מיצוי במים ביעילות גבוהה באמצעות אולטרסאונד רב־עוצמה

ניתן לשפר ביעילות מיצוי של תרכובות צמחיות במים (למשל, מיצוי במים קרים או חמים, מיצוי במים בלחץ ומיצוי במים תת־קריטיים) באמצעות סוניקציה. מיצוי במים בסיוע אולטרסאונד לא רק מספק תפוקות גבוהות יותר ומקצר את זמן העיבוד, אלא גם מוביל לצריכת אנרגיה נמוכה יותר, לתנאי מיצוי מתונים יותר ולתמציות באיכות גבוהה בהשוואה לשיטות מיצוי קונבנציונליות. מיצוי אולטרסוני במים משמש בהצלחה למיצוי של תרכובות רבות שמקורן בצמחים, ובהן אלקלואידים, פלבונואידים, גליקוזידים, תרכובות פנוליות ורב־סוכרים.

מיצוי אולטרסוני במים של תרכובות פעילות ביולוגית

מים הם הממס הקוטבי ביותר, ולכן הם ממס מצוין לתרכובות קוטביות. בשל היותם בלתי רעילים וידידותיים לסביבה, מים היו יכולים להיות הממס האידיאלי לכל תמצית צמחית. עם זאת, רכיבים בעלי קוטביות נמוכה יותר ורכיבים לא קוטביים מתמוססים במים במידה מועטה או שאינם מתמוססים בהם כלל. בנוסף, ללא הגברה כלשהי של מעבר המסה, תהליך המיצוי במים היה איטי להפליא ולכן בלתי כלכלי. אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ובתדר נמוך הוא טכניקת מיצוי יעילה מאוד, המספקת ערבוב ומעבר מסה אינטנסיביים. לפיכך, מיצוי אולטרסוני ידוע היטב כבעל יתרונות משמעותיים על פני שיטות מיצוי קונבנציונליות. יתרונות אלה כוללים תפוקות גבוהות יותר, עיבוד מהיר, מחזורי אצווה מהירים וכן מיצוי רציף בקו הייצור, שימוש בממסים ירוקים, תנאי מיצוי מתונים המשמרים את תרכובות התמצית, בטיחות בהפעלה ואפשרות להגדיל בקלות את קנה המידה לתפוקות עיבוד גדולות לצורך ייצור מסחרי. (ראו Zabot et al., 2021)

שיפור מיצוי במים חמים באמצעות סוניקציה

הפרמטרים הקובעים את מיצוי החומרים הצמחיים במהלך מיצוי במים הם טמפרטורה, זמן, לחץ ושטח הפנים של החומר הצמחי. ניתן להכין תמצית במים חמים בתוך זמן קצר יחסית בזכות הטמפרטורה הגבוהה של המים.
הפתרון: ניתן לשפר במידה ניכרת את התפוקה ואת קצב המיצוי באמצעות ערבול אולטרסוני. למים חמים לבדם יש יכולת מוגבלת בלבד לפרק מבנים תאיים, וטמפרטורות גבוהות פוגעות לעיתים קרובות בתרכובות הרגישות לחום או הורסות אותן, כך שאיכות התמצית נפגעת. כאשר משלבים מיצוי אולטרסוני עם מיצוי במים חמים, ניתן להפחית את הטמפרטורה באופן דרסטי (למשל, מ־100°C ל־50°C), וכך למנוע פירוק תרמי של הרכיבים הצמחיים הממוצים, להגדיל את התפוקה הכוללת ולחסוך באנרגיה. קוויטציה אולטרסונית היא העיקרון שבבסיס תופעת המיצוי האולטרסוני. קוויטציה אולטרסונית (או אקוסטית) כרוכה בכוחות מכניים בלבד, השוברים את דופנות התאים, משחררים את תרכובות המטרה ומשפרים את מעבר המסה בין פנים התא לבין המים (הממס). לפיכך, מיצוי אולטרסוני במים מספק תוצאות מיצוי מצוינות.

שיפור מיצוי במים קרים באמצעות סוניקציה

מיצוי במים קרים (השריה במים קרים) יעיל פחות במידה ניכרת, משום שנמנעים משימוש במים חמים. מים קרים או מים בטמפרטורת החדר אינם ממצים תרכובות צמחיות היטב, משום שהמים הקרים נספגים בחומר הצמחי באיטיות רבה ומעבר המסה כמעט זניח. היתרון של מיצוי במים קרים טמון בהימנעות מכל עלייה בטמפרטורה, וכך נמנע הפירוק התרמי של תרכובות רגישות לחום. עם זאת, דינמיקת המיצוי הירודה מאוד הופכת את המיצוי הקונבנציונלי במים קרים לבלתי מעשי לייצור מסחרי. לכן השריה במים קרים משמשת כמעט אך ורק בשלב הניסויי, בשל איטיותה וחוסר יעילותה.
הפתרון: באמצעות שילוב סוניקציה במיצוי במים קרים, ניתן להתגבר בקלות על האיטיות וחוסר היעילות של השריה במים קרים. מיצוי במים קרים המוגבר באמצעות אולטרסאונד מאפשר לשמור על טמפרטורות מיצוי נמוכות, תוך הפעלת כוחות גזירה עזים בתווך המוצק–נוזל. כתוצאה ממנגנון המיצוי האולטרסוני, דופנות התאים נפתחות והתרכובות הצמחיות משתחררות במהירות למים. מיצוי וחליטה במים קרים באמצעות אולטרסאונד הופכים את ההשריה הקרה לתהליך יעיל ביותר, המפיק תפוקות גבוהות ותמציות באיכות גבוהה בזמן מיצוי קצר.

מיצוי במים בלחץ בשילוב סוניקציה

מיצוי אולטרסוני מתאפיין בערבוב ברמת המיקרו, אשר באמצעות תנודות מעודד דיפוזיה מוגברת של הממס לתוך החלקיק ומתוך פנים החלקיק אל פני השטח, ובכך מגביר את מעבר המסה. בנוסף, סוניקציה מקטינה את גודל החלקיקים של החומר התאי, דבר המשפר את השפעות המיצוי בנוזל בלחץ בסיוע אולטרסאונד. חלקיקים קטנים יותר, בגודל של כ-0.68 mm, מניבים תפוקות גבוהות יותר מחלקיקים גדולים יותר (כ-1.05 mm), שכן שטח פנים גדול יותר מאפשר הגברה משמעותית של מעבר המסה ובכך משפר את תפוקות המיצוי. (ראו Zabot et al., 2021)

מיצוי יעיל במים קרים בלחץ באמצעות אולטרסאונד רב-עוצמה

בלחץ גבוה, חדירת מים קרים לרקמות הצמח נעשית קלה יותר, ופיטוכימיקלים מסיסים במים מתמוססים מבלי לגרום לפירוק תרמי. ניתן לשלב את שיטת המיצוי במים קרים בלחץ גבוה עם אולטרסאונד לשיפור הבידוד של רכיבים צמחיים קוטביים ולא קוטביים. מים, כממס שאינו רעיל, זול וידידותי לסביבה, הם חלופה אטרקטיבית לממס אורגני, במיוחד כשמדובר בייצור מזון, תכשירים טיפוליים ותוספי תזונה שמקורם בצמחים.
לצורך מיצוי במים קרים בלחץ המוגבר באמצעות אולטרסאונד, משולבת גשושית אולטרסונית (סונוטרודה) במכל המיצוי או בתא הזרימה. מכל המיצוי או תא הזרימה נתונים בדרך כלל ללחצים שבין 5 לבין 100 barg, בהתאם לתרכובות היעד בתמצית. Hielscher Ultrasonics מספקת אפילו כורים אולטרסוניים תעשייתיים ותאי זרימה המותאמים אישית, שניתן להפעיל בהם לחץ של עד 300barg, וכך לקבוע את הלחץ האופטימלי לתהליך המיצוי שלכם.
 

מיצוי במים סופרקריטיים המשופר באמצעות סוניקציה

מיצוי במים תת-קריטיים המוגבר באמצעות אולטרסאונד הוא טכניקה סינרגטית נוספת, שבה אולטרסאונד רב-עוצמה משפר את מעבר המסה בין מוצק לנוזל. מיצוי במים תת-קריטיים (SWE) – הידוע גם כמיצוי במים חמים בלחץ או כמיצוי במים בחימום-יתר – הוא טכניקה נפוצה פחות למיצוי תרכובות צמחיות בעלות קוטביות נמוכה יותר. במיצוי במים תת-קריטיים, מים במצבם העל-קריטי משמשים כממס.
מהם מים תת-קריטיים ומדוע הם ממס טוב למיצוי תרכובות צמחיות בעלות קוטביות נמוכה יותר? "למים תכונות תרמודינמיות רבות המושפעות במידה רבה מהטמפרטורה ומהלחץ. בהתאם לתנאים, ניתן לשנות את מצב הצבירה שלהם (מוצק, נוזל או גז), את התנהגותם התרמית, את צפיפותם או את צמיגותם. באמצעות העלאת הטמפרטורה והלחץ מעבר לנקודה המכונה הנקודה הקריטית (המוגדרת ב-221 bar וב-374 °C), מים יכולים להגיע למצב העל-קריטי. בתנאים תת-קריטיים, התואמים לטמפרטורות שבין 100°C לטמפרטורה הקריטית (374°C) וללחץ שבין 1 bar ללחץ הקריטי (221 bar) כדי למנוע התאדות, קוטביות המים פוחתת; הדבר הופך את המים לממס טוב יותר למיצוי מגוון תרכובות אורגניות פעילות ביולוגית." (Li and Chemat, 2019)
כאשר משלבים אולטרסאונד עם מיצוי במים תת-קריטיים, ניתן לשפר את יעילות המיצוי באמצעות הגדלת תפוקת המיצוי וקיצור זמן המיצוי. לקבלת תוצאות מיטביות, הלחץ בריאקטור האצווה הסגור הנתון בלחץ או בריאקטור תא הזרימה צריך להגיע לפחות לפי שניים מלחץ האדים של המים. (ניתן למצוא טבלה של לחץ האדים של המים בסוף עמוד זה.)
Huang ועמיתיו (2010) חקרו את השפעות המיצוי של אולטרסאונד בתדר נמוך ובהספק גבוה בשילוב מיצוי במים תת-קריטיים. לשם כך משולב גשוש אולטרסוני בתוך דוד המכשיר למיצוי במים תת-קריטיים, כדי למצות שמן נדיף מ-Lithospermum erythrorhizon. התוצאות הראו שהשפעת ההגברה בסיוע אולטרסאונד בתדר 20 KHz הייתה טובה מזו שבתדר 36 KHz, וגדלה עם הספק המוצא (מ-0 עד 250 W). תפוקת המיצוי במים תת-קריטיים עלתה מ-1.87% ל-2.39% באמצעות תנודות אולטרסוניות (250 W, 20 KHz) בטמפרטורה של 160°C ובלחץ של 5 MPa במהלך תהליך מיצוי שנמשך 25 דקות. סוניקציה עשויה לשפר לא רק את תפוקת המיצוי, אלא גם את קצב המיצוי, ובכך לחסוך זמן.
ניתן לבצע מיצוי במים תת-קריטיים בסיוע אולטרסאונד בלחצים נמוכים יותר (למשל, 5barg) מאשר במיצוי קונבנציונלי במים תת-קריטיים (למשל, 10MPa), דבר החוסך בעלויות האנרגיה והופך את תהליך המיצוי לבטוח יותר.

היתרונות של מיצוי אולטרסוני של חומרים צמחיים

הן המחקר המדעי והן היישום התעשייתי מראים שמיצוי בסיוע אולטרסאונד הוא טכניקה אמינה וקלה לתפעול, שאינה דורשת רקע טכני או הכשרה אינטנסיבית. יעילות מיצוי גבוהה מאוד, תפוקות גבוהות, עלויות תפעול נמוכות וכן עלויות השקעה נמוכות (במיוחד בהשוואה לטכניקות אחרות כגון מערכות מיצוי ב-CO₂ ) ועלויות אנרגיה נמוכות הם היתרונות העיקריים של מכשירי מיצוי אולטרסוניים מסוג גשוש.
יתרונות נוספים, ההופכים את טכנולוגיית המיצוי האולטרסוני לשיטה המועדפת, הם תמציות באיכות גבוהה בזכות טמפרטורות מיצוי נמוכות, תוצאות אמינות (הדירות / שחזוריות), הגדלת היקף ליניארית לחלוטין לכל רמת ייצור וכן דרישות תחזוקה נמוכות.
״יתרונות נוספים הקשורים לשימוש במיצוי אולטרסוני מסוג גשוש הם טיפול קל בתמצית, ביצוע מהיר, היעדר שאריות, תפוקה גבוהה, ידידותיות לסביבה, איכות משופרת ומניעת התפרקות התמצית.״
(ראו Chemat and Khan, 2011)

מערך מיצוי לבידוד תרכובות צמחיות: מכשיר אולטרסוני מסוג גשושית UP400St, מסנן ואקום של Büchi ומאייד סיבובי למיצוי פיטוכימיקלים.

מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים למיצוי במים

מערכות המיצוי של Hielscher Ultrasonics מבוססות היטב בתחום המיצוי הצמחי, ללא תלות בממס שבו משתמשים. יצרני תמציות – הן יצרנים קטנים של תמציות נישה בלעדיות והן יצרנים המייצרים בכמויות גדולות בקנה מידה נרחב – מוצאים במגוון הציוד הרחב של Hielscher את ציוד המיצוי האולטרסוני האידיאלי לדרישות הייצור שלהם. מערכי עיבוד באצוות וכן מערכי עיבוד רציף בקו זמינים וניתנים למשלוח מהמלאי. המיצוי האולטרסוני מתאים לעבודה עם כל ממס, וניתן ליישמו בגמישות למיצוי של כל חומר צמחי. השימוש במים כממס מאפשר לייצר תמציות בעלות הסמכה אורגנית ללא שימוש באתנול "אורגני" יקר מאוד. (כמובן, כדי לייצר תמצית אורגנית במים, החומר הצמחי חייב להיות מגידול אורגני).

מיצוי ביעילות גבוהה עם Hielscher Ultrasonics

מערכות המיצוי האולטרסוניות של Hielscher מפרקות ביעילות תאי צמחים, מגדילות את שטח הפנים של החומר הצמחי לחדירת הממס ומשפרות את מעבר המסה לשחרור פיטוכימיקלים (מטבוליטים משניים). מערכות המיצוי של Hielscher תוכננו לנוחות המשתמש, מותקנות במהירות וניתנות להפעלה בטוחה ואינטואיטיבית.

עמידה בתקני האיכות הגבוהים ביותר – תכנון וייצור בגרמניה

החומרה המתוחכמת והתוכנה החכמה של המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תוכננו להבטיח תוצאות מיצוי אולטרסוני אמינות מחומר הגלם הצמחי שלכם, עם תוצאות הניתנות לשחזור והפעלה בטוחה וידידותית למשתמש. עמידות, אמינות, פעולה 24/7 בעומס מלא והפעלה פשוטה מנקודת מבטו של העובד הם גורמי איכות נוספים שהופכים את המכשירים האולטרסוניים של Hielscher למועדפים.
מערכות המיצוי של Hielscher Ultrasonics משמשות ברחבי העולם למיצוי פיטוכימיקלים באיכות גבוהה. מערכות המיצוי האולטרסוניות של Hielscher הוכחו כמפיקות תרכובות צמחיות באיכות גבוהה, והן משמשות לא רק יצרנים קטנים של תמציות ייחודיות ותמציות בוטיק, אלא בעיקר בייצור תעשייתי של תמציות הזמינות באופן נרחב בשוק, תוספי תזונה ותכשירים טיפוליים. בזכות החומרה העמידה והתוכנה החכמה שלהם, ניתן להפעיל ולנטר בקלות את המעבדים האולטרסוניים של Hielscher.

תיעוד נתונים אוטומטי

כדי לעמוד בתקני הייצור של מוצרי מזון, תוספי תזונה ותכשירים טיפוליים, יש לנטר ולתעד את תהליכי הייצור בפירוט. המכשירים האולטרסוניים הדיגיטליים של Hielscher Ultrasonics כוללים תיעוד נתונים אוטומטי. בזכות תכונה חכמה זו, כל פרמטרי התהליך החשובים, כגון אנרגיה אולטרסונית (אנרגיה כוללת ואנרגיה נטו), טמפרטורה, לחץ וזמן, נשמרים אוטומטית בכרטיס SD מובנה מיד עם הפעלת המכשיר. ניטור התהליך ותיעוד הנתונים חשובים לתקנון מתמשך של התהליך ולאיכות המוצר. באמצעות גישה לנתוני התהליך המתועדים אוטומטית, ניתן לסקור הרצות סוניקציה קודמות ולהעריך את התוצאה.
תכונה נוספת הידידותית למשתמש היא השליטה מרחוק באמצעות דפדפן במערכות האולטרסוניות הדיגיטליות שלנו. באמצעות שליטה מרחוק בדפדפן תוכלו להפעיל, לעצור, לכוונן ולנטר את המעבד האולטרסוני שלכם מרחוק, מכל מקום.
רוצים ללמוד עוד על היתרונות של מיצוי אולטרסוני במים מחומרים צמחיים? צרו איתנו קשר עכשיו כדי לדון בתהליך ייצור התמציות הצמחיות שלכם! הצוות המנוסה שלנו ישמח לשתף מידע נוסף על מיצוי אולטרסוני, המערכות האולטרסוניות שלנו והמחירים!

הטבלה שלהלן נותנת מושג לגבי כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:

מידע טכני על מיצוי אולטרסוני במים

שיטות מיצוי קונבנציונליות כגון השריה, חליטה, חלחול, מיצוי בבישול, מיצוי ברפלוקס, זיקוק בקיטור, המראה וסחיטה משמשות בדרך כלל למיצוי תרכובות בעלות סגולות רפואיות מצמחים. החסרונות של שיטות אלה כוללים תהליך ממושך, טוהר נמוך ויעילות נמוכה.

פרמטרים של התהליך המשפיעים על מיצוי אולטרסוני

מיצוי בסיוע אולטרסאונד ידוע בתכונותיו וביתרונותיו הייחודיים, שהופכים את הסוניקציה לטכניקת מיצוי עדיפה בהשוואה לשיטות מיצוי קונבנציונליות של תרכובות צמחיות. יתרון מרכזי של מיצוי בסיוע אולטרסאונד טמון באפשרות להתאים במדויק את גורמי העיבוד האולטרסוני (כגון משרעת, זמן, טמפרטורה ולחץ), המאפשרת לכוונן את התהליך האולטרסוני באופן מיטבי לתרכובת המטרה. לכל חומר צמחי יש פרמטרים אידיאליים למיצוי, שבהם מתקבלים התפוקה, האיכות וקצב המיצוי הטובים ביותר. תהליך המיצוי האולטרסוני מאפשר להתאים באופן מושלם את תנאי המיצוי המיטביים האלה.

משרעת אולטרסונית

המשרעת היא ההעתק התנודתי של הגשוש האולטרסוני (הסונוטרודה). ככל שהמשרעת גבוהה יותר, כך התנודות והקוויטציה בנוזל העובר סוניקציה עזות יותר. Hielscher Ultrasonics מתמחה במכשירי אולטרסאונד בעלי גשוש ובעלי ביצועים גבוהים, המסוגלים לספק משרעות הניתנות לכוונון מדויק. גשושים מותאמים אישית, המסוגלים לספק משרעות של עד 200µm בפעולה רציפה 24/7, זמינים מן המדף. ניתן גם לייצר בקלות סונוטרודות אולטרסוניות מותאמות אישית למשרעות גבוהות אף יותר.
המשרעת היא אחד הפרמטרים החשובים ביותר למיצוי יעיל מצמחים – אם לא החשוב מכולם. משרעות גבוהות יוצרות את הכוחות הדרושים לפירוק דופנות התאים ולשחרור החומר התוך־תאי. כך נעשה הטיפול באולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים יעיל כל כך במיצוי מצמחים.

זמן / משך הטיפול האולטרסוני

מיצוי בסיוע אולטרסאונד קצר בדרך כלל בהרבה משיטות מסורתיות, שכן הסוניקציה משחררת את התרכובות הצמחיות בקצבי מיצוי גבוהים משמעותית. טיפול באולטרסאונד מאפשר הליכי מיצוי קצרים יותר, המגינים על התרכובות הממוצות מפני עיבוד יתר. עיבוד קצר יותר הודות לאולטרסאונד פירושו תפוקת עיבוד גבוהה יותר ואיכות תמצית גבוהה יותר.

טיפול אולטרסוני בפולסים

פעימה אולטרסונית היא מצב טיפול שבו הטיפול באולטרסאונד מופסק באמצעות מחזורי הפסקה מוגדרים (למשל, מחזור עבודה של 50%: הפעלה למשך 30 sec., הפסקה למשך 30 sec.; מחזור עבודה של 100%: סוניקציה רציפה ללא הפסקות) מחזור העבודה של האולטרסאונד (המוכר גם כמצב פולסים או כמחזורי פעימה אולטרסונית) מתייחס לאחוז הזמן שבו אולטרסאונד מועבר לתווך (משך הפולס) מתוך מחזור פולס אחד. למשל, מצב מחזור של 50% יהיה הפעלה למשך 30 sec., הפסקה למשך 30 sec. במהלך שלב ההפסקה של מחזור העבודה, הנוזל העובר סוניקציה חוזר למשך זמן מוגדר (למשל, 30 sec.) למצב ללא הפרעה, המסייע לפיזור חום כדי לשמור על טמפרטורת העיבוד הרצויה. למחזור העבודה של הסוניקציה חשיבות פחותה ליעילות המיצוי, אך הוא משמש לשמירה על טמפרטורה מסוימת של התהליך.

לחץ הידרוסטטי

לחץ הוא פרמטר חשוב מאוד נוסף בתהליכים אולטרסוניים. הפעלת לחץ הידרוסטטי על התווך העובר סוניקציה משפיעה על עוצמת הקוויטציה. בתנאי לחץ מוגבר, עוצמת הקוויטציה האולטרסונית (האקוסטית) גוברת. Hielscher Ultrasonics מציעה סוגים שונים של ריאקטורים אולטרסוניים לעיבוד במנות ותאי זרימה, שניתן להפעיל בהם לחץ להשגת תוצאות סוניקציה מוגברות.

טמפרטורת המיצוי

כמו כל טיפול מכני, טיפול אולטרסוני גורם לעלייה בטמפרטורה, בהתאם לחוק ה־2 של התרמודינמיקה. עם זאת, טיפול אולטרסוני הוא שיטת טיפול לא תרמית, שכן טיפולים בסיוע אולטרסאונד מבוססים על כוחות מכניים בלבד (הנקראים גם כוחות סונומכניים). ניתן לשלוט ביעילות בטמפרטורת המיצוי במהלך מיצוי אולטרסוני ולשמור עליה בטווח טמפרטורות מסוים שנבחר. כל המעבדים האולטרסוניים הדיגיטליים של Hielscher מצוידים בחיישן טמפרטורה הניתן לחיבור ובתוכנה חכמה, שבה ניתן להגדיר טווח טמפרטורות מסוים לתהליך. בכל פעם שהטמפרטורה חורגת מטווח זה, המכשיר האולטרסוני מפסיק את פעולתו עד שהטמפרטורה חוזרת לטווח שנבחר, ואז ממשיך אוטומטית בתהליך הסוניקציה. תכונה חכמה זו של המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מאפשרת שליטה מדויקת בתהליך הסוניקציה וקבלת תוצאות אידאליות.
מכיוון שטמפרטורת המיצוי עשויה להשתנות בהתאם לתרכובת הצמחית ולצמח, הטמפרטורה היא גורם חשוב שאין להזניח במהלך מיטוב התהליך האולטרסוני. לדוגמה, נמצא כי 80°C היא הטמפרטורה האידאלית להשגת תפוקה מרבית של פלבונואידים מ-Sophora flavescens, ואילו התוצאות הטובות ביותר למיצוי ערבינוקסילן מסובין חיטה התקבלו ב-50°C.

השתמשו בכל ממס למיצוי אולטרסוני

לתרכובות צמחיות שונות יש קוטביות שונה, המשפיעה על מסיסותן בממסים שונים. לדוגמה, ספונינים ורב-סוכרים הם קוטביים יותר ולכן מסיסותם במים טובה, שכן מים הם קוטביים מאוד. לעומת זאת, תרכובות פנוליות כגון אנתוציאנינים וחומצה כלורוגנית הן לא קוטביות למדי ולכן מתמוססות טוב יותר בממס פחות קוטבי, כגון אתנול. לפיכך, יש לבחור את הממס בהתאם למסיסות תרכובות המטרה כדי להשיג יעילות מיצוי גבוהה. לדוגמה, מים הם ממס טוב למיצוי תרכובות קוטביות כגון פסילוסיבין מפטריות וכן אוליגוסכרידים, גליקוזידים ופלבונואידים; ואילו תערובת אתנול ומים בריכוז אתנול של 60% (v/v) מתאימה למיצוי בסיוע אולטרסאונד של תרכובות כגון אפיגנין, באיקלין ולוטאולין.
קראו עוד על ממסים, קוטביות ממסים והממסים המתאימים ביותר למיצוי אולטרסוני!

מים כממס למיצוי

מים הם הממס הקוטבי ביותר ומתאימים למיצוי מגוון רחב של תרכובות קוטביות. יתרונותיהם העיקריים כוללים את היכולת להמיס מגוון רחב של חומרים. נוסף על כך, הם זולים, אינם רעילים, בטוחים ואינם דליקים. חסרונותיהם כוללים בררנות גבוהה לתרכובות קוטביות בשל קוטביותם הגבוהה. בשל נקודת הרתיחה הגבוהה שלהם, 100°C, ריכוז התמצית (למשל באמצעות זיקוק או אידוי סיבובי) דורש כמות גדולה של אנרגיה. נוסף על כך, מים מועדים להתפתחות חיידקים ועובש.

תדר אולטרסוני

התדר האולטרסוני סביב 20kHz התבסס כתדר העוצמתי והיעיל ביותר למיצוי מצמחים. תדר זה משפיע על יעילות המיצוי בסיוע אולטרסאונד בעת מיצוי תרכובות רפואיות מצמחים. באופן כללי, תדר אולטרסוני נמוך (כלומר, כ-20kHz) יוצר קוויטציה עזה יותר (השפעות סונומכניות), המובילה ליעילות גבוהה יותר של תהליך המיצוי.

החומר הצמחי

חומרים צמחיים יכולים להיבדל מאוד במבנה התאים שלהם ובקשיחותם. בהתאם להרכב דופן התא, שעשוי לכלול תאית, המיצלולוזות, ליגנין, רב־סוכרים פקטיניים, חלבונים, תרכובות פנוליות ותרכובות שאינן תאית, ומים, דופנות התאים עשויות להיות קשיחות או רכות. סוגים שונים של צמחים וחלקי צמחים מכילים סוגים וכמויות שונים של רכיבי דופן התא האלה. לכן כל סוג צמח דורש פרמטרי עיבוד ייעודיים להשגת תוצאות מיצוי מיטביות.
מכיוון שניתן לכוונן את העוצמה במדויק, מכשירי המיצוי האולטרסוניים של Hielscher יכולים לפרק באופן אמין דופנות תאים רכות וקשות. דופנות תאים רכות עשויות להזדקק לסוניקציה בעוצמה נמוכה יותר, ואילו מבני תאים קשיחים מפיקים תועלת מטיפול בעוצמה גבוהה יותר.
חומר הגלם למיצוי מצמחים יכול להיות לאחר קציר טרי (רטוב) או מיובש. מיצוי אולטרסוני מתאים הן לצמחים טריים/רטובים והן לצמחים מיובשים. גודל החלקיקים של המוצקים הצמחיים הוא גורם חשוב נוסף: שטח פנים גדול (כלומר, גודל חלקיקים קטן) מועיל משום שהוא מספק שטח מגע גדול לכוחות הגזירה של הקוויטציה האולטרסונית, וכך מתקבלת יעילות גבוהה יותר. לכן החומר הצמחי עובר השריה או נטחן לחתיכות קטנות (כ־3–5mm).

מדוע מיצוי אולטרסוני הוא השיטה הטובה ביותר?

יעילות

• תפוקות גבוהות יותר
• תהליך מיצוי מהיר – בתוך דקות
• תמציות באיכות גבוהה – מיצוי מתון, ללא חימום
• ממסים ירוקים (מים, אתנול, גליצרין, שמנים צמחיים, NADES וכו׳)

פשטות

• חיבור והפעלה – התקנה והפעלה בתוך דקות
• תפוקת עיבוד גבוהה – לייצור תמציות בקנה מידה גדול
• הפעלה באצוות או בזרימה רציפה בקו התהליך
• התקנה והפעלה ראשונית פשוטות
• ניידות / אפשרות להעברה – יחידות ניידות או מותקנות על גלגלים
• הגדלת קנה מידה ליניארית – הוספת מערכת אולטרסונית נוספת במקביל להגדלת הקיבולת
• ניטור ובקרה מרחוק – באמצעות מחשב אישי, טלפון חכם או טאבלט
• אין צורך בפיקוח על התהליך – מתקינים ומפעילים
• ביצועים גבוהים – מיועד לייצור רציף 24/7
• עמידות ודרישות תחזוקה נמוכות
• איכות גבוהה – תוכנן ונבנה בגרמניה
• טעינה ופריקה מהירות בין אצוות
• קל לניקוי

בטיחות

• הפעלה פשוטה ובטוחה
• מיצוי ללא ממס או מבוסס ממס (מים, אתנול, שמנים צמחיים, גליצרין וכו׳)
• ללא לחצים וטמפרטורות גבוהים
• זמינות מערכות מוגנות פיצוץ בעלות אישור ATEX
• קל לבקרה (גם באמצעות שליטה מרחוק)

ספרות / מקורות

• 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.