فراصوت‌دهی از نظر سرعت از سایر روش‌های استخراج پیشی می‌گیرد
فرایند سریع استخراج فراصوتی و صرفه‌جویی زمانی حاصل از آن در تولید عصاره، یکی از مزایای متعدد استخراج فراصوتی ترکیبات زیست‌فعال از گیاهان است. استخراج فراصوتی در مطالعات علمی با روش‌های جایگزین استخراج، مانند استخراج با CO2 فوق‌بحرانی، خیساندن، رفلاکس حرارتی، سوکسله یا استخراج مایکروویوی مقایسه شده است و نتایج پژوهش‌ها برتری چشمگیر فراصوت‌دهی را از نظر سرعت و بازده استخراج اثبات می‌کنند.
فراصوت‌دهی به‌عنوان یک فرایند سریع استخراج
استخراج فراصوتی ترکیبات زیست‌فعال به‌دلیل بازده بالا، عصاره‌های باکیفیت، زمان کوتاه استخراج، مصرف کم انرژی و قابلیت کار با حلال‌های بسیار ملایم شناخته شده است. همهٔ این عوامل در کارایی کلی فوق‌العادهٔ استخراج فراصوتی اجزای زیست‌فعال از مواد گیاهی نقش دارند.
در ادامه، گزیده‌ای از گزارش‌های پژوهشی علمی ارائه شده است که در آن‌ها استخراج فراصوتی (همچنین موسوم به استخراج به کمک فراصوت / UAE) با سایر روش‌های استخراج، مانند خیساندن، سوکسله، رفلاکس حرارتی، استخراج با CO2 فوق‌بحرانی و استخراج مایکروویوی مقایسه شده است.
سونیکاتور UP400St برای استخراج سریع مواد گیاهی به‌صورت ناپیوسته
| کاربرد استخراج | زمان استخراج فراصوتی | زمان روش جایگزین استخراج | اطلاعات تکمیلی | منبع |
|---|---|---|---|---|
| استخراج آنتوسیانین از میوه‌های مورد | 5 min | 15 min مایکروویو |
سونیکاتور UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| استخراج از برگ بولدو | 5–30 min | 15–90 min خیساندن |
سونیکاتور UIP1000hdT «می‌توان دید که بازده فراصوت‌دهی به‌مدت 5 تا 30 min با بازده خیساندن متداول به‌مدت 15 تا 90 min برابر است: UAE برای استخراج مواد محلول برگ‌ها، به یک‌سوم زمان موردنیاز در خیساندن متداول نیاز دارد.» |
Petigny et al., 2013 |
| استخراج فنول‌های کل و فلاونوئیدها از مریم‌گلی | 11 min | 30 min استخراج متداول با حمام آب لرزان در 60ºC |
دستگاه‌های استخراج فراصوتی UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| استخراج پلی‌فنول‌های برگ زیتون | 21 min | 60min استخراج متداول با رفلاکس حرارتی |
سونیکاتور UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| استخراج ترکیبات فنولی زیست‌فعال از برگ‌های Malva sylvestris | 49 min 48°C با توان 110W |
5 h استخراج با بستر هم‌زده در 150 rpm |
سونیکاتور UP200S آنالیز HPLC نشان داد که غلظت ترکیبات فنولی زیست‌فعال افزایش معنی‌داری (p≺0٫05) داشت؛ این افزایش در شرایط بهینهٔ UAE رخ داد. |
Bimakr et al., 2017 |
| استخراج لیپیدها از دانهٔ خربزهٔ زمستانی (Benincasa hispida) | ∼36 min | استخراج با دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی همراه با روش نوسان فشار (SCE-PST) (∼50 min)، استخراج با CO2 (∼97 min)، و استخراج متداول سوکسله (∼360 min) | مقایسهٔ استخراج با دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی (sCO2)، استخراج به کمک فراصوت (UAE)، استخراج با دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی همراه با روش نوسان فشار (SCE-PST) و استخراج سوکسله نشان می‌دهد که UAE کارآمدترین و سریع‌ترین روش استخراج است. | Bimakr et al. (2015) |
مقایسهٔ استخراج با دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی (sCO2)، استخراج به کمک فراصوت (UAE)، استخراج با دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی همراه با روش نوسان فشار (SCE-PST) و استخراج سوکسله نشان می‌دهد که UAE کارآمدترین و سریع‌ترین روش استخراج است.
- کارایی بالای استخراج
- بازده برتر استخراج
- فرایند سریع
- دماهای پایین
- مناسب برای استخراج ترکیبات حساس به گرما
- سازگار با هر حلالی
- مصرف کم انرژی
- روش استخراج سبز
- کاربری آسان و ایمن
- هزینه‌های پایین سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری
- کارکرد 24/7 در شرایط کاری سنگین
دستگاه‌های استخراج فراصوتی با عملکرد بالا برای جداسازی سریع ترکیبات
تجهیزات فراصوتی پیشرفتهٔ Hielscher استخراج سریع زیست‌مولکول‌های باکیفیت از گیاهان را امکان‌پذیر می‌کنند. کنترل کامل پارامترهای فرایند، مانند دامنه، دما، فشار و انرژی ورودی، کارآمدترین و ملایم‌ترین شرایط استخراج را فراهم می‌کند و عصاره‌هایی بدون آسیب و با فعالیت زیستی بالا به دست می‌دهد. پارامترهای استخراج فراصوتی، مانند اندازهٔ ذرات مادهٔ اولیه، نوع حلال، نسبت جامد به حلال و زمان استخراج را می‌توان برای دستیابی به بالاترین کارایی و بهترین نتایج کلی بهینه کرد. ازآنجاکه استخراج فراصوتی روشی غیرحرارتی است، می‌توان از تخریب حرارتی اجزای زیست‌فعال جلوگیری کرد و در نتیجه، عصاره‌ای با کیفیت برتر به دست آورد.
در مجموع، مزایایی مانند بازده بالا، زمان کوتاه استخراج، دمای پایین استخراج و کاهش نیاز به حلال، فراصوت‌دهی را به روش ترجیحی استخراج تبدیل می‌کنند.
فراصوت‌دهی در استخراج آنتوسیانین از میوه‌های مورد بر مایکروویو برتری دارد. فراصوت‌دهی سه برابر سریع‌تر از استخراج مایکروویوی است.
مقایسهٔ استخراج فراصوتی با استخراج متداول در حمام آب لرزان نشان می‌دهد که استفاده از استخراج فراصوتی، زمان استخراج فنول‌های کل و فلاونوئیدها از مریم‌گلی را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. استخراج فراصوتی تنها به یک‌سوم زمان استخراج با حمام آب لرزان نیاز دارد.
استخراج فراصوتی: روشی تثبیت‌شده در آزمایشگاه و صنعت
استخراج فراصوتی به‌طور گسترده برای استخراج انواع ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی، قارچ‌ها، جلبک‌ها، باکتری‌ها و سلول‌های پستانداران به کار می‌رود. استخراج فراصوتی به‌عنوان روشی ساده، مقرون‌به‌صرفه و بسیار کارآمد تثبیت شده است که با بازده استخراج بالاتر و مدت‌زمان پردازش کوتاه‌تر، بر سایر روش‌های سنتی استخراج برتری دارد.
با دسترسی آسان به سامانه‌های فراصوتی آزمایشگاهی، رومیزی و تمام‌صنعتی، استخراج فراصوتی امروزه فناوری‌ای تثبیت‌شده و قابل‌اعتماد است. دستگاه‌های استخراج فراصوتی Hielscher در سراسر جهان در تأسیسات فرآوری صنعتی برای تولید ترکیبات زیست‌فعال با گرید غذایی و دارویی نصب شده‌اند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای 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
- 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.
نکات دانستنی
اصل عملکرد استخراج فراصوتی
استخراج فراصوتی روشی پرکاربرد برای جداسازی اجزای زیست‌فعال از مواد گیاهی است. ازآنجاکه فراصوت‌دهی با هر نوع حلالی سازگار است، می‌توان فرایند استخراج فراصوتی را با توجه به ترکیبات زیست‌فعال (یعنی ترکیبات هدف)، قطبیت، حلالیت، حساسیت حرارتی آن‌ها و سایر عوامل، به‌صورت بهینه طراحی کرد. با تطبیق اختصاصی فرایند فراصوت‌دهی با یک ترکیب مشخص یا ترکیبات مختلف، می‌توان مطلوب‌ترین آرایش را برای دستیابی به عصاره‌ای با کیفیت فوق‌العاده بالا انتخاب کرد.
امواج فراصوتی که به مایع یا دوغاب منتقل می‌شوند، ارتعاشات شدید و کاویتاسیون آکوستیکی ایجاد می‌کنند. کاویتاسیون آکوستیکی، که کاویتاسیون فراصوتی نیز نامیده می‌شود، با اختلاف فشارهای موضعی بسیار زیاد، نیروهای برشی و جت‌های مایع مشخص می‌شود. این نیروها دیواره‌های سلولی را می‌شکنند، سلول‌های گیاهی را تخریب می‌کنند و انتقال جرم میان فضای درون سلول و حلال را تشدید می‌کنند. در نتیجه، اجزای زیست‌فعال به‌طور مؤثر در حلال پیرامون آزاد می‌شوند و مولکول‌های هدف را می‌توان به‌آسانی از آن جداسازی و خالص‌سازی کرد (برای مثال، با تبخیر چرخشی، تقطیر با بخار یا HPLC).
استخراج فراصوتی از سلول‌های گیاهی: مقطع عرضی میکروسکوپی (TS) سازوکارهای اثر را هنگام استخراج فراصوتی از سلول‌ها نشان می‌دهد (بزرگ‌نمایی 2000x)
[source: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.