Ultraheli töötlus edestab teisi ekstraktsioonimeetodeid kiiruses
Ultraheliekstraktsiooni kiire protseduur ja sellest tulenev ajasääst ekstraktide tootmisel on üks paljudest eelistest, mida pakub bioaktiivsete ühendite ultraheliekstraktsioon taimedest. Ultraheliekstraktsiooni on teaduslikult võrreldud alternatiivsete ekstraktsioonitehnikatega, nagu ülekriitilise CO2 ekstraktsioon, maseratsioon, tagasijooksuga kuumutamine, Soxhleti ekstraktsioon või mikrolaine-ekstraktsioon, ning uurimistulemused tõendavad ultraheli töötluse olulist eelist ekstraktsioonikiiruse ja saagise osas.
Ultraheli töötlus kiire ekstraktsiooniprotseduurina
Bioaktiivsete ühendite ultraheliekstraktsioon on tuntud oma suure saagise, kvaliteetsete ekstraktide, lühikese ekstraktsiooniaja, väikese energiakulu ja võime poolest töötada väga õrnade lahustitega. Kõik need tegurid aitavad kaasa bioaktiivsete koostisosade ultraheliekstraktsiooni erakordsele üldisele tõhususele taimsetest materjalidest.
Allpool leiate valiku teadusuuringute aruandeid, milles ultraheliekstraktsiooni (ka ultraheliga toetatud ekstraktsioon / UAE) võrreldi teiste ekstraktsioonitehnikatega, näiteks maseratsioon, Soxhleti ekstraktsioon, tagasijooksuga kuumutamine, ülekriitiline CO2 ja mikrolaine-ekstraktsioon.
Sonikaator UP400St botaaniliste materjalide kiireks ekstraheerimiseks partiirežiimis
| Ekstraktsioonirakendus | Ultraheliekstraktsiooni aeg | Alternatiivse ekstraktsioonimeetodi aeg | Lisateave | Allikas |
|---|---|---|---|---|
| Antotsüaniinide ekstraheerimine mürdimarjadest | 5 min | 15 min mikrolaine |
sonikaator UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| Boldo lehtede ekstraheerimine | 5-30 min | 15-90 min maseratsioon |
sonikaator UIP1000hdT “Näeme, et 5 kuni 30 min sonikeerimisel on saagis samaväärne tavapärase maseratsiooni saagisega 15 kuni 90 min juures: UAE nõuab lehtede lahustuva materjali ekstraheerimiseks umbes kolmandiku tavapärase maseratsiooni ajast.” |
Petigny et al., 2013 |
| Fenoolide ja flavonoidide üldsisalduse ekstraheerimine salveist | 11 min | 30 min tavapärane ekstraktsioon veevannis loksutiga temperatuuril 60ºC |
ultraheli ekstraktorid UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Oliivilehtede polüfenoolide ekstraheerimine | 21 min | 60min tavapärane tagasijooksuga ekstraheerimine |
sonikaator UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Bioaktiivsete fenoolide ekstraheerimine Malva sylvestris lehtedest | 49 min 48°C ja 110W |
5 h loksutatava kihiga ekstraktsioon kiirusel 150 rpm |
Sonikaator UP200S HPLC analüüs näitas, et bioaktiivsete fenoolide kontsentratsioon suurenes oluliselt (p≺0,05) optimaalsetel UAE tingimustel. |
Bimakr et al., 2017 |
| Lipiidide ekstraheerimine talikõrvitsa (Benincasa hispida) seemnetest | ∼36 min | Ülekriitilise süsinikdioksiidi ekstraktsioon kombineerituna rõhuvahetustehnikaga (SCE-PST) (∼50 min), ülekriitiline CO2 (∼97 min), ja tavapärane Soxhleti ekstraktsioon (∼360 min) | Ülekriitilise süsinikdioksiidi (sCO2), ultraheliga toetatud ekstraktsiooni (UAE), rõhuvahetustehnikaga kombineeritud ülekriitilise süsinikdioksiidi ekstraktsiooni (SCE-PST) ja Soxhleti ekstraktsiooni võrdlus näitab, et UAE on kõige tõhusam ja kiirem ekstraktsioonitehnika. | Bimakr et al. (2015) |
Ülekriitilise süsinikdioksiidi (sCO2), ultraheliga toetatud ekstraktsiooni (UAE), rõhuvahetustehnikaga kombineeritud ülekriitilise süsinikdioksiidi ekstraktsiooni (SCE-PST) ja Soxhleti ekstraktsiooni võrdlus näitab, et UAE on kõige tõhusam ja kiirem ekstraktsioonitehnika.
- Kõrge ekstraktsioonitõhusus
- Parem ekstraktsioonisaagis
- Kiire protsess
- Madalad temperatuurid
- Sobib termolabiilsete ühendite ekstraheerimiseks
- Ühildub iga lahustiga
- Väike energiakulu
- Keskkonnasäästlik ekstraktsioonitehnika
- Lihtne ja ohutu kasutus
- Väikesed investeeringu- ja tegevuskulud
- Töö ööpäevaringselt, 24/7, raskes töörežiimis
Suure jõudlusega ultraheli ekstraktorid ühendite ekspressisoleerimiseks
Hielscheri tipptasemel ultraheliseadmed võimaldavad kiiresti ekstraheerida kvaliteetseid biomolekule taimedest. Täielik kontroll protsessiparameetrite, nagu amplituud, temperatuur, rõhk ja energiasisend, üle võimaldab kõige tõhusamaid ja õrnemaid ekstraktsioonitingimusi, mille tulemuseks on kahjustamata, väga bioaktiivsed ekstraktid. Ultraheliekstraktsiooni parameetreid, nagu toorme osakeste suurus, lahusti tüüp, tahke aine ja lahusti suhe ning ekstraktsiooniaeg, saab optimeerida suurima tõhususe ja parima üldtulemuse saavutamiseks. Kuna ultraheliekstraktsioon on mittetermiline ekstraktsioonimeetod, saab bioaktiivsete koostisosade termilist lagunemist vältida, mis tagab ekstrakti parema kvaliteedi.
Kokkuvõttes muudavad sellised eelised nagu suur saagis, lühike ekstraktsiooniaeg, madal ekstraktsioonitemperatuur ja väiksem lahustivajadus ultraheli töötluse eelistatud ekstraktsioonimeetodiks.
Ultraheli töötlus edestab mikrolaineid antotsüaniinide ekstraheerimisel mürdimarjadest. Sonikeerimine on kolm korda kiirem kui mikrolaine-ekstraktsioon.
Ultraheli ja veevannis loksutiga tehtava tavapärase ekstraktsiooni võrdlus näitab, et fenoolide ja flavonoidide üldsisalduse ekstraheerimise aeg salveist on ultraheliekstraktsiooni kasutamisel oluliselt lühem. Ultraheliekstraktsioon nõuab ainult ühe kolmandiku veevannis loksutiga ekstraheerimise ajast.
Ultraheliekstraktsioon: laboris ja tööstuses väljakujunenud meetod
Ultraheliekstraktsiooni kasutatakse laialdaselt igat liiki bioaktiivsete ühendite ekstraheerimiseks botaanilistest materjalidest, seentest, vetikatest, bakteritest ja imetajarakkudest. Ultraheliekstraktsioon on kinnistunud lihtsa, kuluefektiivse ja väga tõhusa tehnikana, mis edestab teisi traditsioonilisi ekstraktsioonitehnikaid suurema ekstraktsioonisaagise ja lühema töötlusaja poolest.
Kuna labori-, lauaseadmed ja täielikult tööstuslikud ultraheli süsteemid on kergesti kättesaadavad, on ultraheliekstraktsioon tänapäeval väljakujunenud ja usaldusväärne tehnoloogia. Hielscheri ultraheli ekstraktorid on paigaldatud kogu maailmas tööstuslikesse töötlemisettevõtetesse toidu- ja farmatseutilise kvaliteediga bioaktiivsete ühendite tootmiseks.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster seadmetest UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamis-, dispergeerimis-, emulgeerimis- ja ekstraktsioonirakendusteks labori-, pilootmastaabis ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus / viited
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Teadmisväärset
Ultraheliekstraktsiooni tööpõhimõte
Ultraheliekstraktsioon on laialdaselt kasutatav meetod bioaktiivsete komponentide isoleerimiseks ja eraldamiseks taimsetest materjalidest. Kuna ultraheli töötlus ühildub igat liiki lahustitega, saab ultraheliekstraktsiooni protseduuri optimaalselt kujundada bioaktiivsete ühendite (st sihtühendite), nende polaarsuse, lahustuvuse, kuumustundlikkuse ja muude tegurite järgi. Kohandades sonikeerimisprotsessi konkreetselt teatud ühendile või mitmele ühendile, saab valida kõige ideaalsema seadistuse, et saada erakordselt kõrge kvaliteediga ekstrakt.
Vedelikku või suspensiooni sisestatud ultraheli lained tekitavad intensiivseid vibratsioone ja akustilist kavitatsiooni. Akustilist ehk ultraheli kavitatsiooni määravad lokaalselt esinevad äärmiselt suured rõhuerinevused, nihkejõud ja vedelikujoad. Need jõud purustavad rakuseinu, lõhuvad taimerakke ja tugevdavad massiülekannet raku sisemuse ja lahusti vahel. Seeläbi vabanevad bioaktiivsed koostisosad tõhusalt ümbritsevasse lahustisse, kust sihtmolekule saab hõlpsasti isoleerida ja puhastada (nt rotatsioonaurustamise, aurudestillatsiooni või HPLC abil).
Ultraheliekstraktsioon taimerakkudest: mikroskoopiline ristlõige (TS) näitab toimemehhanisme ultraheliekstraktsiooni ajal rakkudest (suurendus 2000x)
[allikas: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laboriseadmetest kuni tööstusliku suurusega seadmeteni.