Ultraäänikäsittely päihittää muut uuttomenetelmät nopeudellaan
Ultraääniuuton nopeus ja siitä seuraava ajansäästö uutteiden tuotannossa ovat yksi monista eduista, joita ultraääniuutto tarjoaa uutettaessa bioaktiivisia yhdisteitä kasveista. Ultraääniuuttoa on verrattu tieteellisesti vaihtoehtoisiin uuttotekniikoihin, kuten ylikriittiseen CO2-uuttoon, maserointiin, palautusjäähdytysuuttoon, Soxhlet-uuttoon ja mikroaaltouuttoon, ja tutkimustulokset osoittavat ultraäänikäsittelyn merkittävän edun uuttonopeudessa ja saannossa.
Ultraäänikäsittely nopeana uuttomenetelmänä
Bioaktiivisten yhdisteiden ultraääniuutto tunnetaan suurista saannoistaan, korkealaatuisista uutteistaan, lyhyestä uuttoajastaan, vähäisestä energiankulutuksestaan ja mahdollisuudesta käyttää hyvin mietoja liuottimia. Kaikki nämä tekijät edistävät bioaktiivisten ainesosien ultraääniuuton poikkeuksellista kokonaistehokkuutta kasvimateriaaleista.
Alla on valikoima tieteellisiä tutkimusraportteja, joissa ultraääniuuttoa (myös ultraääniavusteinen uutto / UAE) verrattiin muihin uuttotekniikoihin, kuten maserointiin, Soxhlet-uuttoon, palautusjäähdytysuuttoon, uuttoon ylikriittisellä hiilidioksidilla CO2 sekä mikroaaltouuttoon.
Ultraäänilaite UP400St kasvimateriaalien nopeaan uuttoon eräajossa
| Uuttosovellus | Ultraääniuuton kesto | Vaihtoehtoisen uuttomenetelmän kesto | Lisätietoja | Lähde |
|---|---|---|---|---|
| Antosyaanien uutto myrtin marjoista | 5 min | 15 min mikroaaltouutto |
ultraäänilaite UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| Boldon lehtien uutto | 5–30 min | 15–90 min maserointi |
ultraäänilaite UIP1000hdT ”Voimme havaita, että 5–30 min kestävä ultraäänikäsittely tuottaa saman saannon kuin 15–90 min kestävä tavanomainen maserointi: UAE vaatii kolmasosan ajasta, joka tarvitaan lehtien liukoisen materiaalin uuttamiseen tavanomaisella maseroinnilla.” |
Petigny et al., 2013 |
| Kokonaisfenolien ja flavonoidien uutto salviasta | 11 min | 30 min tavanomainen uutto vesihauderavistimella 60 ºC:n lämpötilassa |
ultraääniuutolaitteet UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Polyfenolien uutto oliivin lehdistä | 21 min | 60 min tavanomainen palautusjäähdytysuutto |
ultraäänilaite UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Bioaktiivisten fenoliyhdisteiden uutto Malva sylvestris -kasvin lehdistä | 49 min 48 °C:n lämpötilassa 110 W:n teholla |
5 h uutto sekoitetussa pedissä nopeudella 150 rpm |
Ultraäänilaite UP200S HPLC-analyysi osoitti, että bioaktiivisten fenoliyhdisteiden pitoisuus kasvoi merkittävästi (p≺0,05), kun optimaalisissa uutto-olosuhteissa käytettiin menetelmää UAE . |
Bimakr et al., 2017 |
| Lipidien uutto vahakurpitsan (Benincasa hispida) siemenistä | ∼36 min | Paineenvaihtelutekniikkaan yhdistetty ylikriittinen hiilidioksidiuutto (SCE-PST) (∼50 min), ylikriittinen CO2 (∼97 min) ja tavanomainen Soxhlet-uutto (∼360 min) | Ylikriittisen hiilidioksidin (sCO2), ultraääniavusteisen uuton (UAE), paineenvaihtelutekniikkaan yhdistetyn ylikriittisen hiilidioksidiuuton (SCE-PST) ja Soxhlet-uuton vertailu osoittaa, että UAE on tehokkain ja nopein uuttotekniikka. | Bimakr et al. (2015) |
Ylikriittisen hiilidioksidin (sCO2), ultraääniavusteisen uuton (UAE), paineenvaihtelutekniikkaan yhdistetyn ylikriittisen hiilidioksidiuuton (SCE-PST) ja Soxhlet-uuton vertailu osoittaa, että UAE on tehokkain ja nopein uuttotekniikka.
- Suuri uuttotehokkuus
- Ylivertaiset uuttosaannot
- Nopea prosessi
- Matalat lämpötilat
- Soveltuu lämpöherkkien yhdisteiden uuttoon
- Yhteensopiva minkä tahansa liuottimen kanssa
- Vähäinen energiankulutus
- Ympäristöystävällinen uuttotekniikka
- Helppo ja turvallinen käyttö
- Alhaiset investointi- ja käyttökustannukset
- Käyttö 24/7 raskaassa kuormituksessa
Tehokkaat ultraääniuutolaitteet yhdisteiden nopeaan eristämiseen
Hielscherin huippumodernit ultraäänilaitteet mahdollistavat korkealaatuisten biomolekyylien nopean uuttamisen kasveista. Prosessiparametrien, kuten amplitudin, lämpötilan, paineen ja syötetyn energian, täydellinen hallinta mahdollistaa tehokkaimmat ja hellävaraisimmat uutto-olosuhteet, joissa saadaan vahingoittumattomia, erittäin bioaktiivisia uutteita. Ultraääniuuton parametrit, kuten raaka-aineen hiukkaskoko, liuotintyyppi, kiintoaineen ja liuottimen suhde sekä uuttoaika, voidaan optimoida suurimman tehokkuuden ja parhaiden kokonaistulosten saavuttamiseksi. Koska ultraääniuutto on ei-terminen uuttomenetelmä, bioaktiivisten ainesosien lämpöhajoaminen voidaan välttää, jolloin uutteiden laatu on ylivertainen.
Kaiken kaikkiaan sellaiset edut kuin suuri saanto, lyhyt uuttoaika, matala uuttolämpötila ja vähäisempi liuottimen tarve tekevät ultraäänikäsittelystä ensisijaisen uuttomenetelmän.
Ultraäänikäsittely päihittää mikroaaltouuton antosyaanien uuttamisessa myrtin marjoista. Ultraäänikäsittely on kolme kertaa nopeampaa kuin mikroaaltouutto.
Ultraääniuuton ja tavanomaisen vesihauderavistimella tehtävän uuton vertailu osoittaa, että kokonaisfenolien ja flavonoidien uuttoaika salviasta lyhenee merkittävästi ultraääniuuttoa käytettäessä. Ultraääniuutto vaatii vain kolmasosan vesihauderavistimella tehtävän uuton ajasta.
Ultraääniuutto: vakiintunut menetelmä laboratorioissa ja teollisuudessa
Ultraääniuuttoa käytetään laajalti kaikenlaisten bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen kasvimateriaaleista, sienistä, levistä, bakteereista ja nisäkässoluista. Ultraääniuutto on vakiintunut yksinkertaiseksi, kustannustehokkaaksi ja erittäin tehokkaaksi menetelmäksi, joka päihittää muut perinteiset uuttotekniikat suuremmilla uuttosaannoillaan ja lyhyemmällä käsittelyajallaan.
Koska laboratorio-, pöytä- ja täyden teollisen mittakaavan ultraäänijärjestelmiä on helposti saatavilla, ultraääniuutto on nykyään vakiintunut ja luotettu teknologia. Hielscherin ultraääniuutolaitteita on asennettu teollisiin tuotantolaitoksiin ympäri maailmaa elintarvike- ja lääkelaatuisien bioaktiivisten yhdisteiden tuotantoa varten.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2 000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä, joka koostuu laitteista UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Hielscher Ultrasonics valmistaa tehokkaita ultraäänihomogenisaattoreita sekoitussovelluksiin, dispergointiin, emulgointiin ja uuttoon laboratorio-, pilotti- ja teollisessa mittakaavassa.
Kirjallisuus / Lähteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Ultraääniuuton toimintaperiaate
Ultraääniuutto on laajalti käytetty menetelmä bioaktiivisten komponenttien eristämiseen ja erottamiseen kasvimateriaaleista. Koska ultraäänikäsittely on yhteensopiva kaikenlaisten liuottimien kanssa, ultraääniuuttomenettely voidaan suunnitella optimaalisesti bioaktiivisten yhdisteiden (eli kohdeyhdisteiden), niiden polaarisuuden, liukoisuuden, lämpöherkkyyden ja muiden tekijöiden mukaan. Mukauttamalla ultraäänikäsittely tiettyyn yhdisteeseen tai useisiin yhdisteisiin voidaan valita ihanteellisimmat järjestelyt poikkeuksellisen korkealaatuisen uutteen saamiseksi.
Nesteeseen tai lietteeseen kytketyt ultraääniaallot synnyttävät voimakasta värähtelyä ja akustista kavitaatiota. Akustiselle eli ultraäänikavitaatiolle ovat ominaisia paikallisesti esiintyvät erittäin suuret paine-erot, leikkausvoimat ja nestesuihkut. Nämä voimat rikkovat soluseiniä, hajottavat kasvisoluja ja tehostavat aineensiirtoa solun sisäosan ja liuottimen välillä. Näin bioaktiiviset ainesosat vapautuvat tehokkaasti ympäröivään liuottimeen, josta kohdemolekyylit voidaan helposti eristää ja puhdistaa (esimerkiksi pyöröhaihdutuksella, höyrytislauksella tai HPLC:llä).
Ultraääniuutto kasvisoluista: mikroskooppinen poikkileikkaus (TS) osoittaa vaikutusmekanismin solujen ultraääniuuton aikana (suurennus 2000x)
[lähde: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics valmistaa tehokkaita ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriomittakaavasta aina teolliseen mittakaavaan.