ממסים למיצוי אולטרסוני מצמחים

• מיצוי אולטרסוני מציע יתרונות רבים כגון תפוקות גבוהות, קצבי מיצוי מהירים, ידידותיות לסביבה וצריכת אנרגיה נמוכה.
• אחד היתרונות הבולטים ביותר הוא השימוש במים כתווך מיצוי. עם זאת, ניתן להשתמש בסוניקציה עם מגוון מערכות ממסים להשגת תוצאות מעולות עבור התמצית המבוקשת.
• הממס המיטבי למיצוי אולטרסוני של חומרים פעילים ביולוגית ממקור צמחי נבחר בהתאם לחומר הגלם.

מיצוי אולטרסוני

אולטרסאונד מוכר היטב ביכולתו לפרק מבנים תאיים ולשפר את מעבר המסה, ובכך להגביר את יכולת המיצוי של תרכובות ביולוגיות (למשל תרכובות פנוליות וקרוטנואידים).
מאחר שההשפעות המכניות של הסוניקציה משפרות מאוד את תהליך המיצוי באמצעות שיפור מעבר המסה, השימוש בממסים אורגניים מיותר לעיתים קרובות. משמעות הדבר היא שבמיצוי אולטרסוני, מים הם לעיתים קרובות תווך מיצוי מספק, בעל יתרונות רבים כגון עלות נמוכה, היעדר סיכון, זמינות גבוהה וידידותיות לסביבה.
עם זאת, עבור תרכובות מסוימות הפעילות ביולוגית, ייתכן שהתוצאות הטובות ביותר יושגו באמצעות מיצוי אולטרסוני בשילוב ממס נדיף.
לבחירת הממס המתאים יש להביא בחשבון את חומר הגלם (למשל חומר צמחי טרי או מיובש, שעבר השריה/טחינה או שנמצא בצורת אבקה) ואת חומרי היעד (למשל ליפופיליים או הידרופיליים).
 

הטבלה הבאה מציגה כמה ממסים מבוססים היטב המשמשים למיצוי אולטרסוני מחומר צמחי.

גלי אולטרסאונד רבי־עוצמה מפרקים את המטריצה התאית של מבנים ביולוגיים ומשחררים את התרכובות הפעילות ביולוגית. מעבר המסה בין החומר הצמחי לממס מוגבר. בזכות מנגנונים אלה, מיצוי אולטרסוני יעיל ביותר למיצוי מצמחים.

מכשירים אולטרסוניים למיצוי

החל במכשירים אולטרסוניים למעבדה ולשולחן העבודה ועד למערכות מיצוי אולטרסוני לתעשייה בקנה מידה מלא – Hielscher Ultrasonics היא השותפה שלכם בעלת הניסיון רב השנים בכל הנוגע למכשירים אולטרסוניים עוצמתיים ואמינים לתהליכי מיצוי מוצלחים.
המערכות האולטרסוניות שלנו נמצאות בשימוש נרחב במעבדות ביוכימיות ובמפעלים לייצור תרופות. הסונוטרודות והראקטורים האולטרסוניים ניתנים לעיקור באוטוקלב ועומדים בתקנים של ייצור תרופות.

מכשירי הסוניקציה התעשייתיים של Hielscher יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד כדי לפרק מטריצות תאים ולשחרר את חומרי המטרה. ניתן להפעיל בקלות אמפליטודות של עד 200µm ברציפות, בפעולה 24/7. העוצמה והעמידות של המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מבטיחות תפוקות גבוהות, קצבי מיצוי מהירים ומיצוי מלא יותר – עם ביצועים העולים על אלה של תהליכי מיצוי קונבנציונליים.
ניתן לשלב את המעבדים האולטרסוניים שלנו עם שיטות מיצוי קונבנציונליות כגון מיצוי סוקסלט או מיצוי באמצעות CO2 במצב על־קריטי. ניתן לשלבם בקלות בקווי ייצור קיימים.

ספרות / מקורות

• Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
• 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.

עובדות שכדאי לדעת

מיצוי אולטרסוני באמצעות קוויטציה

גלי אולטרסאונד עזים יוצרים קוויטציה אקוסטית בנוזלים. כוחות הגזירה הנוצרים בקוויטציה מפרקים את דופן התא ואת הממברנות, וכך משתחרר החומר התוך־תאי. מיצוי אולטרסוני משיג חדירה עמוקה יותר של הממס לרקמה צמחית ומשפר את מעבר המסה. בכך, מיצוי אולטרסוני מגביר במידה ניכרת את תהליך המיצוי ומביא לתפוקות גבוהות יותר, לקצבי מיצוי מהירים יותר ולמיצוי מלא יותר.

מערכות ממסים

למיצוי תרכובות בעלות פעילות ביולוגית מחומר צמחי זמינות מערכות ממסים שונות. למיצוי תרכובות הידרופיליות נבחרים בעיקר ממסים קוטביים כגון מתנול, אתנול או אתיל אצטט, ואילו למיצוי תרכובות ליפופיליות (למשל ליפידים) מועדפות מערכות ממסים כגון דיכלורומתאן או דיכלורומתאן/מתנול (v/v 1:1). הקסאן משמש לעיתים קרובות כממס למיצוי כלורופיל.

מהן תרכובות בעלות פעילות ביולוגית?

תרכובות בעלות פעילות ביולוגית, או פיטוכימיקלים, מוגדרות כחומרים המשפיעים על אורגניזמים חיים, רקמות או תאים. חומרים בעלי פעילות ביולוגית כוללים אנטיביוטיקה, אנזימים וויטמינים. חומרים בעלי פעילות ביולוגית כגון קרוטנואידים ופוליפנולים ניתנים למיצוי, למשל, מפירות, מעלים ומירקות, ואילו פיטוסטרולים מצויים בשמנים צמחיים.
תרכובות בעלות פעילות ביולוגית שמקורן בצמחים כוללות פלבונואידים, קפאין, קרוטנואידים, כולין, דיתיולתיאונים, פיטוסטרולים, רב־סוכרים, פיטואסטרוגנים, גלוקוזינולטים, פוליפנולים ואנתוציאנינים. חומרים רבים בעלי פעילות ביולוגית מוערכים בזכות פעולתם כנוגדי חמצון ולכן נחשבים מועילים לבריאות.

כיצד לבחור את ממס המיצוי הטוב ביותר?

ההנחיות שלהלן מסייעות לכם לבחור ממס מתאים למיצוי אולטרסוני מצמחים. מכיוון שסוניקציה מתאימה לשימוש עם כל ממס סטנדרטי, תוכלו לבחור את הממס המתאים ביותר לחומר הגלם הצמחי שלכם, לפיטוכימיקלים המיועדים למיצוי וליעילות הכלכלית.

• בררנות: בחרו ממס הממיס באופן ייעודי את התרכובות הרצויות ומשאיר את הרכיבים הלא רצויים מאחור. למשל, השתמשו באתנול לתרכובות קוטביות כגון אלקלואידים ופלבונואידים.
• מסיסות: על בסיס העיקרון "דומה ממיס דומה", בחרו ממס שקוטביותו דומה לזו של המומס. ממסים קוטביים (למשל מים ואתנול) ממיסים תרכובות קוטביות, ואילו ממסים לא קוטביים (למשל הקסאן) ממיסים תרכובות לא קוטביות כגון ליפידים ושמנים.
• עלות: הביאו בחשבון את יחס העלות־תועלת של הממס. ממסים מסוימים עשויים להיות יקרים יותר אך להציע תפוקות גבוהות יותר או בררנות טובה יותר, ובכך לאזן את עלות המיצוי הכוללת.
• בטיחות: ודאו שהממס בטוח לשימוש ולטיפול. הגורמים שיש להביא בחשבון כוללים רעילות, דליקות והשפעה סביבתית. לדוגמה, מים ואתנול הם אפשרויות בטוחות יותר בהשוואה לכלורופורם או לטולואן.

קוטביות ובחירת ממס
לפי עקרון הדמיון וההתערבבות ההדדית, ממסים שקוטביותם קרובה לקוטביות המומס צפויים להניב תוצאות טובות יותר. להלן כמה דוגמאות:

• ממסים קוטביים: מים, אתנול, מתנול – משמשים למיצוי תרכובות קוטביות כגון אלקלואידים, פלבונואידים, גליקוזידים וחלבונים.
• ממסים בעלי קוטביות בינונית: אצטון, אתיל אצטט, איזופרופנול – מתאימים למיצוי מגוון רחב של תרכובות, לרבות תרכובות פנוליות וחלק מהאלקלואידים.
• ממסים לא קוטביים: הקסאן, טולואן, אתר נפט – אידאליים למיצוי תרכובות לא קוטביות כגון ליפידים, שעוות, טרפנים ושמנים אתריים.

דוגמאות לשימוש בממסים

• אתנול: אחד הממסים הנפוצים ביותר למיצוי מצמחים. כממס קוטבי, אתנול ממיס תרכובות קוטביות כגון אלקלואידים ופלבונואידים.
• מים: הממס האוניברסלי, המשמש לעיתים קרובות למיצוי תרכובות הידרופיליות כגון רב־סוכרים, חלבונים וחלק מהגליקוזידים.
• מתנול: ממס בעל קוטביות גבוהה, היעיל במיצוי מגוון רחב של תרכובות צמחיות, לרבות תרכובות פנוליות, פלבונואידים וחלק מהאלקלואידים.
• הקסאן: ממס לא קוטבי המשמש בעיקר למיצוי תרכובות לא קוטביות כגון ליפידים, שעוות ושמנים אתריים.
• אצטון: אצטון הוא ממס קוטבי אפרוטי, היעיל למיצוי מגוון רחב של תרכובות צמחיות, במיוחד תרכובות שקוטביותן נמוכה מזו של התרכובות הממוצות באמצעות מים או מתנול.
• איזופרופנול: ממס קוטבי הדומה לאתנול, המשמש בדרך כלל למיצוי שמנים אתריים, שרפים וחלק מהאלקלואידים.
• כלורופורם: ממס לא קוטבי היעיל במיצוי אלקלואידים, טרפנואידים וחלק מהגליקוזידים. השימוש בו נפוץ פחות בשל רעילותו.
• אתיל אצטט: ממס בעל קוטביות בינונית המשמש למיצוי מגוון תרכובות, לרבות פלבונואידים, אלקלואידים ותרכובות פנוליות.
• טולואן: ממס לא קוטבי המשמש למיצוי תרכובות לא קוטביות כגון שמנים אתריים, טרפנים ושעוות.
• בוטנול: ממס בעל קוטביות בינונית, היעיל במיצוי תרכובות בעלות קוטביות בינונית, לרבות חלק מהגליקוזידים והספונינים.
• אתר נפט: ממס לא קוטבי המשמש בעיקר למיצוי שומנים, שמנים ותרכובות לא קוטביות אחרות מחומרים צמחיים.

הממסים הבאים נבדקו במחקרים שעסקו במיצוי אולטרסוני של חומרים צמחיים ופיטוכימיקלים מסוימים.

מהם ממסים אורגניים?

ממס אורגני הוא סוג של תרכובת אורגנית נדיפה (VOC). תרכובות אורגניות נדיפות הן חומרים כימיים אורגניים המתאדים בטמפרטורת החדר.
תרכובות אורגניות המשמשות כממסים כוללות:

• תרכובות ארומטיות, למשל בנזן וטולואן
• כוהלים, למשל מתנול
• אסטרים ואתרים
• קטונים, למשל אצטון
• אמינים
• פחמימנים שעברו ניטרציה והלוגנציה

ממסים אורגניים רבים מסווגים כרעילים או כמסרטנים. במקרה של טיפול לא נכון, הם עלולים לסכן בני אדם ולזהם את האוויר, המים והקרקע. בזכות המנגנון העוצמתי של המיצוי האולטרסוני, ניתן להימנע משימוש בממסים אורגניים באמצעות החלפתם בממסים מתונים יותר שאינם רעילים.