Solumateriaalin ultraääniuutto

Ultraääniuutto eli sonouutto on prosessia tehostava teknologia, joka perustuu suuritehoisen ultraäänen kytkemiseen kasvi- tai solukudosta sisältävään lietteeseen. Hielscher Ultrasonics toimittaa luotettavia ultraäänilaitteita solujen hajotukseen ja uuttoon pienistä laboratorionäytteistä aina suuriin määriin asti teollisessa prosessoinnissa. Ultraääniavusteisen uuton houkuttelevuus perustuu materiaalin käsittelyyn ilman lämpöä, helppoon käyttöön ja skaalattavuuteen kokeista tuotantomittakaavaan.

Hielscherin ultraäänilaitteet tuottavat voimakasta ultraääntä, jota voidaan säätää tarkasti prosessisi vaatimusten mukaisesti.

Alla olevassa luettelossa esitetään erilaisia ultraäänikäsittelymenettelyjä, jotka havainnollistavat tehoultraäänen laajaa sovellusaluetta biologiassa, elintarvikkeiden prosessoinnissa ja lääkkeiden valmistuksessa.
Olipa mielessäsi tietyn kasvin uutto tai halusitpa yleisempää tietoa tehokkaista ultraääniuuttolaitteistamme, käytä alla olevaa yhteydenottolomaketta! Autamme mielellämme!

Boldiinin ultraääniuutto boldon lehdistä (Peumus boldus Molina)

Ultraäänisovellus:
Boldon tärkeä vaikuttava yhdiste on boldiini ((S)-2,9-dihydroksi-1,10-dimetoksiaporfiini), joka on katekiinin ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroksifenyyli)-3,4-dihydro-1(2H)-bentsopyraani-3,5,7-trioli) ohella boldon lehtien alkaloidi- ja flavonoidifraktion pääkomponentteja. Boldiini on voimakas antioksidantti, joka kärsii vapaiden radikaalien välittämästä peroksidatiivisesta vauriosta ja toimii tehokkaana hydroksyyliradikaalien sieppaajana.
Uuttomenettely: Tyypillisessä uuttomenettelyssä boldon lehtinäytteitä uutettiin 1 L:lla tislattua vettä ilmakehän paineessa ultraäänilaitteella UIP1000hd erä- ja läpivirtaustilassa. Uuttoaika vaihtelee välillä 10–40 min, ultraäänen intensiteetti välillä 10–23 W/cm² ja lämpötila välillä 10–70 °C. Parhaat tulokset saavutettiin seuraavissa olosuhteissa: ultraäänen intensiteetti 23 W/cm² 40 min ajan lämpötilassa 36 °C
Tulokset: Analyysitulokset osoittavat, että suuritehoinen ultraäänikäsittely tehostaa analyytin vapautumista boldon kasvimatriisimateriaalista merkittävästi paremmalla nopeudella kuin perinteinen menetelmä: sama saanto saatiin ultraäänikäsittelyllä 30 min aikana, kun taas perinteinen uuttoaika oli 2 h.
Chemat (2013) ja hänen työtoverinsa ovat osoittaneet, että ultraääniavusteinen uutto parantaa kasvien uuton tehokkuutta ja samalla lyhentää uuttoaikaa sekä suurentaa uutteiden pitoisuutta (sama määrä liuotinta ja kasvimateriaalia). Analyysi osoitti, että optimoidut olosuhteet olivat: ultraäänikäsittelyn teho 23 W/cm² laitteella UIP1000hd 40 min ajan lämpötilassa 36 °C. Ultraääniuuton optimoidut parametrit tuottavat paremman uuton kuin perinteinen maserointi prosessiajan (30 min eikä 120 min), suuremman saannon, paremman energiatehokkuuden, paremman puhtauden, suuremman turvallisuuden ja paremman tuotelaadun suhteen.
Laitesuositus:
UIP1000hdT sonotrodilla BS2d34 ja virtauskennolla
Viite / tutkimusjulkaisu:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Boldon lehtien (Peumus boldus Mol.) ultraääniavusteinen uutto erä- ja jatkuvatoimisessa prosessissa. International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.

Klorogeenihapon ultraääniuutto tupakanlehdistä

Ultraäänisovellus:
Uuttokokeita varten Nicotiana tabacum -kasvin tupakanlehdet jauhettiin pienempään, noin >4 x ≧2 mm:n hiukkaskokoon. Ultraääniuuttokokeissa 20 g:n näytteitä kuivatusta tupakanlehtimateriaalista uutettiin tislatulla vedellä lämpötiloissa, jotka vaihtelivat 5 °C:sta 30 °C:seen. Uuttokokeet tehtiin uuttosyklien kestoilla, jotka vaihtelivat 5 minuutista 30 minuuttiin sykliä kohden. Noin 10–15 tippaa etanolia lisättiin laskettuun optimaaliseen 256 ml:n tilavuuteen tislattua vettä, joka tarvittiin kaiken liukoisen klorogeenihapon uuttamiseen 20 g:n näytteistä kuivattuja tupakanlehtiä. Optimaalinen 256 ml:n tilavuus tislattua vettä jaettiin sitten uuttoliuottimen osatilavuuksiin käytettäväksi kussakin ultraääniuuttosyklissä.
Ultraäänisäteilytykseen käytettiin ultraääniprosessoria UP400S (400 wattia, 24 kHz) ja titaanista valmistettua sonotrodia H7, jonka kärjen halkaisija oli 7 mm. Sonotrodi H7 asetettiin uuttoseokseen sen korkeuden puoliväliin.
Menettely: Klorogeenihapon ultraääniuutolle tupakanlehdistä todettiin seuraavat optimaaliset olosuhteet: 20 g kuivattuja tupakanlehtiä tislatussa vedessä (optimaalinen nesteen ja kiinteän aineen suhde: 12,8 mL/g) 20 degC:n käsittelylämpötilassa ultraäänilaitteella UP400S (400 W, 24 kHz), 3 ultraäänikäsittelysykliä, kukin 15 min (ultraäänikäsittelyn kokonaiskesto: 45 min).
Laitesuositus:
UP400S sonotrodilla H7
Viite / tutkimusjulkaisu:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Ultraääniavusteisen vesiuuttoprosessin optimointi ja ortogonaalinen koesuunnittelu klorogeenihapon uuttamiseksi kuivista tupakanlehdistä. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
Lue lisää tupakan ultraääniuutosta!

Mangiferiinin ultraääniuutto

Ultraäänisovellus:
Mangiferiini (1,3,6,7-tetrahydroksi-2-[3,4,5-trihydroksi-6-(hydroksimetyyli)oksan-2-yyli]ksanten-9-oni; kaava: C₁₉H₁₈O₁₁) on C-glykosyyliksantonirakenteinen polyfenoli, jota esiintyy monissa kasvilajeissa. Mangiferiinilla on erilaisia farmakologisia vaikutuksia. Lipaasi voi katalysoida mangiferiinin regioselektiivistä asylointia erittäin tehokkaasti ultraäänikäsittelyn aikana. Perinteisiin menetelmiin verrattuna ultraääniavusteinen katalyysi erottuu edukseen lyhyemmän reaktioajan ja suurempien saantojen ansiosta. Mangiferiinin ultraääniavusteisen asyloinnin optimaalisiksi olosuhteiksi todettiin seuraavat:
lipaasi: PCL, asyylin luovuttaja: vinyyliasetaatti; reaktioliuotin: DMSO, reaktiolämpötila: 45 degC, ultraääniteho: 200 W; substraattisuhde: asyylin luovuttaja/mangiferiini 6/1, entsyymimäärä: 6 mg/ml
Regioselektiivisen asyloinnin saanto oli jopa 84 %.
Laitesuositus:
UP200St tai UP200Ht
Viite / tutkimusjulkaisu:
vrt.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): Ultraäänen vaikutus mangiferiinin lipaasikatalysoituun regioselektiiviseen asylointiin vedettömissä liuottimissa. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Kapsaisinoidien ultraääniuutto

Ultraäänisovellus:
Kapsaisinoidien (kapsaisiinin, nordihydrokapsaisiinin) uutto chilipaprikoista: lajin Capsicum frutescens chilipaprikoista saatiin kapsaisinoideja ultraääniuutolla seuraavissa olosuhteissa: liuotin: 95 % (v/v) etanoli, liuottimen ja massan suhde 10 ml/g, ultraääniuuttoaika 40 min, uuttolämpötila 45 °C. Uuttosaanto: 85 % kapsaisinoideista
Laitesuositus:
UP400St
Lue lisää kapsaisinoidien ultraääniavusteisesta uutosta chilipaprikoista!

Silymariinin ultraääniuutto maarianohdakkeen siemenistä

Ultraäänisovellus:
Ultraääniavusteinen uutto tehtiin ultraäänilaitteella UP400S. Tässä tutkimuksessa käytettiin torvityyppistä ultraäänikoetinta, jonka halkaisija oli 1,5 cm. Rasvatonta maarianohdakejauhetta punnittiin tarkasti 10 g ja liuotettiin 100 mL:aan metanolia. Dekantterilasia pidettiin vesihauteessa ja sen lämpötila säilytettiin 25 °C:ssa. Liuottimeen liuotettua maarianohdakejauhetta käsiteltiin ultraäänellä eri pituisia aikoja (30, 60, 90, 120 ja 150 min). Kunkin aikajakson jälkeen liuos suodatettiin Whatman-suodatinpaperin läpi ja kukin suodos (noin 80 mL) haihdutettiin pyöröhaihduttimella, kunnes liuosta oli jäljellä 30 mL. Fenoliyhdisteiden absorbanssi mitattiin UV–Vis-spektrofotometrillä 517 nm:n aallonpituudella DPPH-menetelmän mukaisesti. Odotetusti uuttoajan pidentyminen suurensi silymariinipitoisuuksia.
Tutkimuksen tekijät totesivat, että ultraääniuutto alkoholiuutteiden valmistamiseksi on yksi parhaista tekniikoista perinteisten tekniikoiden korvaamiseen. Ultraääniuuton osoitettiin tuottavan laadukkaampaa uutetta. Muita etuja ovat ajansäästö, parempi tehokkuus jne.
Laitesuositus:
UP400St
Viite / tutkimusjulkaisu:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Silymariinin komponenttien ultraääniavusteinen uutto maarianohdakkeen siemenistä (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311–318.
Lue lisää silymariinin ultraääniuutosta maarianohdakkeen siemenistä!

Steviosidin ultraääniuutto

Ultraäänisovellus:
Kuivista ja jauhetuista stevian lehdistä otettuja 10 g:n näytteitä uutettiin 100 mL:ssa vettä jatkuvasti sekoittaen (magneettisekoittimella). pH-arvoa säädettiin 0,01 M:n natriumfosfaatilla, jonka pH oli 7. Näyte laitettiin 150 mL:n lasiseen dekantterilasiin ja käsiteltiin ultraäänellä koetintyyppisellä ultraäänilaitteella UIP500hT (20 kHz, 500 W). Sonotrodin kärki upotettiin noin 1,5 cm:n syvyyteen stevianlehtilietteeseen. Ultraäänilaitteen lähtötehoksi asetettiin 350 W. Mieto ultraäänikäsittely 350 W:n teholla 5–10 min ajan vakiolämpötilassa 30 °C tuotti rebaudiosidi A:ta 30–34 g kutakin 100 g:n näytettä kohden. Ultraäänikäsittelyn jälkeen uuttoliuos sentrifugoitiin ja suodatettiin 0,45 μm:n mikrohuokoisen kalvon läpi; suodos otettiin rebaudiosidi A:n kokonaispitoisuuden analyysiin. Rebaudiosidi A:n kokonaispitoisuuden uuttosaanto analysoitiin HPLC:llä.
Liuottimettomalla ultraääniavusteisella uutolla saatiin suuri rebaudiosidi A:n saanto verrattuna perinteisiin uuttomenetelmiin, kuten lämpöuuttoon tai maserointiin.
Laitesuositus:
UIP500hdT
Lue lisää stevian ultraääniuutosta!

Terpeenien ultraääniuutto

Ultraäänisovellus:
Haihtuvien yhdisteiden, kuten terpeenien, uuttoa kuitutyyppisen Cannabis sativa L. -lajikkeen kukinnoista voidaan tehostaa ultraäänellä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että jo lyhyen ultraäänikäsittelyn jälkeen tavoitellut terpeenit vapautuvat kasvimateriaalista.
Tulokset osoittavat, että enintään 5 min kestävä ultraäänikäsittely mahdollistaa suuremman terpeenipitoisuuden kuin maserointi. Sen sijaan yli 5 min kestävä ultraäänikäsittely suurensi yhdisteen δ-9-tetraidrocannabinol (THC) pitoisuutta.
Ultraäänikäsittelymenettely:
Terpeenien ultraääniavusteinen uutto tehtiin käyttämällä 200 W:n koetintyyppistä ultraäänilaitetta. Ultraäänilaitteen amplitudiksi asetettiin 25 %. Kuhunkin kolmesta 50 g:n osaerästä kuivattuja kukintoja lisättiin 250 mL 70 %:n etanolia (v/v), jota käytettiin uuttoliuottimena. Jokainen dekantterilasi sisältöineen upotettiin jäähauteeseen. Ultraäänikäsittely tehtiin 5, 10 ja 15 min ajan. Tämän ultraääniuuton aikana varmistettiin jatkuva nopea lämmön poistuminen, jotta prosessilämpötila pysyi alle 30 °C:n. Uuton jälkeen seokset suodatettiin alipaineessa Whatman No. 3 -paperin läpi ja liuotin poistettiin pyöröhaihdutuksella alipaineessa. Jokainen uuttokoe tehtiin kolmena rinnakkaisena kokeena käyttäen kolmea eri näytettä.
Ultraäänikäsittely todettiin kiinnostavaksi vaihtoehdoksi maseroinnille haihtuvien yhdisteiden uuttamisessa kannabiksen kukinnoista, mutta tulokset osoittavat myös, että ultraäänikäsittely saa kestää enintään 5 minuuttia, jotta terpeenien talteenotto tehostuu. Sen sijaan yli 5 minuuttia kestävä ultraäänikäsittely suurensi yhdisteen δ-9-tetraidrocannabinol (THC) pitoisuutta. Cannabis sativa -kukintojen uutetta, joka saatiin 5 min kestävällä ultraääniuutolla, voitaisiin käyttää hajuvesien ainesosana tai juomien mausteena. Sitä voidaan käyttää vaihtoehtona teollisuushampulle, jonka varsia käytetään kuituteollisuudessa ja kukintojen uutteita kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudessa.
Laitesuositus:
UP200St tai UP200Ht sonotrodilla / koettimella S26d14
Viite / tutkimusjulkaisu:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): ”Haihtuvien yhdisteiden ultraääniavusteinen uutto teollisen Cannabis sativa L. -hampun kukinnoista”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8–14.
Lue lisää ultraääniavusteisesta terpeenien uutosta!

Uuttolaitteisto kasviyhdisteiden eristämiseen: koetintyyppinen ultraäänilaite UP400ST, Büchi-alipainesuodatin ja pyöröhaihdutin fytokemikaalien uuttoon.

Vanilliinin ultraääniuutto käsitellyistä vaniljatangoista

Ultraäänisovellus:
Vanilliinin uutto optimoitiin ultraäänikäsittelyllä. Tätä varten 100 watin ultraäänilaitetta käytettiin pulssitilassa (syklit: 5 s päällä ja sen jälkeen 5 s pois päältä).
Parhaat tulokset saavutettiin ultraääniuutolla 40 %:n etanolissa 1 h ajan lämpötilassa 30 °C. Tulosten vertaamiseksi perinteisiin uuttomenetelmiin tehtiin myös uuttoja vesihauteessa ja ultraäänihauteessa. Tulokset osoittivat, että vanilliinin uuton optimointi ultraäänitorvella 40 %:n etanolissa 1 h ajan lämpötilassa 30 °C oli verrattavissa vesihaudeuuttoon 40 %:n etanolissa lämpötilassa 56 °C 15 h ajan.
Laitesuositus:
UP100H
Viite / tutkimusjulkaisu:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Vanilliinin eli 4-hydroksi-3-metoksibentsaldehydin tehostettu uutto käsitellyistä vaniljatangoista ultraääniavusteisella uutolla: ultraääniavusteisen uuton ja kuumavesihaudeuuton vertailu. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6–12.
Lue lisää vanilliinin ultraääniuuton eduista!

Fenoliyhdisteiden ultraääniuutto Ziziphus Jujube -kasvista

Ultraäänisovellus:
Jujuban (Ziziphus Jujube) fenoliyhdisteiden ultraääniavusteiseen uuttoon käytettiin voimakkaan ultraäänen tuottavaa koetintyyppistä ultraäänilaitetta UP200H 200 W:n teholla ja 24 kHz:n taajuudella. Ultraäänilaite varustettiin mikrokärkisellä sonotrodilla S2 (kärjen halkaisija 2 mm), joka upotettiin vesihauteeseen, johon oli asetettu näytteen sisältävä lasinen saostusastia (sisämitat: 280:195:135 mm). Ultraäänivärähtelyjen amplitudi oli 100 % nimellistehosta (enimmäisamplitudi 260 μm), akustinen teho 0,171402 W ja intensiteetti 21,8346 W/cm2. Ultraäänen intensiteetti määritettiin kalorimetrisesti mittaamalla suspension lämpötilan nousua ajan suhteen adiabaattisissa olosuhteissa. Ultraääniuuttomenettelyä käytettiin näytteiden kokonaisfenolien uuttamiseen koesuunnitelman mukaisesti (optimointia varten).
Laitesuositus:
UP200H sonotrodilla S2
Viite / tutkimusjulkaisu:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Jujuban (Ziziphus Jujube) fenoliyhdisteiden uuton optimointi ultraääniavusteisella uuttomenetelmällä. IECFP 2013.

Napsauta tästä löytääksesi lisää ultraäänikäsittelymenettelyjä biologisen materiaalin ultraäänikäsittelyyn!