فیتوشیمی و فراصوت‌دهی: استخراج ترکیبات زیست‌فعال گیاهی با فراصوت و کارایی بالا

فیتوشیمی علم مطالعهٔ ترکیبات شیمیایی با منشأ گیاهی است – از پلی‌فنول‌ها، فلاونوئیدها و آلکالوئیدها تا ترپن‌ها، ساپونین‌ها، گلیکوزیدها، رنگدانه‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها و اجزای اسانس‌ها. این ترکیبات فیتوشیمیایی برای فرآورده‌های تغذیه‌ای‌دارویی، داروها، محصولات آرایشی، مواد اولیهٔ غذایی، رنگ‌دهنده‌های طبیعی، مواد معطر، عصاره‌های گیاهی و پژوهش‌های تجزیه‌ای ارزشمند هستند.

استخراج ترکیبات فیتوشیمیایی خود را با سونیکاتورهای Hielscher ارتقا دهید

ترکیبات زیست‌فعال بیشتری را در زمان کمتر استخراج کنید
سونیکاتورهای پروبی Hielscher با شکافتن سلول‌های گیاهی و تسریع انتقال جرم، استخراج از مواد گیاهی را تشدید می‌کنند. این امر استخراج پربازده ترکیبات فیتوشیمیایی از گیاهان علفی، ریشه‌ها، برگ‌ها، گل‌ها، میوه‌ها، دانه‌ها، پوست درختان، جلبک‌ها و سایر مواد گیاهی را امکان‌پذیر می‌سازد.

 
چرا سامانه‌های استخراج فراصوتی Hielscher را انتخاب کنید

• بازده استخراج بالاتر: از همان مادهٔ اولیهٔ گیاهی، مقدار بیشتری از ترکیبات هدف را بازیابی کنید.
• زمان پردازش کوتاه‌تر: مراحل طولانی خیساندن یا استخراج نیازمند گرمای زیاد را با پردازش سریع فراصوتی جایگزین کنید.
• استخراج ملایم و غیرحرارتی: ترکیبات فیتوشیمیایی حساس به گرما، مانند پلی‌فنول‌ها، ترپن‌ها، آنتوسیانین‌ها، ویتامین‌ها و آنتی‌اکسیدان‌ها را حفظ کنید.
• انعطاف‌پذیری در انتخاب حلال: از آب، اتانول، مخلوط‌های آب و اتانول، گلیسیرین، روغن‌ها، حلال‌های یوتکتیک عمیق یا سایر محیط‌های مناسب استخراج استفاده کنید.
• کنترل دقیق فرایند: دامنه، توان، انرژی ورودی، زمان، دما، فشار و دبی را تنظیم کنید.
• افزایش مقیاس خطی: پارامترهای استخراج را در آزمایشگاه تدوین کنید و به تولید پایلوت و صنعتی انتقال دهید.
• کارکرد ناپیوسته و درون‌خطی: فراصوت‌دهی در مقیاس بشر، پردازش در مخزن همزن‌دار یا استخراج پیوسته با جریان عبوری را انتخاب کنید.
• طراحی صنعتی مستحکم: دستگاه‌های فراصوت Hielscher برای محیط‌های تولیدی دشوار، عملکرد تکرارپذیر و یکپارچه‌سازی آسان مهندسی شده‌اند.

پردازش فراصوتی برای استخراج سریع‌تر، پاک‌تر و کامل‌تر ترکیبات فیتوشیمیایی

برای استفاده از ترکیبات فیتوشیمیایی در فرمولاسیون‌ها، سنجش‌ها یا محصولات تجاری، ابتدا باید آن‌ها را از ماتریس گیاهی آزاد کرد. در این مرحله، فراصوت‌دهی به یکی از مؤثرترین فناوری‌های استخراج تبدیل شده است. دستگاه‌های فراصوت پروبی در مایعات و دوغاب‌ها کاویتاسیون آکوستیکی شدیدی ایجاد می‌کنند. ریزآشفتگی‌ها، نیروهای برشی و نوسانات فشار حاصل، سلول‌های گیاهی را تخریب می‌کنند، نفوذ حلال را بهبود می‌دهند و انتقال مولکول‌های زیست‌فعال به محیط استخراج را تسریع می‌کنند.

Hielscher Ultrasonics دستگاه‌های فراصوت با عملکرد بالا را برای استخراج ترکیبات فیتوشیمیایی، از پژوهش آزمایشگاهی تا تولید صنعتی در مقیاس کامل، عرضه می‌کند. چه در حال توسعهٔ یک عصارهٔ گیاهی باشید، چه بهینه‌سازی آماده‌سازی نمونه برای آنالیز یا افزایش مقیاس فرایند تولید یک مادهٔ اولیهٔ گیاهی، فراصوت‌دهی کنترل دقیقی بر شدت استخراج، تکرارپذیری و ظرفیت پردازش در اختیار شما قرار می‌دهد.

فراصوت‌دهی در فیتوشیمی چیست؟

فراصوت‌دهی به معنای اعمال فراصوت پرتوان به یک مایع یا دوغاب است. در فیتوشیمی، فراصوت‌دهی بیشتر برای استخراج به کمک فراصوت، آماده‌سازی نمونه، تخریب سلولی، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و تشدید فرایند به کار می‌رود.
هنگامی که یک پروب فراصوتی با شدت بالا، امواج صوتی را به محیط استخراج منتقل می‌کند، چرخه‌های متناوب فشار بالا و فشار پایین، کاویتاسیون آکوستیکی ایجاد می‌کنند. حباب‌های کاویتاسیون رشد می‌کنند و به‌شدت فرومی‌پاشند. این فروپاشی، نیروهای برشی موضعی، ریزجت‌های مایع و اثرات اختلاط شدید ایجاد می‌کند.

در استخراج از مواد گیاهی، این اثرات به موارد زیر کمک می‌کنند:

• گسیختن دیواره‌ها و غشاهای سلولی
• افزایش دسترسی حلال به ترکیبات درون‌سلولی
• کاهش لایه‌های مرزی پیرامون ذرات گیاهی
• بهبود انتشار ترکیبات فیتوشیمیایی به درون حلال
• کوتاه‌تر کردن زمان استخراج
• افزایش تکرارپذیری
• کاهش نیاز به گرمای بیش‌ازحد یا تماس طولانی‌مدت با حلال

نتیجه، فرایند استخراجی سریع‌تر، کارآمدتر و اغلب ملایم‌تر در مقایسه با روش‌های متداول خیساندن، دم‌کردن، پرکولاسیون یا رفلاکس است.

چرا فراصوت‌دهی برای استخراج مدرن ترکیبات فیتوشیمیایی اهمیت دارد

مواد اولیهٔ گیاهی پیچیده هستند. ترکیبات زیست‌فعال در سلول‌های گیاهی محصورند، به اجزای ساختاری متصل‌اند یا در بافت‌های مختلف توزیع شده‌اند. استخراج متداول اغلب به زمان ماند طولانی، حجم زیاد حلال یا دمای بالا نیاز دارد. این شرایط می‌تواند ناکارآمد باشد و ترکیبات ناپایدار در برابر گرما را تخریب کند.
استخراج به کمک فراصوت با تشدید آزادسازی فیزیکی ترکیبات فیتوشیمیایی، این محدودیت‌ها را برطرف می‌کند. فراصوت‌دهی به‌جای اتکای صرف به انتشار غیرفعال، به‌طور فعال ماتریس گیاهی را تخریب می‌کند و انتقال جرم را پیش می‌برد.

این امر استخراج فراصوتی را به‌ویژه هنگامی مفید می‌سازد که واحدهای فرآوری به موارد زیر نیاز دارند:

• بازده بالاتر از مواد گیاهی گران‌قیمت
• چرخه‌های تولید کوتاه‌تر
• مصرف کمتر حلال
• استخراج بهتر ترکیبات حساس به گرما
• استخراج تکرارپذیر برای کنترل کیفیت
• پردازش با قابلیت افزایش مقیاس از آزمایشگاه تا تولید
• سازگاری با حلال‌های سبز و مواد اولیهٔ دارای برچسب پاک

در پژوهش‌های فیتوشیمیایی، فراصوت‌دهی آماده‌سازی نمونه برای آنالیز را نیز بهبود می‌بخشد. آزمایشگاه‌ها می‌توانند ترکیبات هدف را پیش از HPLC، GC-MS، LC-MS، UV-Vis، سنجش‌های آنتی‌اکسیدانی یا سایر روش‌های تجزیه‌ای، به‌سرعت و با نتایج یکنواخت استخراج کنند.

فراصوت‌دهی ناپیوسته و درون‌خطی برای عصاره‌های گیاهی

استخراج فراصوتی ناپیوسته

فراصوت‌دهی ناپیوسته برای پژوهش آزمایشگاهی، توسعهٔ فرمولاسیون، تولید در مقیاس کوچک و پردازش انعطاف‌پذیر ایدئال است. پروب سونیکاتور در ظرفی حاوی دوغاب گیاه و حلال قرار می‌گیرد. راه‌اندازی پردازش ناپیوسته آسان است و این روش برای غربالگری پارامترهایی مانند نوع حلال، دامنه، زمان استخراج و دما بسیار مناسب است.

استخراج فراصوتی پیوستهٔ درون‌خطی

برای حجم‌های تولید بزرگ‌تر، فراصوت‌دهی پیوستهٔ درون‌خطی آرایش ترجیحی است. دوغاب گیاهی از یک سلول جریان فراصوتی پمپ می‌شود و در آن در معرض کاویتاسیون کنترل‌شده قرار می‌گیرد. پردازش درون‌خطی، تکرارپذیری، کنترل فرایند و ظرفیت پردازش را بهبود می‌دهد. همچنین افزایش مقیاس را پیش‌بینی‌پذیرتر می‌کند، زیرا انرژی ورودی، زمان ماند و دبی را می‌توان به‌دقت تعیین کرد.
دستگاه‌های فراصوت صنعتی Hielscher برای کارکرد پیوسته طراحی شده‌اند و می‌توان آن‌ها را با پمپ‌ها، مبدل‌های حرارتی، مخازن نگهداری، سامانه‌های فیلتراسیون، بازیابی حلال و تغلیظ پایین‌دستی یکپارچه کرد.

جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما برای استخراج از مواد گیاهی ارائه می‌دهد

ترکیبات فیتوشیمیایی استخراج‌شده با فراصوت‌دهی

فراصوت‌دهی برای طیف گسترده‌ای از گروه‌های ترکیبات فیتوشیمیایی مناسب است. نتیجهٔ استخراج به مادهٔ گیاهی، اندازهٔ ذرات، حلال، دما، دامنهٔ فراصوت، زمان ماند و جداسازی پایین‌دستی بستگی دارد.

پلی‌فنول‌ها و فلاونوئیدها

پلی‌فنول‌ها و فلاونوئیدها به‌دلیل خواص آنتی‌اکسیدانی و اهمیتشان در فرمولاسیون‌های غذایی، تغذیه‌ای‌دارویی و آرایشی، از پرمطالعه‌ترین ترکیبات فیتوشیمیایی هستند. استخراج فراصوتی، آزادسازی اسیدهای فنولی، کاتچین‌ها، کوئرستین، روتین، آنتوسیانین‌ها و ترکیبات مرتبط را از برگ‌ها، میوه‌ها، پوست میوه‌ها، گل‌ها، دانه‌ها و پوست درختان افزایش می‌دهد.

ترپن‌ها و اجزای اسانس‌ها

ترپن‌ها و ترکیبات معطر برای عصاره‌های گیاهی، مواد معطر، طعم‌دهنده‌ها و فرآوری کانابیس یا شاهدانهٔ صنعتی اهمیت دارند. فراصوت‌دهی می‌تواند استخراج از بافت‌های گیاهی را بهبود بخشد و درعین‌حال کنترل دما در شرایط ملایم را امکان‌پذیر کند؛ امری که برای ترکیبات فرّار و حساس به اکسیداسیون اهمیت دارد.

آلکالوئیدها

آلکالوئیدها در بسیاری از گیاهان دارویی وجود دارند و اغلب برای اهداف تجزیه‌ای، دارویی یا تغذیه‌ای‌دارویی استخراج می‌شوند. تیمار فراصوتی تخریب ماتریس را بهبود می‌دهد و می‌تواند انتقال آلکالوئیدها به حلال‌های مناسب را تسریع کند.

ساپونین‌ها، گلیکوزیدها و تانن‌ها

بسیاری از ریشه‌ها، گیاهان علفی، حبوبات و گیاهان دارویی حاوی ساپونین‌ها، گلیکوزیدها و تانن‌ها هستند. فراصوت‌دهی به آزادسازی این ترکیبات از ماتریس‌های گیاهی الیافی یا متراکم کمک می‌کند و می‌توان آن را برای ایجاد توازن میان بازده استخراج و گزینش‌پذیری بهینه کرد.

رنگدانه‌ها و آنتی‌اکسیدان‌ها

رنگدانه‌های طبیعی مانند آنتوسیانین‌ها، کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها و بتالائین‌ها برای کاربردهای غذایی، نوشیدنی، آرایشی و تجزیه‌ای ارزشمند هستند. ازآنجاکه بسیاری از رنگدانه‌ها به گرما، اکسیژن و pH حساس‌اند، استخراج فراصوتی در شرایط دمایی کنترل‌شده بسیار سودمند است.

کانابینوئیدها و ترکیبات فیتوشیمیایی شاهدانهٔ صنعتی

شاهدانهٔ صنعتی و کانابیس حاوی کانابینوئیدها، ترپن‌ها، فلاونوئیدها و سایر اجزای گیاهی هستند. استخراج فراصوتی آزادسازی این ترکیبات از زیست‌تودهٔ آسیاب‌شده را بهبود می‌دهد و می‌توان آن را با سامانه‌های حلال اتانولی، آب و اتانول یا سایر سامانه‌های حلال سازگار کرد.

استخراج فراصوتی ترکیبات فیتوشیمیایی

منابع علمی / مراجع

• Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
• Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
• Turrini, F.; Beruto, M.; Mela, L.; Curir, P.; Triglia, G.; Boggia, R.; Zunin, P.; Monroy, F. (2021): Ultrasound-Assisted Extraction of Lavender (Lavandula angustifolia Miller, Cultivar Rosa) Solid By-Products Remaining after the Distillation of the Essential Oil. Applied Sciences 11, 2021.
• 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.
• 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.