliseadme väljundvõimsuseks seati 350W. Leebe ultraheli töötlus võimsusega 350 W 5-10 min. jooksul püsival protsessitemperatuuril 30°C andis rebaudiosiid A saagise 30-34g 100g proovi kohta. Pärast ultraheli töötlust tsentrifuugiti ekstraktilahus ja filtreeriti läbi 0,45 μm mikropoorse membraani; filtraat võeti rebaudiosiid A kogusisalduse analüüsiks. Rebaudiosiid A kogusisalduse ekstraheerimissaagist analüüsiti HPLC-ga.
Lahustivaba ultrahelitoega ekstraktsiooniga saadi rebaudiosiid A kõrge saagis võrreldes traditsiooniliste ekstraheerimismeetoditega, nagu kuumekstraktsioon või leotamine (maseratsioon).
Seadme soovitus:
UIP500hdT
Lugege lähemalt steviat ultraheliga ekstraheerimise kohta!

Terpeenide ultraheliekstraheerimine

Ultrahelirakendus:
Lenduvate ühendite, näiteks terpeenide, ekstraheerimist kiudtüüpi Cannabis sativa L. sordi õisikutest saab ultraheliga tõhustada. Uuringud on näidanud, et pärast lühikest ultraheli töötlust vabanevad sihtterpeenid taimsest materjalist juba välja.
Tulemused näitavad, et ultraheli töötlus, mis ei kesta kauem kui 5 min, võimaldab saada terpeenide suurenenud kontsentratsiooni võrreldes leotamisega (maseratsiooniga). Seevastu üle 5 min kestev ultraheli töötlus suurendas δ-9-tetraidrocannabinol (THC) kontsentratsiooni.
Ultraheli töötluse protokoll:
Terpeenide ultrahelitoega ekstraheerimine viidi läbi, kasutades 200W sondtüüpi sonikaatorit. Ultraheliseade seati amplituudile 25%. Kolmele 50g kuivatatud õisikute alikvoodile lisati igaühele 250mL 70% etanooli v/v, mida kasutati ekstraheeriva lahustina. Iga keeduklaas ja selle sisu kasteti jäävanni. Ultraheli töötlust tehti 5, 10 ja 15 min. jooksul. Ultraheli ekstraheerimise protseduuri ajal tagati pidev kiire soojuse hajutamine, et hoida protsessi temperatuur alla 30°C. Pärast ekstraheerimist filtreeriti segud vaakumis läbi Whatman No. 3 paberi ning lahusti eemaldati rotatsioonvaakumaurustamisega. Iga ekstraheerimiskatse tehti kolmekordselt, kasutades kolme erinevat proovi.
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) osutus huvitavaks alternatiiviks maseratsioonile lenduvate ühendite ekstraheerimisel kanepi õisikutest, kuid näitab ka seda, et ultraheli töötlus ei tohi kesta kauem kui 5 minutit, et saavutada terpeenide suurem saagis. Seevastu üle 5 minutit kestnud ultraheli töötlus suurendas δ-9-tetraidrocannabinol’i (THC) kontsentratsiooni. Ultraheliekstraktsiooniga 5 min jooksul saadud Cannabis sativa õisikute ekstrakti võiks kasutada parfüümide koostisosana või jookide maitseainena. Seda saab kasutada alternatiivina tööstuslikule kanepile, mille varsi kasutatakse kiutööstuses ning õisikute ekstrakte kosmeetika- ja toiduainetööstuses.
Seadme soovitus:
UP200St või UP200Ht koos sonotroodi/ sondiga S26d14
Viide/ uurimistöö:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ultrasound-assisted extraction of volatile compounds from industrial Cannabis sativa L. inflorescences”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8–14.
Loe lähemalt ultraheliga toetatud terpeenide ekstraheerimise kohta!

Ekstraheerimisseade taimsete ühendite eraldamiseks: sondtüüpi ultraheli homogenisaator UP400ST, Büchi vaakumfilter ja rotatsioonaurusti fütokemikaalide ekstraheerimiseks.

Vanilliini ultraheli ekstraheerimine fermenteeritud vanilliooastest

Ultraheli rakendus:
Vanilliini ekstraheerimist optimeeriti ultraheli töötluse (sonikeerimise) abil. Selleks töötas 100-vatine ultraheliseade pulseerivas režiimis (tsüklid: 5 sek. sees, millele järgnes 5 sek. väljas).
Parimad tulemused saavutati ultraheli ekstraheerimisel 40% etanooliga 1 h jooksul temperatuuril 30°C. Tulemuste võrdlemiseks tavapäraste ekstraheerimismeetoditega tehti ka veevanni- ja ultraheli vanniga ekstraheerimised. Tulemused näitasid, et vanilliini ekstraheerimise optimeerimine ultraheli sonotroodiga 40% etanooliga 1 h jooksul temperatuuril 30°C oli võrreldav veevanniga ekstraheerimisega 40% etanooliga temperatuuril 56°C 15 h jooksul.
Seadme soovitus:
UP100H
Viide/ uurimistöö:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Improved Extraction of Vanillin 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde from Cured Vanilla Beans Using Ultrasound-Assisted Extraction: A Comparison of Ultrasound-Assisted and Hot Water Bath Extraction. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6–12.
Loe lähemalt ultraheli vanilliini ekstraheerimise eeliste kohta!

Fenoolsete ühendite ultraheli ekstraheerimine Ziziphus jujube viljadest

Ultraheli rakendus:
Jujube (Ziziphus Jujube) fenoolsete ühendite ultrahelitoega ekstraheerimiseks kasutati suure intensiivsusega sondtüüpi sonikaatorit UP200H võimsusega 200W ja sagedusega 24kHz. Ultraheliseade oli varustatud mikrotipuga sonotroodiga S2 (otsa läbimõõt 2 mm), mis sukeldati veevanni, kuhu oli asetatud proovi sisaldav sadestusklaas (sisemõõtmed: 280:195:135 mm). Ultraheli vibratsioonide amplituud oli 100% nominaalvõimsusest (maksimaalne amplituud 260 μm) ning akustiline võimsus 0,171402 W ja intensiivsus 21,8346 W/cm2 .Ultraheli intensiivsus määrati kalorimeetriliselt, mõõtes suspensiooni aja–temperatuuri tõusu adiabaatilistes tingimustes. Ultraheliekstraktsiooni protseduuri kasutati proovidest kogufenoolide ekstraheerimiseks vastavalt katseplaanile (optimeerimiseks).
Seadme soovitus:
UP200H koos sonotroodiga S2
Viide/ uurimistöö:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A. H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimeerige jujube (Ziziphus Jujube) fenoolsete ühendite ekstraheerimist, kasutades ultraheli abil ekstraheerimise meetodit. IECFP 2013.

Klõpsake siia, et leida rohkem sonikeerimisprotokolle bioloogilise materjali ultraheli töötluseks!