פיטוכימיה וסוניקציה: מיצוי אולטרסוני ביעילות גבוהה של חומרים פעילים ביולוגית מצמחים

פיטוכימיה היא מדע התרכובות הכימיות שמקורן בצמחים – מפוליפנולים, פלבונואידים ואלקלואידים ועד טרפנים, ספונינים, גליקוזידים, פיגמנטים, נוגדי חמצון ומרכיבי שמנים אתריים. תרכובות פיטוכימיות אלה בעלות ערך למוצרי תזונה בעלי תועלת בריאותית, לתרופות, לקוסמטיקה, לרכיבי מזון, לצבעים טבעיים, לחומרי ריח, לתמציות צמחים ולמחקר אנליטי.

שדרגו את המיצוי הפיטוכימי שלכם באמצעות סוניקטורים של Hielscher

מצו יותר חומרים פעילים ביולוגית בפחות זמן
סוניקטורים של Hielscher בעלי גשושית מגבירים את יעילות המיצוי מצמחים באמצעות ביקוע תאי הצמח והאצת מעבר המסה. כך מתאפשר מיצוי בתפוקה גבוהה של תרכובות פיטוכימיות מעשבי תיבול ומרפא, משורשים, מעלים, מפרחים, מפירות, מזרעים, מקליפות עצים, מאצות ומחומרים צמחיים אחרים.

 
מדוע לבחור במערכות המיצוי האולטרסוני של Hielscher

• תפוקות מיצוי גבוהות יותר: הפיקו יותר תרכובות מטרה מאותו חומר גלם צמחי.
• זמני עיבוד קצרים יותר: החליפו שלבי מיצוי ממושכים בהשריה או שלבי מיצוי הכרוכים בחימום רב בעיבוד אולטרסוני מהיר.
• מיצוי עדין ולא תרמי: שמרו על תרכובות פיטוכימיות רגישות לחום כגון פוליפנולים, טרפנים, אנתוציאנינים, ויטמינים ונוגדי חמצון.
• גמישות בבחירת הממס: השתמשו במים, באתנול, בתערובות מים ואתנול, בגליצרין, בשמנים, בממסים אאוטקטיים עמוקים או בתווכי מיצוי מתאימים אחרים.
• בקרת תהליך מדויקת: התאימו את המשרעת, ההספק, תשומת האנרגיה, הזמן, הטמפרטורה, הלחץ וספיקת הזרימה.
• הגדלה ליניארית של קנה המידה: פתחו פרמטרים למיצוי במעבדה והעבירו אותם לייצור בקנה מידה של פיילוט ולייצור תעשייתי.
• הפעלה באצוות ובקו הייצור: בחרו בסוניקציה בקנה מידה של כוס מעבדה, בעיבוד במכל עם בוחש או במיצוי בזרימה רציפה.
• תכנון תעשייתי עמיד: המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתוכננים לסביבות ייצור תובעניות, להפעלה הדירה ולשילוב קל.

עיבוד אולטרסוני למיצוי פיטוכימי מהיר יותר, נקי יותר ומלא יותר

כדי להשתמש בתרכובות פיטוכימיות בפורמולציות, בבדיקות או במוצרים מסחריים, יש לשחרר אותן תחילה מהמטריצה הצמחית. כאן הפכה הסוניקציה לאחת מטכנולוגיות המיצוי היעילות ביותר. מכשירים אולטרסוניים בעלי גשושית יוצרים קוויטציה אקוסטית עזה בנוזלים ובתרחיפים. המיקרו־מערבולות, כוחות הגזירה ותנודות הלחץ הנוצרים מפרקים תאי צמח, משפרים את חדירת הממס ומאיצים את מעבר המולקולות הפעילות ביולוגית אל תווך המיצוי.

Hielscher Ultrasonics מספקת מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים למיצוי פיטוכימי, ממחקר מעבדתי ועד ייצור תעשייתי מלא. בין שאתם מפתחים תמצית צמחית, ממטבים הכנת דגימות אנליטיות או מגדילים את קנה המידה של תהליך להפקת רכיב צמחי, סוניקציה מעניקה לכם שליטה מדויקת בעוצמת המיצוי, בהדירות ובתפוקה.

מהי סוניקציה בפיטוכימיה?

סוניקציה היא הפעלת אולטרסאונד בהספק גבוה על נוזל או תרחיף. בפיטוכימיה, השימושים הנפוצים ביותר בסוניקציה הם מיצוי בסיוע אולטרסאונד, הכנת דגימות, פירוק תאים, פיזור, יצירת תחליבים והגברת יעילות תהליכים.
כאשר גשושית אולטרסונית בעוצמה גבוהה מעבירה גלי קול אל תווך מיצוי, מחזורים מתחלפים של לחץ גבוה ולחץ נמוך יוצרים קוויטציה אקוסטית. בועות קוויטציה גדלות וקורסות בעוצמה. קריסה זו יוצרת כוחות גזירה מקומיים, מיקרו־סילוני נוזל והשפעות ערבול עזות.

במיצוי מצמחים, השפעות אלה מסייעות:

• לקרוע דופנות תאים וקרומים
• להגביר את נגישות הממס לתרכובות תוך־תאיות
• לצמצם את שכבות הגבול סביב חלקיקי הצמח
• לשפר את הדיפוזיה של תרכובות פיטוכימיות אל הממס
• לקצר את זמן המיצוי
• להגביר את ההדירות
• להפחית את הצורך בחום מופרז או בחשיפה ממושכת לממס

התוצאה היא תהליך מיצוי מהיר יותר, יעיל יותר ולעיתים קרובות עדין יותר בהשוואה לשיטות קונבנציונליות של השריה, חליטה, חלחול או רפלוקס.

מדוע סוניקציה חשובה למיצוי פיטוכימי מודרני

חומרי גלם צמחיים הם מורכבים. תרכובות פעילות ביולוגית כלואות בתאי הצמח, קשורות לרכיבים מבניים או מפוזרות ברקמות שונות. מיצוי קונבנציונלי דורש לעיתים קרובות זמני שהייה ארוכים, נפחי ממס גדולים או טמפרטורות גבוהות. תנאים אלה עלולים להיות בלתי יעילים ועלולים לגרום לפירוק של תרכובות רגישות לחום.
מיצוי בסיוע אולטרסאונד מתמודד עם מגבלות אלה באמצעות הגברת השחרור הפיזי של פיטוכימיקלים. במקום להסתמך רק על דיפוזיה פסיבית, הסוניקציה מפרקת באופן פעיל את המטריצה הצמחית ומניעה מעבר מסה.

לכן מיצוי אולטרסוני שימושי במיוחד כאשר נדרשים בתהליכי העיבוד:

• תפוקה גבוהה יותר מחומרי גלם צמחיים יקרים
• מחזורי ייצור קצרים יותר
• צריכת ממס נמוכה יותר
• מיצוי משופר של תרכובות רגישות לחום
• מיצוי בעל הדירות לצורך בקרת איכות
• עיבוד הניתן להגדלה בקנה מידה ממעבדה לייצור
• תאימות לממסים ירוקים ולרכיבים בעלי תווית נקייה

במחקר פיטוכימי, סוניקציה משפרת גם את הכנת הדגימות לאנליזה. מעבדות יכולות למצות תרכובות מטרה במהירות ובעקביות לפני HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, בדיקות פעילות נוגדת חמצון או שיטות אנליטיות אחרות.

סוניקציה במנות ובקו לתמציות צמחיות

מיצוי אולטרסוני במנות

סוניקציה במנות אידיאלית למחקר מעבדתי, לפיתוח פורמולציות, לייצור בקנה מידה קטן ולעיבוד גמיש. סוניקטור עם גשוש מוחדר לכלי המכיל תרחיף של חומר צמחי בממס. עיבוד במנות קל להקמה ומצוין לסריקת פרמטרים כגון סוג הממס, אמפליטודה, זמן המיצוי וטמפרטורה.

מיצוי אולטרסוני רציף בקו

לנפחי ייצור גדולים יותר, סוניקציה רציפה בקו היא התצורה המועדפת. התרחיף הצמחי נשאב דרך תא זרימה אולטרסוני, שבו הוא נחשף לקוויטציה מבוקרת. עיבוד בקו משפר את ההדירות, את בקרת התהליך ואת התפוקה. הוא גם הופך את ההגדלה בקנה מידה לצפויה יותר, משום שניתן להגדיר במדויק את תשומת האנרגיה, את זמן השהייה ואת ספיקת הזרימה.
המכשירים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher מיועדים לפעולה רציפה וניתנים לשילוב עם משאבות, מחליפי חום, מכלי החזקה, מערכות סינון, השבת ממסים וריכוז בהמשך התהליך.

הטבלה שלהלן מספקת אומדן של כושר העיבוד המשוער של הסוניקטורים שלנו למיצוי צמחי

פיטוכימיקלים המופקים באמצעות סוניקציה

סוניקציה מתאימה למגוון רחב של קבוצות פיטוכימיקלים. תוצאת המיצוי תלויה בחומר הצמחי, בגודל החלקיקים, בממס, בטמפרטורה, באמפליטודה האולטרסונית, בזמן השהייה ובהפרדה בהמשך התהליך.

פוליפנולים ופלבונואידים

פוליפנולים ופלבונואידים נמנים עם הפיטוכימיקלים הנחקרים ביותר בזכות תכונותיהם נוגדות החמצון וחשיבותם בפורמולציות של מזון, תוספי תזונה וקוסמטיקה. מיצוי אולטרסוני מגביר את שחרורן של חומצות פנוליות, קטכינים, קוורצטין, רוטין, אנתוציאנינים ותרכובות קשורות מעלים, מפירות, מקליפות פרי, מפרחים, מזרעים ומקליפות עצים.

טרפנים ומרכיבי שמנים אתריים

טרפנים ותרכובות ארומה חשובים לתמציות צמחיות, לבשמים, לחומרי טעם ולעיבוד קנאביס או המפ. סוניקציה יכולה לשפר את המיצוי מרקמות צמחיות תוך מתן אפשרות לבקרה על טמפרטורה מתונה, דבר החשוב לתרכובות נדיפות ורגישות לחמצון.

אלקלואידים

אלקלואידים מצויים בצמחי מרפא רבים ולעיתים קרובות מופקים למטרות אנליטיות, תרופתיות או לצורכי תוספי תזונה. טיפול אולטרסוני משפר את פירוק המטריצה ויכול להאיץ את מעבר האלקלואידים לממסים מתאימים.

ספונינים, גליקוזידים וטאנינים

שורשים, עשבי תיבול, קטניות וצמחי מרפא רבים מכילים ספונינים, גליקוזידים וטאנינים. סוניקציה מסייעת לשחרר תרכובות אלה ממטריצות צמחיות סיביות או צפופות, וניתן למטב אותה כדי לאזן בין תפוקת המיצוי לסלקטיביות.

פיגמנטים ונוגדי חמצון

פיגמנטים טבעיים כגון אנתוציאנינים, כלורופילים, קרוטנואידים ובטלאינים הם בעלי ערך ליישומי מזון, משקאות, קוסמטיקה ואנליזה. מכיוון שפיגמנטים רבים רגישים לחום, לחמצן ול-pH, למיצוי אולטרסוני בתנאי טמפרטורה מבוקרים יש יתרון רב.

קנבינואידים ופיטוכימיקלים של המפ

המפ וקנאביס מכילים קנבינואידים, טרפנים, פלבונואידים ומרכיבים צמחיים אחרים. מיצוי אולטרסוני משפר את שחרורן של תרכובות אלה מביומסה טחונה וניתן להתאימו למערכות ממסים המבוססות על אתנול, על תערובות מים ואתנול או על ממסים אחרים.

מיצוי אולטרסוני של פיטוכימיקלים

ספרות / מקורות

• Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
• Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
• Turrini, F.; Beruto, M.; Mela, L.; Curir, P.; Triglia, G.; Boggia, R.; Zunin, P.; Monroy, F. (2021): Ultrasound-Assisted Extraction of Lavender (Lavandula angustifolia Miller, Cultivar Rosa) Solid By-Products Remaining after the Distillation of the Essential Oil. Applied Sciences 11, 2021.
• 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.
• 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.