פיטוכימיה ושימוש באולטרסאונד: מיצוי אולטרסאונד בעל יעילות גבוהה של חומרים ביו-פעילים מצמחים

פיטוכימיה היא המדע העוסק בתרכובות כימיות שמקורן בצמחים – מפוליפנולים, פלבנואידים ואלקלואידים ועד טרפנים, ספונינים, גליקוזידים, פיגמנטים, נוגדי חמצון ומרכיבי שמנים אתריים. חומרים פיטוכימיים אלה הם בעלי ערך רב בתעשיית תוספי התזונה, התרופות, הקוסמטיקה, מרכיבי המזון, צבעי מאכל טבעיים, בשמים, תמציות צמחים ומחקר אנליטי.

שדרגו את תהליך החילוץ הפיטוכימי שלכם באמצעות מכשירי הסוניקציה של Hielscher

להפיק יותר חומרים ביו-פעילים בפחות זמן
מכשירים קוליים מסוג "פרובה" של חברת Hielscher משפרים את תהליך החילוץ הצמחי באמצעות פיצוח תאי הצמח והאצת העברת המסה. הדבר מאפשר חילוץ בתפוקה גבוהה של חומרים פיטוכימיים מצמחי מרפא, שורשים, עלים, פרחים, פירות, זרעים, קליפות, אצות וחומרי צמחים אחרים.

 
מדוע לבחור במערכות החילוץ האולטראסוניות של Hielscher

• תשואות מיצוי גבוהות יותר: להפיק כמות גדולה יותר של תרכובות היעד מאותו חומר גלם צמחי.
• זמני עיבוד קצרים יותר: החליפו תהליכי השרייה ממושכים או שלבי מיצוי הדורשים חום גבוה בעיבוד קולי מהיר.
• מיצוי עדין, לא תרמי: שמירה על חומרים פיטוכימיים רגישים לחום, כגון פוליפנולים, טרפנים, אנתוציאנינים, ויטמינים ונוגדי חמצון.
• גמישות בממסים: יש להשתמש במים, אתנול, תערובות של מים ואתנול, גליצרין, שמנים, ממסים יוטקטיים עמוקים או חומרי מיצוי מתאימים אחרים.
• בקרה מדויקת על התהליך: התאם את המשרעת, ההספק, צריכת האנרגיה, הזמן, הטמפרטורה, הלחץ וקצב הזרימה.
• הרחבה ליניארית: לפתח פרמטרים לחילוץ במעבדה ולהעבירם לייצור ניסיוני ותעשייתי.
• פעולה אצווה ופעולה מובנית: בחרו בין טיפול באולטרסאונד בקנה מידה של כוס מדידה, עיבוד במיכל עם ערבוב או מיצוי בזרימה רציפה.
• עיצוב תעשייתי חזק: מכשירים אולטראסוניים של Hielscher תוכננו לסביבות ייצור תובעניות, לפעולה בעלת תוצאות חוזרות ולשילוב קל.

עיבוד קולי להפקת פיטוכימיקלים מהירה, נקייה ומלאה יותר

כדי להשתמש בפיטוכימיקלים בתכשירים, בבדיקות או במוצרים מסחריים, יש לשחררם תחילה ממטריצת הצמח. זהו המקום שבו הטיפול באולטרסאונד הפך לאחת מטכנולוגיות החילוץ היעילות ביותר. מכשירי אולטרסאונד מסוג "פרובה" יוצרים קוויטציה אקוסטית עוצמתית בנוזלים ובתערובות נוזליות. המיקרו-טורבולנציה, כוחות הגזירה ותנודות הלחץ הנוצרים כתוצאה מכך מפרקים את תאי הצמח, משפרים את חדירת הממס ומאיצים את העברת המולקולות הביו-אקטיביות לתוך מדיום החילוץ.

חברת Hielscher Ultrasonics מספקת מכשירי אולטרסאונד בעלי ביצועים גבוהים למיצוי פיטוכימי, החל ממחקר מעבדה ועד לייצור תעשייתי מלא. בין אם אתם מפתחים תמצית צמחית, מייעלים את הכנת הדגימות לניתוח או מרחיבים תהליך של מרכיב צמחי, השימוש באולטרסאונד מעניק לכם שליטה מדויקת בעוצמת המיצוי, ביכולת השחזור ובתפוקה.

מהו תהליך סוניקציה בפיטוכימיה?

סוניקציה היא יישום של גלי קול בעוצמה גבוהה על נוזל או תרחיף. בפיטוכימיה, הסוניקציה משמשת לרוב למיצוי בסיוע גלי קול, הכנת דגימות, פירוק תאים, פיזור, יצירת תחליבים והעצמת תהליכים.
כאשר מתמר קולי בעוצמה גבוהה משדר גלי קול לתוך חומר מיצוי, מחזורים מתחלפים של לחץ גבוה ולחץ נמוך יוצרים קוויטציה אקוסטית. בועות הקוויטציה מתנפחות ומתפוצצות בעוצמה רבה. התפוצצות זו מייצרת כוחות גזירה מקומיים, סילוני נוזל זעירים ותופעות ערבוב עזות.

בתחום המיצוי הבוטני, השפעות אלה מסייעות:

• לשבור את דפנות התאים והקרומים
• להגביר את נגישות הממס לתרכובות תאיות
• להפחית את שכבות הגבול סביב חלקיקי הצמחים
• לשפר את דיפוזית החומרים הפיטוכימיים לתוך הממס
• לקצר את משך החילוץ
• לשפר את יכולת השחזור
• להפחית את הצורך בחימום יתר או בחשיפה ממושכת לממסים

התוצאה היא תהליך מיצוי מהיר, יעיל ולעתים קרובות עדין יותר בהשוואה לשיטות המקובלות של השרייה, חליטה, סינון או זיקוק חוזר.

מדוע השימוש באולטרסאונד חשוב בתהליך החילוץ הפיטוכימי המודרני

חומרי גלם בוטניים הם מורכבים. תרכובות ביו-אקטיביות כלואות בתאי הצמח, קשורות למרכיבים מבניים או מפוזרות ברקמות שונות. תהליכי מיצוי קונבנציונליים מצריכים לרוב זמן שהייה ממושך, כמויות גדולות של ממסים או טמפרטורות גבוהות. תנאים אלה עלולים להיות לא יעילים ועלולים לגרום לפירוק של תרכובות רגישות לחום.
מיצוי בסיוע אולטרסאונד מתגבר על מגבלות אלה באמצעות הגברת השחרור הפיזי של החומרים הפיטוכימיים. במקום להסתמך רק על דיפוזיה פסיבית, הטיפול באולטרסאונד מפרק באופן פעיל את המטריצה הצמחית ומאיץ את העברת החומר.

לכן, מיצוי באמצעות אולטרה-סאונד מועיל במיוחד כאשר היצרנים זקוקים ל:

• תפוקה גבוהה יותר מחומרי גלם צמחיים יקרים
• מחזורי ייצור קצרים יותר
• צריכת ממס נמוכה יותר
• מיצוי משופר של תרכובות רגישות לחום
• מיצוי ניתן לשחזור לצורך בקרת איכות
• עיבוד הניתן להרחבה מהמעבדה ועד לייצור
• תאימות עם ממסים ירוקים ומרכיבים בעלי תווית נקייה

במחקר פיטוכימי, השימוש באולטרסאונד משפר גם את הכנת הדגימות לניתוח. מעבדות יכולות להפיק תרכובות יעד במהירות ובעקביות לפני ביצוע בדיקות HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, בדיקות נוגדי חמצון או שיטות ניתוח אחרות.

עיבוד קולי אצווה ובתהליך רציף לתמציות צמחיות

מיצוי אולטראסוני בתהליכים אצוותיים

עיבוד בקבוצות באמצעות אולטרסאונד הוא אידיאלי למחקר מעבדה, פיתוח פורמולות, ייצור בקנה מידה קטן ועיבוד גמיש. מכשיר אולטרסאונד עם בדיקה מוחדר לכלי המכיל את התרחיף של הצמח והממס. עיבוד בקבוצות קל להגדרה ומצויין לבדיקת פרמטרים כגון סוג הממס, משרעת, זמן החילוץ והטמפרטורה.

מיצוי קולי רציף בקו הייצור

במקרה של נפחי ייצור גדולים יותר, השיטה המועדפת היא עיבוד קולי רציף בקו הייצור. התרחיף הצמחי נשאב דרך תא זרימה קולי, שם הוא נחשף לתופעת קוויטציה מבוקרת. עיבוד בקו הייצור משפר את יכולת השחזור, את בקרת התהליך ואת התפוקה. כמו כן, הוא הופך את תהליך ההרחבה ליותר צפוי, שכן ניתן לקבוע במדויק את כמות האנרגיה הנדרשת, זמן השהייה וקצב הזרימה.
מכשירים אולטראסוניים תעשייתיים של Hielscher מתוכננים לפעולה רציפה וניתן לשלבם עם משאבות, מחליפי חום, מיכלי אחסון, מערכות סינון, התאוששות ממסים וריכוז במורד הזרם.

הטבלה שלהלן מספקת אינדיקציה לגבי כושר העיבוד המשוער של מכשירי הסוניקציה שלנו לצורך מיצוי צמחי

חומרים פיטוכימיים המופקים באמצעות סוניקציה

שיטת האולטרסאונד מתאימה למגוון רחב של סוגים של חומרים פיטוכימיים. תוצאות המיצוי תלויות בחומר הצמחי, בגודל החלקיקים, בממס, בטמפרטורה, בעוצמת האולטרסאונד, בזמן השהייה ובתהליך ההפרדה שלאחר מכן.

פוליפנולים ופלבנואידים

פוליפנולים ופלבנואידים נמנים עם החומרים הפיטוכימיים הנחקרים ביותר, בשל תכונותיהם האנטי-חמצוניות וחשיבותם בתרכובות מזון, תוספי תזונה ומוצרי קוסמטיקה. מיצוי באמצעות אולטרסאונד משפר את שחרורם של חומצות פנוליות, קטכינים, קוורצטין, רוטין, אנתוציאנינים ותרכובות נלוות מעלים, פירות, קליפות, פרחים, זרעים וקליפת עצים.

טרפנים ומרכיבי שמנים אתריים

טרפנים ותרכובות ארומטיות הם מרכיבים חשובים בתמציות צמחיות, בבשמים, בטעמים ובעיבוד קנאביס או המפ. טיפול באולטרסאונד יכול לשפר את תהליך החילוץ מרקמות הצמח, תוך מתן אפשרות לשליטה עדינה בטמפרטורה – דבר החשוב עבור תרכובות נדיפות ורגישות לחמצון.

אלקלואידים

אלקלואידים מצויים בצמחי מרפא רבים, ולעתים קרובות מפיקים אותם למטרות אנליטיות, פרמצבטיות או תזונתיות. טיפול קולי משפר את פירוק המטריצה ויכול להאיץ את העברת האלקלואידים לממסים מתאימים.

ספונינים, גליקוזידים וטאנינים

שורשים, עשבי תיבול, קטניות וצמחי מרפא רבים מכילים ספונינים, גליקוזידים וטאנינים. טיפול באולטרסאונד מסייע בשחרור תרכובות אלה ממטריצות צמחיות סיביות או צפופות, וניתן לייעל אותו כדי לאזן בין תפוקת החילוץ לבין הסלקטיביות.

פיגמנטים ונוגדי חמצון

פיגמנטים טבעיים כגון אנתוציאנינים, כלורופילים, קרוטנואידים ובטלאינים הם בעלי ערך רב ליישומים בתחומי המזון, המשקאות, הקוסמטיקה והאנליטיקה. מכיוון שרבים מהפיגמנטים רגישים לחום, לחמצן ול-pH, למיצה באמצעות אולטרסאונד בתנאי טמפרטורה מבוקרים יש יתרונות רבים.

קנבינואידים וחומרים פיטוכימיים בקנבוס

קנבוס וקנאביס מכילים קנבינואידים, טרפנים, פלבנואידים ומרכיבים צמחיים נוספים. מיצוי קולי משפר את שחרורם של תרכובות אלה מביומסה טחונה, וניתן להתאימו למערכות המבוססות על אתנול, תערובת אתנול-מים או ממסים אחרים.

מיצוי אולטראסוני של חומרים פיטוכימיים

ספרות / מקורות