Erittäin tehokas vesiuutto teho-ultraäänellä

Kasviyhdisteiden vesiuuttoa (esim. kylmä- tai kuumavesiuuttoa, paineistettua vesiuuttoa ja alikriittistä vesiuuttoa) voidaan tehostaa tehokkaasti ultraäänikäsittelyllä. Ultraääniavusteinen vesiuutto paitsi suurentaa saantoja ja lyhentää käsittelyaikaa myös vähentää energiankulutusta, mahdollistaa hellävaraisemmat uutto-olosuhteet ja tuottaa korkealaatuisia uutteita verrattuna tavanomaisiin uuttotekniikoihin. Ultraäänivesiuuttoa käytetään menestyksekkäästi lukuisten kasviperäisten yhdisteiden, kuten alkaloidien, flavonoidien, glykosidien, fenoliyhdisteiden ja polysakkaridien, uuttamiseen.

Bioaktiivisten yhdisteiden ultraäänivesiuutto

Vesi on polaarisin liuotin, joten se soveltuu erinomaisesti polaaristen yhdisteiden liuottimeksi. Myrkyttömyytensä ja ympäristöystävällisyytensä ansiosta vesi olisi ihanteellinen liuotin mille tahansa kasviuutteelle. Vähemmän polaariset ja poolittomat aineosat kuitenkin liukenevat veteen huonosti tai eivät lainkaan. Lisäksi uutto vedessä olisi ilman aineensiirron tehostamista uskomattoman hidasta ja siten epätaloudellista. Voimakas, matalataajuinen ultraääni on erittäin tehokas uuttotekniikka, joka saa aikaan voimakkaan sekoittumisen ja aineensiirron. Ultraääniuuton tiedetäänkin tarjoavan merkittäviä etuja tavanomaisiin uuttomenetelmiin verrattuna. Näihin etuihin kuuluvat suuremmat saannot, nopea käsittely, nopeat erien vaihtovälit sekä jatkuva uutto prosessilinjassa, ympäristöystävällisten liuottimien käyttö, uutteen yhdisteitä säilyttävät hellävaraiset uutto-olosuhteet, turvallinen käyttö ja helppo skaalattavuus suuriin käsittelykapasiteetteihin kaupallista tuotantoa varten. (vrt. Zabot ym., 2021)

Ultraäänikäsittelyllä tehostettu kuumavesiuutto

Kasviyhdisteiden uuttumiseen vesiuutossa vaikuttavat lämpötila, aika, paine ja kasvimateriaalin pinta-ala. Kuumavesiuute voidaan valmistaa suhteellisen lyhyessä ajassa veden korkean lämpötilan ansiosta.
Ratkaisu: Saantoa ja uuttonopeutta voidaan parantaa merkittävästi käyttämällä ultraäänisekoitusta. Kuumalla vedellä yksinään on vain rajallinen kyky rikkoa solurakenteita, ja korkeat lämpötilat usein vaurioittavat tai tuhoavat lämpöherkkiä yhdisteitä, jolloin uutteen laatu kärsii. Kun ultraääniuutto yhdistetään kuumavesiuuttoon, lämpötilaa voidaan laskea huomattavasti (esim. 100°C:sta 50°C:seen), mikä estää uutettujen kasviperäisten ainesosien lämpöhajoamisen, suurentaa kokonaissaantoa ja säästää energiaa. Ultraäänikavitaatio on ultraääniuuton taustalla oleva periaate. Ultraäänikavitaatio (eli akustinen kavitaatio) muodostuu puhtaasti mekaanisista voimista, jotka rikkovat soluseinämiä, vapauttavat kohdeyhdisteet ja tehostavat aineensiirtoa solun sisäosan ja veden (liuottimen) välillä. Näin ultraäänivesiuutto tuottaa erinomaisia uuttotuloksia.

Ultraäänikäsittelyllä tehostettu kylmävesiuutto

Kylmävesiuutto (kylmävesihaudutus) on huomattavasti tehottomampaa, koska kuumaa vettä ei käytetä. Kylmä tai huoneenlämpöinen vesi ei uuta kasviyhdisteitä kovin hyvin, sillä kylmä vesi imeytyy kasvimateriaaliin erittäin hitaasti ja aineensiirto on lähes olematonta. Kylmävesiuuton etuna on lämpötilan nousun välttäminen, mikä estää lämpöherkkien yhdisteiden lämpöhajoamisen. Erittäin heikko uuttodynamiikka tekee kuitenkin tavanomaisesta kylmävesiuutosta epäkäytännöllisen kaupalliseen tuotantoon. Siksi kylmävesihaudutusta käytetään sen hitauden ja tehottomuuden vuoksi lähes yksinomaan kokeiluvaiheessa.
Ratkaisu: Kun kylmävesiuuttoon lisätään ultraäänikäsittely, kylmävesiliotuksen hitaus ja tehottomuus voidaan helposti voittaa. Ultraäänellä tehostettu kylmävesiuutto mahdollistaa matalien uuttolämpötilojen säilyttämisen samalla, kun kiinteän aineen ja nesteen muodostamaan väliaineeseen välitetään voimakkaita leikkausvoimia. Ultraääniuuton mekanismin seurauksena soluseinämät avautuvat ja kasviyhdisteet vapautuvat nopeasti veteen. Ultraäänikylmävesiuutto ja -haudutus muuttavat kylmäliotuksen erittäin tehokkaaksi prosessiksi, joka tuottaa suuria saantoja ja korkealaatuisia uutteita lyhyessä uuttoajassa.

Paineistettu vesiuutto yhdistettynä ultraäänikäsittelyyn

Ultraääniuutolle on ominaista mikrosekoittuminen, joka edistää värähtelyjen avulla liuottimen diffuusiota hiukkaseen ja hiukkasen sisäosasta sen pinnalle, tehostaen aineensiirtoa. Lisäksi ultraäänikäsittely pienentää solumateriaalin hiukkaskokoa, mikä parantaa ultraääniavusteisen paineistetun nesteuuton vaikutuksia. Pienemmät, noin 0,68 mm:n hiukkaset tuottavat suurempia saantoja kuin suuremmat hiukkaset (noin 1,05 mm), sillä suurempi pinta-ala mahdollistaa huomattavasti tehokkaamman aineensiirron ja siten paremmat uuttosaannot. (vrt. Zabot ym., 2021)

Tehokas paineistettu kylmävesiuutto teho-ultraäänellä

Korkea paine helpottaa kylmän veden tunkeutumista kasvikudoksiin, ja vesiliukoiset fytokemikaalit liukenevat ilman lämpöhajoamista. Korkeapaineinen kylmävesiuutto voidaan yhdistää ultraääneen polaaristen ja poolittomien kasviperäisten ainesosien tehokkaampaa erottamista varten. Myrkyttömänä, edullisena ja ympäristöystävällisenä liuottimena vesi on houkutteleva vaihtoehto orgaaniselle liuottimelle erityisesti kasviperäisten elintarvikkeiden, lääkevalmisteiden ja ravintolisien tuotannossa.
Ultraäänellä tehostettua paineistettua kylmävesiuuttoa varten ultraäänisondi (sonotrodi) integroidaan uuttosäiliöön tai virtauskennoon. Säiliö tai virtauskenno paineistetaan tavallisesti 5–100 barg:n paineeseen tavoiteltavien uuteyhdisteiden mukaan. Hielscher Ultrasonics toimittaa myös räätälöityjä teollisia ultraäänireaktoreita ja virtauskennoja, jotka voidaan paineistaa jopa 300barg:n paineeseen, mikä mahdollistaa optimaalisen paineen asettamisen uutt prosessiin.
 

Ultraäänikäsittelyllä tehostettu ylikriittinen vesiuutto

Ultraäänellä tehostettu alikriittinen vesiuutto on toinen synergistinen tekniikka, jossa teho-ultraääni parantaa aineensiirtoa kiinteän aineen ja nesteen välillä. Alikriittinen vesiuutto (SWE) – jota kutsutaan myös paineistetuksi kuumavesiuutoksi tai ylikuumennetun veden uutoksi – on harvemmin käytetty tekniikka vähemmän polaaristen kasviyhdisteiden uuttamiseen. Alikriittisessä vesiuutossa liuottimena käytetään ylikriittisessä tilassa olevaa vettä.
Mitä alikriittinen vesi on ja miksi se on hyvä liuotin vähemmän polaaristen kasviyhdisteiden uuttamiseen? ”Vedellä on monia termodynaamisia ominaisuuksia, joihin lämpötila ja paine vaikuttavat voimakkaasti. Olosuhteista riippuen sen olomuotoa (kiinteä, neste tai kaasu), lämpökäyttäytymistä, tiheyttä tai viskositeettia voidaan muuttaa. Nostamalla lämpötila ja paine kriittiseksi pisteeksi kutsutun pisteen yläpuolelle (määritelty arvoissa 221 bar ja 374 °C) vesi voi saavuttaa ylikriittisen tilan. Alikriittisissä olosuhteissa, joissa lämpötila on 100°C:n ja kriittisen lämpötilan (374°C) välillä ja paine höyrystymisen välttämiseksi 1 bar:n ja kriittisen paineen (221 bar) välillä, veden polaarisuus vähenee; tämä tekee vedestä paremman liuottimen erilaisten orgaanisten bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen.” (Li ja Chemat, 2019)
Kun ultraääni yhdistetään alikriittiseen vesiuuttoon, uuttotehokkuutta voidaan parantaa suurentamalla uutteen saantoa ja lyhentämällä uuttoaikaa. Optimaalisten tulosten saavuttamiseksi suljetun paineistetun eräreaktorin tai virtauskennoreaktorin paineen tulisi olla vähintään kaksinkertainen veden höyrynpaineeseen verrattuna. (Veden höyrynpainetaulukko löytyy tämän sivun lopusta.)
Huang ym. (2010) tutkivat matalataajuisen, suuritehoisen ultraäänen uuttovaikutuksia yhdistettynä alikriittiseen vesiuuttoon. Tätä varten ultraäänisondi liitetään alikriittisen vesiuuttolaitteen kattilaan haihtuvan öljyn uuttamiseksi Lithospermum erythrorhizon -kasvista. Tulokset osoittivat, että 20 KHz:n ultraääniavusteinen tehostava vaikutus oli parempi kuin 36 KHz:n vaikutus ja kasvoi lähtötehon kasvaessa (0:sta 250 W:iin). Alikriittisen vesiuuton saanto kasvoi 1,87%:sta 2,39%:iin ultraäänivärähtelyn (250 W, 20 KHz) avulla 160°C:n lämpötilassa ja 5 MPa:n paineessa 25 minuutin uuttomenettelyn aikana. Ultraäänikäsittely saattoi parantaa paitsi uuttosaantoa myös uuttonopeutta ja siten säästää aikaa.
Ultraääniavusteinen alikriittinen vesiuutto voidaan toteuttaa matalammissa paineissa (esim. 5barg) kuin tavanomainen alikriittinen vesiuutto (esim. 10MPa), mikä säästää energiakustannuksia ja tekee uuttomenettelystä turvallisemman.

Kasviyhdisteiden ultraääniuuton edut

Sekä tieteellinen tutkimus että teollinen käyttö osoittavat, että ultraääniavusteinen uutto on luotettava ja helppokäyttöinen tekniikka, joka ei edellytä teknistä taustaa tai intensiivistä koulutusta. Erittäin suuri uuttotehokkuus, suuret saannot, pienet käyttökustannukset sekä pienet investointikustannukset (erityisesti verrattuna muihin tekniikoihin, kuten CO₂ -uuttimiin) ja pienet energiakustannukset ovat sondityyppisten ultraääniuuttimien tärkeimmät edut.
Muita etuja, jotka tekevät ultraääniuutosta ensisijaisen menetelmän, ovat matalien uuttolämpötilojen ansiosta korkealaatuiset uutteet, luotettavat tulokset (toistettavuus / uusittavuus), täysin lineaarinen skaalattavuus mille tahansa tuotantotasolle sekä vähäinen huoltotarve.
”Muita sondityyppiseen ultraääniuuttoon liittyviä etuja ovat uutteen helppo käsittely, nopea toteutus, jäämättömyys, suuri saanto, ympäristöystävällisyys, parempi laatu ja uutteen hajoamisen estäminen.”
(vrt. Chemat ja Khan, 2011)

Uuttolaitteisto kasviyhdisteiden erottamiseen: Sondityyppinen ultraäänilaite UP400St, Büchin tyhjiösuodatin ja pyöröhaihdutin fytokemikaalien uuttamiseen.

Suorituskykyiset ultraäänilaitteet vesiuuttoon

Hielscher Ultrasonics -uuttimet ovat vakiinnuttaneet asemansa kasviyhdisteiden uuttamisessa käytetystä liuottimesta riippumatta. Uutteiden tuottajat – niin pienemmät, erikoistuneisiin markkinarakoihin keskittyvät valmistajat kuin suuret massatuottajatkin – löytävät Hielscherin laajasta laitevalikoimasta tuotantovaatimuksiinsa ihanteellisen ultraääniuuttolaitteiston. Sekä eräprosessien että jatkuvien prosessilinjojen laitteistoja on helposti saatavilla, ja ne voidaan toimittaa suoraan varastosta. Ultraääniuutto soveltuu käytettäväksi minkä tahansa liuottimen kanssa, joten sitä voidaan joustavasti hyödyntää minkä tahansa kasvimateriaalin uuttamiseen. Veden käyttö liuottimena mahdollistaa luomusertifioitujen uutteiden valmistamisen ilman erittäin kallista ”luomuetanolia”. (Kasvimateriaalin on tietenkin oltava luonnonmukaisesti viljeltyä, jotta voidaan valmistaa luomuvesiuutetta).

Erittäin tehokas uutto Hielscher Ultrasonics -laitteilla

Hielscherin ultraääniuuttimet hajottavat kasvisoluja tehokkaasti, suurentavat kasvimateriaalin pinta-alaa liuottimen tunkeutumista varten ja tehostavat aineensiirtoa fytokemikaalien (sekundaaristen metaboliittien) vapauttamiseksi. Käyttäjäystävällisiksi suunnitellut Hielscher-uuttimet asennetaan nopeasti, ja niitä voidaan käyttää turvallisesti ja intuitiivisesti.

Korkeimpien laatustandardien täyttäminen – suunniteltu ja valmistettu Saksassa

Hielscherin ultraäänilaitteiden kehittynyt laitteisto ja älykäs ohjelmisto on suunniteltu takaamaan luotettavat ultraääniuuton tulokset kasviperäisestä raaka-aineesta, toistettavat tulokset sekä käyttäjäystävällinen ja turvallinen käyttö. Kestävyys, luotettavuus, 24/7-käyttö täydellä kuormituksella ja työntekijän näkökulmasta yksinkertainen käyttö ovat muita laatutekijöitä, jotka tekevät Hielscherin ultraäänilaitteista suositeltavia.
Hielscher Ultrasonics -uuttimia käytetään maailmanlaajuisesti korkealaatuisten fytokemikaalien uuttamiseen. Hielscherin ultraääniuuttimien on osoitettu tuottavan korkealaatuisia kasviyhdisteitä, ja niitä käyttävät paitsi pienet erikois- ja boutique-uutteiden käsityövalmistajat myös ennen kaikkea laajalti kaupallisesti saatavien uutteiden, ravintolisien ja lääkevalmisteiden teolliset tuottajat. Kestävän laitteiston ja älykkään ohjelmiston ansiosta Hielscherin ultraääniprosessoreita on helppo käyttää ja valvoa.

Automaattinen tietojen tallennus

Elintarvikkeiden, ravintolisien ja lääkevalmisteiden tuotantostandardien täyttämiseksi tuotantoprosesseja on valvottava ja dokumentoitava yksityiskohtaisesti. Hielscher Ultrasonics -digitaaliultraäänilaitteissa on automaattinen tietojen tallennus. Tämän älykkään ominaisuuden ansiosta kaikki tärkeät prosessiparametrit, kuten ultraäänienergia (kokonais- ja nettoenergia), lämpötila, paine ja aika, tallentuvat automaattisesti sisäänrakennetulle SD-kortille heti, kun laite kytketään päälle. Prosessin valvonta ja tietojen tallennus ovat tärkeitä prosessin jatkuvan standardoinnin ja tuotteen laadun kannalta. Automaattisesti tallennettujen prosessitietojen avulla voit tarkastella aiempia ultraäänikäsittelyajoja ja arvioida tuloksia.
Toinen käyttäjäystävällinen ominaisuus on digitaalisten ultraäänijärjestelmiemme selainpohjainen etäohjaus. Selainpohjaisella etäohjauksella voit käynnistää, pysäyttää, säätää ja valvoa ultraääniprosessoriasi etänä mistä tahansa.
Haluatko tietää lisää kasvimateriaalien ultraäänivesiuuton eduista? Ota meihin yhteyttä nyt ja keskustellaan kasviuutteidesi valmistusprosessista! Kokenut henkilökuntamme antaa mielellään lisätietoja ultraääniuutosta, ultraäänijärjestelmistämme ja hinnoittelusta!

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Teknistä tietoa ultraäänivesiuutosta

Tavanomaisia uuttomenetelmiä, kuten maserointia, haudutusta, perkolaatiota, keittämistä, palautusjäähdytysuuttoa, vesihöyrytislausta, sublimaatiota ja puristamista, käytetään yleisesti lääkinnällisten yhdisteiden uuttamiseen kasveista. Näiden menetelmien haittoja ovat aikaa vievä prosessi, heikko puhtaus ja alhainen tehokkuus.

Ultraääniuuttoon vaikuttavat prosessiparametrit

Ultraääniavusteinen uutto tunnetaan ainutlaatuisista ominaisuuksistaan ja eduistaan, jotka tekevät ultraäänikäsittelystä ylivertaisen uuttotekniikan verrattuna kasviyhdisteiden tavanomaisiin uuttomenetelmiin. Ultraääniavusteisen uuton merkittävä etu on ultraäänikäsittelyn tekijöiden (kuten amplitudin, ajan, lämpötilan ja paineen) tarkka säädettävyys, jonka avulla ultraääniprosessi voidaan sovittaa optimaalisesti kohdeyhdisteeseen. Jokaisella kasvimateriaalilla on ihanteelliset uutt parametrit, joilla saavutetaan paras saanto, laatu ja uuttonopeus. Ultraääniuutt prosessi mahdollistaa näiden optimaalisten uutto-olosuhteiden täydellisen sovittamisen.

Ultraäänen amplitudi

Amplitudi on ultraäänisondin (sonotrodin) värähtelyn siirtymä. Mitä suurempi amplitudi on, sitä voimakkaampia ovat värähtely ja kavitaatio ultraäänikäsiteltävässä nesteessä. Hielscher Ultrasonics on erikoistunut suorituskykyisiin sondityyppisiin ultraäänilaitteisiin, joiden amplitudia voidaan säätää tarkasti. Räätälöityjä sondeja, joilla voidaan tuottaa jopa 200µm:n amplitudi jatkuvassa 24/7-käytössä, on helposti saatavilla suoraan varastosta. Myös vielä suurempia amplitudeja tuottavia räätälöityjä ultraäänisonotrodeja voidaan valmistaa helposti.
Amplitudi on yksi tärkeimmistä – ellei kaikkein tärkein – tehokkaan kasviuuton parametreista. Suuret amplitudit tuottavat soluseinämien rikkomiseen ja solunsisäisen materiaalin vapauttamiseen tarvittavat voimat. Siksi suorituskykyinen ultraäänikäsittely on niin tehokasta kasviyhdisteiden uuttamisessa.

Ultraäänikäsittelyn aika / kesto

Ultraääniavusteinen uutto kestää yleensä huomattavasti lyhyemmän ajan kuin perinteiset menetelmät, sillä ultraäänikäsittely vapauttaa kasviyhdisteet huomattavasti suuremmilla uuttonopeuksilla. Ultraäänikäsittely mahdollistaa lyhyemmät uuttomenettelyt, mikä suojaa uutettuja yhdisteitä liialliselta käsittelyltä. Ultraäänen ansiosta lyhyempi käsittely tarkoittaa suurempaa käsittelykapasiteettia ja parempaa uutteen laatua.

Pulssitettu ultraäänikäsittely

Ultraäänen pulssitus on käsittelytila, jossa ultraäänikäsittely keskeytetään määritetyillä taukojaksoilla (esim. 50%:n toimintajakso: 30 s PÄÄLLÄ, 30 s POIS; 100%:n toimintajakso: jatkuva ultraäänikäsittely ilman taukoja) Ultraäänen toimintajakso (tunnetaan myös pulssitilana tai ultraäänen pulssitusjaksoina) tarkoittaa prosenttiosuutta yhden pulssijakson ajasta, jonka aikana ultraääntä välitetään väliaineeseen (pulssin kesto). Esimerkiksi 50%:n jaksotila olisi 30 s PÄÄLLÄ, 30 s POIS. Toimintajakson tauon aikana ultraäänikäsiteltävä neste palautuu määritetyksi ajaksi (esim. 30 s) häiriöttömään tilaan, mikä edistää lämmön poistumista tavoitellun käsittelylämpötilan ylläpitämiseksi. Ultraäänikäsittelyn toimintajakso on vähemmän tärkeä uuttotehokkuuden kannalta, mutta sitä käytetään tietyn prosessilämpötilan ylläpitämiseen.

Hydrostaattinen paine

Paine on toinen erittäin tärkeä ultraääniprosessien parametri. Hydrostaattisen paineen kohdistaminen ultraäänikäsiteltävään väliaineeseen vaikuttaa kavitaation voimakkuuteen. Kohotetussa paineessa ultraäänikavitaation (akustisen kavitaation) voimakkuus kasvaa. Hielscher Ultrasonics tarjoaa erityyppisiä ultraäänieräreaktoreita ja virtauskennoja, jotka voidaan paineistaa ultraäänikäsittelyn tulosten tehostamiseksi.

Uuttolämpötila

Kuten mikä tahansa mekaaninen käsittely, ultraäänikäsittely nostaa lämpötilaa, mikä on termodynamiikan 2. pääsäännön mukaista. Ultraäänikäsittely on silti ei-terminen käsittelytekniikka, sillä ultraääniavusteiset käsittelyt perustuvat puhtaasti mekaanisiin voimiin (joita kutsutaan myös sonomekaanisiksi voimiksi). Ultraääniuuton uuttolämpötilaa voidaan hallita tehokkaasti ja ylläpitää tietyllä valitulla lämpötila-alueella. Kaikissa Hielscherin digitaalisissa ultraääniprosessoreissa on liitettävä lämpötila-anturi ja älykäs ohjelmisto, jolla prosessille voidaan asettaa tietty lämpötila-alue. Aina kun tämä lämpötila-alue ylittyy, ultraäänilaite keskeyttää käsittelyn, kunnes lämpötila on jälleen valitulla alueella, ja jatkaa sitten ultraäänikäsittelyä automaattisesti. Tämä Hielscherin ultraäänilaitteiden älykäs ominaisuus mahdollistaa tarkasti hallittavan ultraäänikäsittelyprosessin ja ihanteelliset tulokset.
Koska uuttolämpötila voi olla erilainen eri kasviyhdisteille ja kasveille, lämpötila on tärkeä tekijä, jota ei pidä jättää huomiotta ultraääniprosessin optimoinnissa. Esimerkiksi 80°C todettiin ihanteelliseksi lämpötilaksi suurimman flavonoidisaannon saavuttamiseen Sophora flavescens -kasvista, kun taas arabinoksylaanin uuttamisessa vehnäleseistä parhaat tulokset saatiin 50°C:ssa.

Käytä mitä tahansa liuotinta ultraääniuutossa

Eri kasviyhdisteillä on erilainen polaarisuus, mikä vaikuttaa niiden liukoisuuteen eri liuottimissa. Esimerkiksi saponiinit ja polysakkaridit ovat polaarisempia ja liukenevat siksi hyvin veteen, sillä vesi on erittäin polaarista. Fenoliyhdisteet, kuten antosyaanit ja klorogeenihappo, puolestaan ovat melko poolittomia ja liukenevat siksi paremmin vähemmän polaariseen liuottimeen, kuten etanoliin. Liuotin tulisi siis valita kohdeyhdisteiden liukoisuuden mukaan suuren uuttotehokkuuden saavuttamiseksi. Esimerkiksi vesi on hyvä liuotin polaaristen yhdisteiden, kuten sienten psilosybiinin sekä oligosakkaridien, glykosidien ja flavonoidien, uuttamiseen; etanoli-vesiseos, jonka etanolipitoisuus on 60% (v/v), puolestaan soveltuu esimerkiksi apigeniinin, baikaliinin ja luteoliinin ultraääniavusteiseen uuttamiseen.
Lue lisää liuottimista, liuottimien polaarisuudesta ja ultraääniuuttoon parhaiten soveltuvista liuottimista!

Vesi uuttoliuottimena

Vesi on polaarisin liuotin ja soveltuu monenlaisten polaaristen yhdisteiden uuttamiseen. Sen tärkeimpiin etuihin kuuluu kyky liuottaa monenlaisia aineita. Lisäksi se on edullista, myrkytöntä, turvallista ja palamatonta. Sen haittoihin kuuluu suuren polaarisuuden aiheuttama voimakas selektiivisyys polaarisia yhdisteitä kohtaan. Korkean, 100°C:n kiehumispisteen vuoksi uutteen väkevöinti (esim. tislaamalla tai pyöröhaihdutuksella) vaatii paljon energiaa. Lisäksi vesi on altis bakteerien ja homeiden kasvulle.

Ultraäänitaajuus

Noin 20kHz:n ultraäänitaajuus on todettu voimakkaimmaksi ja tehokkaimmaksi kasviyhdisteiden uuttamisessa. Se vaikuttaa ultraääniavusteisen uuton tehokkuuteen lääkinnällisten yhdisteiden uuttamisessa kasveista. Yleensä matala ultraäänitaajuus (eli noin 20kHz) synnyttää voimakkaampaa kavitaatiota (sonomekaanisia vaikutuksia), mikä tehostaa uuttomenettelyä.

Kasvimateriaali

Kasvimateriaalien solujen rakenne ja jäykkyys voivat vaihdella suuresti. Soluseinämät voivat olla joko lujia tai pehmeitä niiden koostumuksesta riippuen; ne voivat sisältää selluloosaa, hemiselluloosia, ligniiniä, pektiinipolysakkarideja, proteiineja, fenoliyhdisteitä ja muita kuin selluloosayhdisteitä sekä vettä. Eri kasvityypit ja kasvien osat sisältävät näitä soluseinämän aineosia eri tyyppeinä ja määrinä. Siksi kukin kasvityyppi tarvitsee erityiset käsittelyparametrit optimaalisten uuttotulosten saavuttamiseksi.
Koska voimakkuutta voidaan säätää tarkasti, Hielscherin ultraääniuuttimilla voidaan rikkoa luotettavasti pehmeitä ja kovia soluseinämiä. Pehmeät soluseinämät saattavat tarvita vähemmän voimakasta ultraäänikäsittelyä, kun taas lujat solurakenteet hyötyvät voimakkaammasta käsittelystä.
Kasviyhdisteiden uuttamiseen käytettävä raaka-aine voi olla juuri korjattua (märkää) tai kuivattua. Ultraääniuutto soveltuu sekä tuoreille/märille että kuivatuille kasveille. Kasviperäisen kiintoaineen hiukkaskoko on toinen tärkeä tekijä: suuri pinta-ala (eli pieni hiukkaskoko) on hyödyllinen, sillä se tarjoaa suuren kosketuspinta-alan ultraäänikavitaation leikkausvoimille ja parantaa siten tehokkuutta. Siksi kasvimateriaali maseroidaan tai jauhetaan pieniksi paloiksi (noin 3–5mm).

Miksi ultraääniuutto on paras menetelmä?

Tehokkuus

• Suuremmat saannot
• Nopea uuttoprosessi – muutamassa minuutissa
• Korkealaatuiset uutteet – hellävarainen, ei-terminen uutto
• Ympäristöystävälliset liuottimet (vesi, etanoli, glyseroli, kasviöljyt, NADES jne.)

Yksinkertaisuus

• Kytke ja käytä – asennus ja käyttö muutamassa minuutissa
• Suuri käsittelykapasiteetti – laajamittaiseen uutteiden tuotantoon
• Eräkäyttö tai jatkuva käyttö prosessilinjassa
• Yksinkertainen asennus ja käyttöönotto
• Kannettava / siirrettävä – kannettavat yksiköt tai pyörille rakennetut laitteet
• Lineaarinen skaalaus – lisää toinen ultraäänijärjestelmä rinnakkain kapasiteetin kasvattamiseksi
• Etävalvonta ja -ohjaus – tietokoneella, älypuhelimella tai tabletilla
• Prosessin valvontaa ei tarvita – asenna ja käynnistä
• Suuri suorituskyky – suunniteltu jatkuvaan 24/7-tuotantoon
• Kestävyys ja vähäinen huoltotarve
• Korkea laatu – suunniteltu ja valmistettu Saksassa
• Nopea täyttö ja tyhjennys erien välillä
• Helppo puhdistaa

Turvallisuus

• Yksinkertainen ja turvallinen käyttää
• Uutto ilman liuotinta tai liuottimen avulla (vesi, etanoli, kasviöljyt, glyseroli jne.)
• Ei korkeita paineita eikä lämpötiloja
• Saatavilla ATEX-sertifioituja räjähdyssuojattuja järjestelmiä
• Helppo ohjata (myös etäohjauksella)

Kirjallisuus / lähteet

• Ping-ping Huang, Ri-fu Yang, Tai-qiu Qiu, Wei Zhang & Chun-mei Li (2010): Ultrasound-Enhanced Subcritical Water Extraction of Volatile Oil from Lithospermum erythrorhizon. Separation Science and Technology, 45:10, 1433-1439.
• Zabot, G. L., Viganó, J., & Silva, E. K. (2021): Low-Frequency Ultrasound Coupled with High-Pressure Technologies: Impact of Hybridized Techniques on the Recovery of Phytochemical Compounds. Molecules, 26(17), 2021. 5117.
• Li, Ying; Chemat, Farid (2019): Plant Based ”Green Chemistry 2.0”: Moving from Evolutionary to Revolutionary. Springer Science 2019.
• 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.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
• 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.