استخراج ترپن با فراصوت
ثابت شده است که استخراج فراصوتی ترپن، بازده بالایی از ترپن اکسید کاریوفیلن، برای مثال از کانابیس و رازک، به دست می‌دهد. اکسید کاریوفیلن ترپنی است که در کانابیس، رازک، فلفل، ریحان و رزماری یافت می‌شود. ترپن اکسید کاریوفیلن استخراج‌شده، به‌عنوان ترکیبی فعال، در نقش افزودنی طعم‌دهنده و مکمل سلامت استفاده می‌شود.
کاربرد اکسید کاریوفیلن استخراج‌شده
اکسید کاریوفیلن با بو و طعم معطر خود (یعنی بو و طعم گیاهان معطر) متمایز می‌شود. به‌دلیل بو و طعم معطر قوی، اغلب به‌عنوان افزودنی طعم‌دهنده در مواد غذایی و نیز به‌عنوان یکی از اجزای ترکیبات عطری استفاده می‌شود. افزون بر این، قابلیت اتصال به گیرنده‌های درون‌ریز CB2 در بدن انسان را نیز دارد که آن را به ترکیبی جالب‌توجه برای کاربردهای دارویی تبدیل می‌کند.
استخراج فراصوتی اکسید کاریوفیلن
استخراج فراصوتی ترپن اکسید کاریوفیلن روشی عالی برای دستیابی به بازده بالا است، برای مثال از کانابیس و رازک. دربارهٔ کاویتاسیون آکوستیکی بیشتر بخوانید، پدیدهٔ مؤثر در استخراج فراصوتی!
برای مثال، اکسید β-کاریوفیلن به روش فراصوتی با دستگاه فراصوت UP100H (100W, 30kHz) از غنچه‌های خشک‌شدهٔ رازک استخراج شد.
داده‌های آنالیز GC نشان‌دهندهٔ بازده استخراج اکسید β-کاریوفیلن با استفاده از دستگاه ساخت Hielscher مدل UP100H از رازک هستند.
UP400St – پردازشگر فراصوتی پرقدرت 400W مجهز به همزن برای استخراج ترپن
آنالیز کروماتوگرافی گازی عصارهٔ فراصوتی رازک: اکسید β-کاریوفیلن، α-کاریوفیلن، α-پینن، mycrene، لیمونن، α-caryophylene و اکسید کاریوفیلن و ترکیبات دیگر.
علاوه بر اکسید β-کاریوفیلن، ترپن‌های دیگری از جمله α-کاریوفیلن، α-پینن، mycrene، لیمونن و α-caryophylene نیز با موفقیت استخراج شدند.
ترپن‌ها چگونه با فراصوت‌دهی پروبی از گیاهان استخراج می‌شوند؟ راهنمای گام‌به‌گام!
- ابتدا مادهٔ گیاهی آسیاب یا به قطعات کوچک خرد می‌شود تا سطح در دسترس برای استخراج افزایش یابد.
- سپس مادهٔ گیاهی با یک حلال (مانند اتانول یا آب) مخلوط می‌شود تا ترپن‌ها استخراج شوند.
- سپس برای کمک به فرایند استخراج، از فراصوت‌دهی پروبی استفاده می‌شود تا امواج فراصوت با شدت بالا و فرکانس پایین، در حدود 20kHz، به دوغاب اعمال شوند. این کار موجب کاویتاسیون آکوستیکی و ارتعاش سریع حلال می‌شود که به تجزیه و تخریب سلول‌های گیاهی و آزادسازی ترپن‌ها کمک می‌کند.
- سپس مخلوط صاف می‌شود تا مادهٔ گیاهی جامد از مایع حاوی ترپن‌های استخراج‌شده جدا شود.
- سپس مایع تبخیر می‌شود یا تحت فراوری بیشتر قرار می‌گیرد تا حلال حذف و ترپن‌ها تغلیظ شوند.
- محصول نهایی عصاره‌ای غنی از ترپن است که می‌توان از آن در کاربردهای مختلفی مانند مکمل‌های غذایی، غذاهای فراسودمند و محصولات آرایشی استفاده کرد.
دستورالعمل استخراج فراصوتی ترپن
رازک با یک آسیاب قهوهٔ معمولی آسیاب شد تا اندازهٔ ذرات نمونهٔ رازک یکنواخت‌تر شود.
مقدار 4٫5mg رازک در یک ویال قرار داده شد و سپس 5mL اتانول به آن افزوده شد. ویال برای دفع گرما در یک بشر حاوی آب و یخ قرار گرفت. سپس نمونه با دستگاه UP100H، مجهز به سونوتْرود MS7، با تنظیم دامنه روی 50% به‌مدت 90sec تحت فراصوت‌دهی قرار گرفت.
آنالیز کروماتوگرافی گازی عصارهٔ فراصوتی رازک:
فراصوت‌دهی انتقال جرم بالایی را بین ماتریس سلولی و حلال تضمین می‌کند و در نتیجه، عصاره‌ای با کیفیت بالا و بازده بسیار زیاد به دست می‌آید.
- عصاره‌های ترپنی با کیفیت بالا (بدون تخریب حرارتی)
- بازده بالا
- فرایند سریع
- بازگشت سریع سرمایه
- حلال‌های ملایم‌تر
- مصرف کمتر حلال
- کاربری ایمن و آسان
- نیاز کم به نگهداری
- استخراج سبز و سازگار با محیط‌زیست ترپن
استخراج فراصوتی ترپن به‌عنوان روشی سبز برای استخراج متمایز است که امکان تسریع چشمگیر فرایند استخراج ترپن را فراهم می‌کند و در عین حال، نسبت به سایر روش‌های متداول استخراج (یعنی CO2 فوق‌بحرانی، سوکسله و غیره) به انرژی کمتری نیاز دارد. از دیگر مزایای استفاده از استخراج فراصوتی ترپن‌ها می‌توان به کاربری آسان دستگاه استخراج فراصوتی، فرایند سریع، نبود پسماند شیمیایی، بازده بالا، سازگاری با محیط‌زیست، بهبود کیفیت به‌دلیل شرایط ملایم فراوری و جلوگیری از تخریب حرارتی اشاره کرد.
دستگاه‌های استخراج فراصوتی برای ترپن‌ها
جدول زیر نشان می‌دهد کدام دستگاه فراصوتی ممکن است برای نیازهای شما در استخراج ترپن مناسب‌تر باشد.
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 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 | UIP4000 |
| n.a. | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی.
منابع و مراجع
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
دانستنی‌های مفید
کاریوفیلن
کاریوفیلن یا (−)-β-کاریوفیلن، یک سزکوئی‌ترپن طبیعی دوحلقه‌ای است که در بسیاری از اسانس‌ها یافت می‌شود. گیاهان زیر به‌عنوان منابع خوب کاریوفیلن شناخته می‌شوند: کانابیس، شاهدانه (Cannabis sativa)، زیرهٔ سیاه (Carum nigrum)، میخک (Syzygium aromaticum)، رازک (Humulus lupulus)، ریحان (Ocimum spp.)، پونهٔ کوهی (Origanum vulgare)، فلفل سیاه (Piper nigrum)، اسطوخودوس (Lavandula angustifolia)، رزماری (Rosmarinus officinali، و روغن کوپایبا (Copaifera spp.). β-کاریوفیلن یک فیتوکانابینوئید با میل اتصال قوی به گیرندهٔ کانابینوئیدی نوع 2 (CB 2) است، اما چنین میلی به گیرندهٔ کانابینوئیدی نوع 1 (CB 1) ندارد.
اکسید کاریوفیلن
اکسید کاریوفیلن (همچنین اکسید β-کاریوفیلن) مشتق حاصل از اکسایش β-کاریوفیلن است و به‌شکل پودر جامد بلوری سفید با نقطهٔ ذوب حدود 62°C وجود دارد.
این ماده به‌دلیل اثرات ضدالتهابی، بی‌حس‌کنندگی موضعی و آنتی‌اکسیدانی خود ارزشمند است. پژوهش‌های اولیه نشان می‌دهند که اکسید کاریوفیلن ممکن است دارویی بالقوه برای درمان سرطان نیز باشد. اکسید کاریوفیلن بخشی از حلقهٔ سیکلوبوتان است که هم‌اکنون در پژوهش‌های پزشکی برای سنتز کربوپلاتین، داروی پرکاربرد شیمی‌درمانی، استفاده می‌شود.
اکسید کاریوفیلن، که در آن اولفین کاریوفیلن به اپوکسید تبدیل شده است، ترکیبی تأییدشده برای طعم‌دهی به مواد غذایی است.
هم β-کاریوفیلن و هم اکسید β-کاریوفیلن حلالیت کمی در آب دارند که مانع جذب آن‌ها به سلول می‌شود. برای استفاده از این سزکوئی‌ترپن‌ها به‌عنوان دارو یا مکمل غذایی، کپسوله‌سازی در لیپوزوم‌ها بر مشکل حلالیت کم این سزکوئی‌ترپن‌ها در مایعات آبی غلبه می‌کند و فراهمی زیستی و فعالیت زیستی آن‌ها را تضمین می‌کند. برای کسب اطلاعات بیشتر دربارهٔ کپسوله‌سازی فراصوتی ترکیبات زیست‌فعال، اینجا کلیک کنید!
اکسید کاریوفیلن در کانابیس
در گیاه cannabis sativa، اکسید کاریوفیلن به‌صورت یک سزکوئی‌ترپن یافت می‌شود که از سه واحد ایزوپرن تشکیل شده است. اکسید کاریوفیلن یکی از بزرگ‌ترین و فراوان‌ترین ترپن‌های گیاه کانابیس است و عامل عطر و بوی متمایز کانابیس محسوب می‌شود. استخراج فراصوتی با موفقیت برای تولید روغن‌های کانابیدیول تمام‌طیف به کار می‌رود تا اثر همراهی ترکیبات گوناگون حاصل شود.
کاویتاسیون فراصوتی برای استخراج
هنگامی که امواج فراصوت پرتوان وارد یک مایع می‌شوند، چرخه‌های تراکم و انبساط (رقیق‌شدگی) در سیال رخ می‌دهند. در مرحلهٔ رقیق‌شدگی، حفره‌ها یا به‌اصطلاح حباب‌های کاویتاسیون در مایع ایجاد می‌شوند. این حباب‌های کاویتاسیون، که حباب‌های بسیار کوچک خلأ هستند، زمانی پدید می‌آیند که فشار منفی اعمال‌شده بر استحکام کششی موضعی مایع غلبه کند. حباب‌های خلأ طی چندین چرخهٔ تراکم / رقیق‌شدگی رشد می‌کنند تا دیگر نتوانند انرژی بیشتری جذب کنند و حباب کاویتاسیون به‌صورت درون‌انفجاری فروبپاشد. این پدیده کاویتاسیون نام دارد. طبق پژوهش Prof. Suslick (1990)، در حباب‌های کاویتاسیون شرایط شدیدی با دماهای تا 5000 K، فشارهای 1000 اتمسفر، نرخ گرم‌شدن و سردشدن بیش از 1010 K/s و جت‌های مایع با سرعت تا 280m/s حاکم است که به‌صورت نیروی برشی بسیار زیاد و آشفتگی در ناحیهٔ کاویتاسیون بروز می‌کنند. ترکیب این عوامل (فشار، گرما، برش و آشفتگی) برای تسریع انتقال جرم در فرایند استخراج به کار می‌رود. افزون بر این، از این شرایط موضعی در فرایندهای فراصوتی مانند همگن‌سازی، امولسیون‌سازی یا پراکنده‌سازی نیز استفاده می‌شود.
استخراج فراصوتی بر کاویتاسیون آکوستیکی و نیروهای برشی هیدرودینامیکی آن استوار است
استخراج فراصوتی ترپن‌ها
اساس استخراج فراصوتی بر دو اثر استوار است که هنگام انتقال انرژی امواج فراصوت پرتوان به مایع یا دوغاب ایجاد می‌شوند:
نخست، حلال (محیط مایع پیرامون) به درون ماتریس سلولی رانده می‌شود. بسته به دامنه و قدرت کاویتاسیون، دیوارهٔ سلولی بر اثر فشار مایع سوراخ یا تخریب می‌شود.
دوم، طی چرخهٔ رقیق‌شدگی، محتوای سلول (یعنی مواد درون‌سلولی) از داخل سلول شسته و خارج می‌شود. پس از استخراج فراصوتی، ترکیبات هدف در حلال قرار دارند و می‌توان آن‌ها را از حلال جدا کرد (برای مثال با تبخیر حلال) تا در نهایت عصاره‌ای خالص به دست آید.
ترکیب مادهٔ اولیه (مانند میزان رطوبت، درجهٔ خیساندن / آسیاب‌کردن و اندازهٔ ذرات، و حلال انتخاب‌شده، عوامل بسیار مهمی برای دستیابی به فرایند استخراج فراصوتی کارآمد و مؤثر هستند. پارامترهای فرایند فراصوتی نیز ضروری‌اند: دامنه، فشار، دما و زمان فراصوت‌دهی باید برای دستیابی به بهترین نتایج تعیین و بهینه شوند.