استخراج فراصوتی ترکیبات فعال از محصولات جانبی انگور و شراب
انگور (Vitis vinifera) و محصولات جانبی تاک و شراب سرشار از پلی‌فنول‌ها و دیگر مواد زیست‌فعال هستند که ترکیباتی ارزشمند برای تولید مکمل‌های دارویی و تغذیه‌ای به شمار می‌روند. استخراج فراصوتی امکان جداسازی ساده و بسیار کارآمد ترکیبات حاصل از انگور و تاک را فراهم می‌کند (برای مثال، از تفالهٔ انگور، هسته‌ها، برگ‌ها، ساقه‌ها و رسوبات شراب). استخراج به کمک فراصوت سریع و قابل‌اعتماد است و با بازده بالاتر، شرایط استخراج ملایم‌تر، زمان استخراج کوتاه‌تر و هزینهٔ کمتر، بر دیگر روش‌های استخراج برتری دارد.
استخراج فراصوتی مواد فیتوشیمیایی از انگور و تاک
محصولات جانبی تاکستان‌ها و فرایند شراب‌سازی شامل پالپ انگور، تفاله (پوست و هسته‌ها)، رسوبات شراب، برگ‌های انگور، ساقه‌ها و شاخه‌های چوبی تاک است که تا 30−40% w/w مواد جامد را تشکیل می‌دهند و عمدتاً بدون استفاده به‌عنوان پسماند دور ریخته می‌شوند. با شناخت غنای این محصولات جانبی انگور و شراب از پلی‌فنول‌ها و دیگر ترکیبات زیست‌فعال، صنعت به‌طور فزاینده‌ای از این مواد گیاهی برای تولید عصاره‌های ارزشمند استفاده می‌کند. رزوراترول، آنتوسیانیدین‌ها، پروآنتوسیانیدین، کوئرستین و دیگر مواد موجود در انگور و تاک (Vitis vinifera) هم‌اکنون به‌طور گسترده به‌عنوان مکمل‌های دارویی و تغذیه‌ای مصرف می‌شوند. عصاره‌های محصولات جانبی Vitis vinifera به‌عنوان منبع ترکیبات مفید برای سلامت در صنایع دارویی و غذایی استفاده می‌شوند و هم‌زمان از کشاورزی پایدار حمایت می‌کنند. استخراج فراصوتی آزادسازی ترکیبات زیست‌فعال از انگور و محصولات جانبی آن را تسهیل می‌کند. استخراج به کمک فراصوت روشی باسابقه و تثبیت‌شده برای استخراج ترکیبات دارویی و غذایی است. این روش طی فرایندی کوتاه، بازده بسیار بالایی از عصاره به دست می‌دهد و با هر حلالی (برای مثال، آب، اتانول، ایزوپروپانول، هگزان و غیره) کار می‌کند.
نصب صنعتیِ دستگاه استخراج فراصوتی UIP4000hdT برای تولید عصاره‌های گیاهی.
- بازده بالای استخراج
- عصارهٔ باکیفیت
- فرایند سریع
- تیمار غیرحرارتی
- سازگار با هر حلالی
- کاربری ایمن و آسان
- بهره‌وری بالا در مصرف انرژی
استخراج فراصوتی پلی‌فنول‌ها از هستهٔ انگور
هسته‌های انگور سرشار از پروآنتوسیانیدین‌ها هستند و ازاین‌رو منبعی عالی برای تولید عصاره‌های پروآنتوسیانیدین برای مکمل‌های دارویی و تغذیه‌ای به شمار می‌روند. Thilakarathna and Rupasinghe (2022) توانستند کارایی برتر فراصوت‌دهی را در دماهای بالای کنترل‌شده نشان دهند؛ این روش به بازده بالاتر پروآنتوسیانیدین و زمان استخراج به‌مراتب کوتاه‌تر منجر شد (فراصوت 53 min. در برابر استخراج متداول با حلال 150 h!).
اعمال گرما و فراصوت‌دهی، زمان استخراج (زمان فراصوت‌دهی 53 min) و میزان اتانول آبی موردنیاز (10٫14:1 v:w) را به‌طور چشمگیری کاهش داد و درعین‌حال بازده PAC را به‌میزان قابل‌توجهی افزایش داد (16٫1 mg CE/g FW در برابر مقدار پیش‌بینی‌شدهٔ 26٫6 mg CE/g FW). شرایط بهینهٔ نهایی شامل اتانول 47%، نسبت 10:1 s:s (v:w)، زمان فراصوت‌دهی 53 min و دمای استخراج 60◦C بود.
تولید کارآمد عصارهٔ برگ انگور با استفاده از فراصوت‌دهی
برگ‌های تاک معمولی (Vitis vinifera) سرشار از رزوراترول، آنتوسیانیدین‌ها، کوئرستین، ایزوکوئرستین و بسیاری دیگر از ترکیبات زیست‌فعال هستند که اغلب به‌شکل عصاره برای مقاصد دارویی و سلامت مصرف می‌شوند.
نشان داده شده است که استخراج فراصوتی، عصاره‌ای با طیف کامل ترکیبات را با بازده بالا از برگ‌های انگور به دست می‌دهد و درنتیجه فرایند استخراج را بسیار کارآمد می‌کند. اتانول آبی به‌عنوان حلالی ترجیحی برای عصاره‌های تاک شناخته شده است، زیرا توانایی بسیار خوبی در حل‌کردن مولکول‌های هدف دارد و فاقد سمیت است. فرایند استخراج با استفاده از فراصوت تنها چند دقیقه طول می‌کشد و می‌توان آن را هم به‌صورت ناپیوسته و هم در حالت جریان عبوری پیوسته اجرا کرد.
برای مثال، رزوراترول استخراج‌شده از برگ‌های انگور به روش فراصوتی را می‌توان با استفاده از ستون کربن مزومتخلخل خالص‌سازی کرد که خلوص رزوراترول را از 2٫1 به 20٫6% افزایش می‌دهد. (رجوع کنید به Sun et al., 2018)
نصب دستگاه فراصوت UIP4000hdT برای فراوری صنعتی شراب با دبی‌های عبوری بالا.
استخراج فراصوتی استیلبنوئیدها از ساقه‌های انگور
پروتکل استخراج فراصوتی Piñeiro et al. (2013) به بازیابی بالای استیلبن‌هایی مانند ترانس‌رزوراترول، ε-وینیفرین، پیسه‌آتانول و ویتیسین B منجر می‌شود که عمدتاً در شاخه‌های چوبی تاک و ساقه‌های انگور وجود دارند.
چکیدهٔ تصویری پژوهش استخراج فراصوتی استیلبنوئیدها از ساقه‌های انگور.
(پژوهش و تصویر: Piñeiro et al., 2013)
با دستگاه فراصوت UP200S (200W, 24kHz)، استیلبنوئیدهای اصلی موجود در ساقه‌های انگور را می‌توان در 15 min با دمای استخراج 75°C و اتانول 80% به‌عنوان حلال استخراج، استخراج کرد و به هیچ مرحلهٔ پاک‌سازی با حلال آلی نیاز نیست. روش بهینه‌شده امکان تجزیه‌وتحلیل ساده و مؤثر محتوای استیلبنوئیدی 22 نمونهٔ ساقهٔ انگور را فراهم کرد.
نمودار اثرات اصلی بر میانگین بازیابی (مساحت 10.000−1) در استخراج فراصوتی با استفاده از UP200S و اعمال پارامترهای مختلف: پیسه‌آتانول (a)، ترانس‌رزوراترول (b)، ε-وینیفرین (c) و ویتیسین-B (d).
(پژوهش و نمودارها: Piñeiro et al., 2013)
کروماتوگرام HPLC-DAD مربوط به عصارهٔ مرجع غنی‌شده از استیلبنوئیدها.
(پژوهش و نمودارها: Piñeiro et al., 2013)
دستگاه استخراج فراصوتی UP400St برای تهیهٔ عصاره از انگور و تاک (برای مثال، تفالهٔ انگور، هسته‌ها، برگ‌ها، ساقه‌ها و رسوبات شراب).
پردازشگرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای استخراج از انگور و تاک
دستگاه‌های استخراج Hielscher Ultrasonics، صرف‌نظر از نوع مادهٔ گیاهی یا حلال مورد استفاده، در حوزهٔ استخراج گیاهی جایگاهی تثبیت‌شده دارند. تولیدکنندگان عصاره – چه تولیدکنندگان اختصاصی و کوچک‌مقیاس عصاره‌های ویژه و چه تولیدکنندگان انبوه در مقیاس بزرگ – در مجموعهٔ گستردهٔ تجهیزات Hielscher، تجهیزات استخراج فراصوتی ایدئال برای نیازهای تولیدی خود را می‌یابند. سامانه‌های فرایندی ناپیوسته و نیز درون‌خطی پیوسته به‌راحتی در دسترس هستند و می‌توان آن‌ها را همان روز ارسال کرد.
استخراج با کارایی بالا با دستگاه‌های فراصوت Hielscher
دستگاه‌های استخراج فراصوتی Hielscher سلول‌های گیاهی را به‌طور مؤثر تخریب می‌کنند، سطح مواد گیاهی را برای نفوذ حلال افزایش می‌دهند و انتقال جرم را بهبود می‌بخشند؛ درنتیجه مواد فیتوشیمیایی (متابولیت‌های ثانویه) به‌سرعت و به‌طور کامل آزاد می‌شوند. دستگاه‌های استخراج Hielscher با درنظرگرفتن سهولت کاربری طراحی شده‌اند، به‌سرعت نصب می‌شوند و می‌توان به‌شکلی ایمن و با کاربری قابل‌درک از آن‌ها استفاده کرد.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی فراوری دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Ceferino Carrera, Ana Ruiz-Rodríguez, Miguel Palma, Carmelo G. Barroso (2015): Ultrasound-assisted extraction of amino acids from grapes. Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 22, 2015. 499-505.
- Piñeiro, Z.; Guerrero, R. F.; Fernández-Marin, M. I.; Cantos-Villar, Emma; Palma, M. (2013): Ultrasound-Assisted Extraction of Stilbenoids from Grape Stems. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61(51), 2013. 12549–12556.
- M. Palma; C.G. Barroso (2002): Ultrasound-assisted extraction and determination of tartaric and malic acids from grapes and winemaking by-products. Analytica Chimica Acta, 458(1), 2002. 119–130.
- Thilakarathna, W.P.D.W.; Rupasinghe, H.P.V. (2022): Optimization of the Extraction of Proanthocyanidins from Grape Seeds Using Ultrasonication-Assisted Aqueous Ethanol and Evaluation of Anti-Steatosis Activity In Vitro. Molecules 27, 1363.
ساختارهای شیمیایی پیسه‌آتانول (a)، ترانس‌رزوراترول (b)، ایزوراپونتیژنین (c)، ε-وینیفرین (d) و ویتیسین-B (e).
(پژوهش و نمودارها: Piñeiro et al., 2013)
دانستنی‌های مفید
اصل عملکرد استخراج فراصوتی
فراصوت با توان بالا و فرکانس پایین در محیط مایع نوسان و کاویتاسیون آکوستیکی ایجاد می‌کند که به آشفتگی شدید، اختلاط، تخریب سلولی و انتقال جرم بالا منجر می‌شود. این اثرات فراصوتی بر مواد گیاهی اعمال می‌شوند تا ساختارهای سلولی مانند دیواره‌های سلولی و وزیکول‌ها شکسته شوند. به‌دلیل انتقال جرم بالا، ترکیبات درون‌سلولی مانند مواد فیتوشیمیایی (پلی‌فنول‌ها، فلاوانول‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها و غیره) در حلال پیرامون آزاد می‌شوند. این شدت فراصوت‌دهی، استخراج فراصوتی را به روشی برتر برای جداسازی اجزای محصولات طبیعی تبدیل می‌کند. استخراج فراصوتی روشی تثبیت‌شده برای استخراج است که دهه‌هاست در تولید مواد غذایی و دارویی استفاده می‌شود.
امواج فراصوت پرتوان ساختار سلولی مواد گیاهی را تخریب می‌کنند، ترکیبات زیست‌فعال را آزاد می‌سازند و انتقال جرم بین مادهٔ گیاهی و حلال (برای مثال، اتانول) را تقویت می‌کنند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.