סוניקציה עולה במהירותה על שיטות מיצוי אחרות

התהליך המהיר של מיצוי אולטרסוני והחיסכון בזמן הנובע ממנו בייצור תמציות הם אחד מיתרונותיו הרבים של מיצוי אולטרסוני של תרכובות פעילות ביולוגית מצמחים. מיצוי אולטרסוני הושווה במחקרים מדעיים לטכניקות מיצוי חלופיות כגון מיצוי באמצעות CO2 סופרקריטי, השריה, מיצוי בחימום וברפלוקס, מיצוי סוקסלט או מיצוי במיקרוגל, ותוצאות המחקרים מוכיחות את יתרונה המשמעותי של סוניקציה מבחינת מהירות המיצוי ותפוקתו.

סוניקציה כתהליך מיצוי מהיר

מיצוי אולטרסוני של תרכובות פעילות ביולוגית מוכר היטב בזכות תפוקותיו הגבוהות, התמציות האיכותיות שהוא מפיק, זמן המיצוי הקצר, צריכת האנרגיה הנמוכה והיכולת לעבוד עם ממסים מתונים מאוד. כל הגורמים האלה תורמים ליעילות הכוללת יוצאת הדופן של מיצוי אולטרסוני של מרכיבים פעילים ביולוגית מחומרים צמחיים.
להלן מבחר דוחות מחקר מדעיים שבהם מיצוי אולטרסוני (המכונה גם מיצוי בסיוע אולטרסאונד / UAE) הושווה לטכניקות מיצוי אחרות כגון השריה, מיצוי סוקסלט, מיצוי בחימום וברפלוקס, מיצוי בתנאים סופרקריטיים באמצעות CO₂ ומיצוי במיקרוגל.

מיצוי אולטרסוני עולה על טכניקות מיצוי אחרות במהירות גבוהה (משך זמן מקוצר), בתפוקות גבוהות יותר ובאיכות תמצית גבוהה יותר.

מכשיר האולטרסאונד UP400St למיצוי מהיר של חומרים צמחיים באופן מנתי

יישום המיצוי	זמן המיצוי האולטרסוני	זמן המיצוי בשיטה החלופית	מידע נוסף	מקור
מיצוי אנתוציאנינים מפירות הדס	5 min	15 min מיקרוגל	מכשיר האולטרסאונד UP200S	Gonzalez et al., 2019
מיצוי עלי בולדו	5–30 min	15–90 min השריה	מכשיר האולטרסאונד UIP1000hdT "ניתן לראות שבסוניקציה של 5 עד 30 min, התפוקה שקולה לתפוקה של השריה קונבנציונלית במשך 15 עד 90 min: UAE מצריך שליש מהזמן הנדרש למיצוי החומר המסיס שבעלים בהשריה קונבנציונלית."	Petigny et al., 2013
מיצוי כלל הפנולים והפלבונואידים ממרווה	11 min	30 min מיצוי קונבנציונלי באמבט מים מטלטל בטמפרטורה של 60ºC	מכשירי מיצוי אולטרסוניים UP100H, UP400S	Dent et al., 2015
מיצוי פוליפנולים מעלי זית	21 min	60min מיצוי קונבנציונלי בחימום וברפלוקס	מכשיר האולטרסאונד UP400S	Dobrinčić et al., 2020
מיצוי תרכובות פנוליות פעילות ביולוגית מעלי Malva sylvestris	49 min 48°C בהספק של 110W	5 h מיצוי במצע מעורבל במהירות של 150 rpm	מכשיר האולטרסאונד UP200S אנליזת HPLC הראתה שריכוז התרכובות הפנוליות הפעילות ביולוגית עלה באופן מובהק (p≺0.05) בתנאי UAE המיטביים.	Bimakr et al., 2017
מיצוי ליפידים מזרעי מלון חורף (Benincasa hispida)	∼36 min	מיצוי בפחמן דו־חמצני סופרקריטי בשילוב טכניקת שינויי לחץ (SCE-PST) (∼50 min), מיצוי בתנאים סופרקריטיים באמצעות CO₂ (∼97 min), ומיצוי סוקסלט קונבנציונלי (∼360 min)	השוואה בין מיצוי בפחמן דו־חמצני סופרקריטי (sCO₂), מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE), מיצוי בפחמן דו־חמצני סופרקריטי בשילוב טכניקת שינויי לחץ (SCE-PST) ומיצוי סוקסלט מראה ש־UAE היא טכניקת המיצוי היעילה והמהירה ביותר.	Bimakr et al. (2015)

מיצוי אולטרסוני יעיל ומהיר באופן משמעותי מטכניקות מיצוי חלופיות כגון מיצוי בפחמן דו־חמצני סופרקריטי (SCO2) ומיצוי סוקסלט.

השוואה בין מיצוי בפחמן דו־חמצני סופרקריטי (sCO₂), מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE), מיצוי בפחמן דו־חמצני סופרקריטי בשילוב טכניקת שינויי לחץ (SCE-PST) ומיצוי סוקסלט מראה כי UAE היא טכניקת המיצוי היעילה והמהירה ביותר.

היתרונות של מיצוי אולטרסוני של חומרים צמחיים

יעילות מיצוי גבוהה
תפוקות מיצוי מעולות
תהליך מהיר
טמפרטורות נמוכות
מתאים למיצוי תרכובות רגישות לחום
תואם לכל ממס
צריכת אנרגיה נמוכה
טכניקת מיצוי ירוקה
הפעלה קלה ובטוחה
עלויות השקעה ותפעול נמוכות
פעולה 24/7 בתנאי עבודה תובעניים

מכשירי מיצוי אולטרסוניים עתירי ביצועים לבידוד מהיר של תרכובות

הציוד האולטרסוני המתקדם של Hielscher מאפשר מיצוי מהיר של ביומולקולות באיכות גבוהה מצמחים. שליטה מלאה בפרמטרים של התהליך, כגון אמפליטודה, טמפרטורה, לחץ והאנרגיה המושקעת, מאפשרת את תנאי המיצוי היעילים והמתונים ביותר, המפיקים תמציות ללא פגיעה ובעלות פעילות ביולוגית גבוהה. ניתן למטב את פרמטרי המיצוי האולטרסוני, כגון גודל חלקיקי חומר הגלם, סוג הממס, היחס בין המוצק לממס וזמן המיצוי, להשגת היעילות הגבוהה ביותר והתוצאות הכוללות הטובות ביותר. מכיוון שמיצוי אולטרסוני הוא שיטת מיצוי לא תרמית, ניתן למנוע פירוק תרמי של המרכיבים הפעילים ביולוגית, וכך להשיג תמציות באיכות מעולה.
בסך הכול, יתרונות כגון תפוקה גבוהה, זמן מיצוי קצר, טמפרטורת מיצוי נמוכה וצריכת ממסים מופחתת הופכים את הסוניקציה לשיטת המיצוי המועדפת.

מיצוי אולטרסוני של חומר צמחי מניב תפוקות גבוהות יותר. ההומוגנייזר UIP2000hdT של Hielscher, בהספק של 2000 ואט, עוצמתי דיו לביצוע מיצוי בקלות באצוות של 10 עד 120 ליטרים.

ההשוואה בין מיצוי אולטרסוני למיצוי במיקרוגל מראה שמיצוי אנתוציאנינים מפירות הדס יעיל יותר באמצעות סוניקציה.

סוניקציה עולה על מיקרוגל במיצוי אנתוציאנינים מפירות הדס. סוניקציה מהירה פי שלושה ממיצוי במיקרוגל.

מיצוי אולטרסוני של כלל הפנולים והפלבונואידים ממרווה מהיר באופן משמעותי ממיצוי קונבנציונלי באמבט מים מטלטל

ההשוואה בין מיצוי אולטרסוני למיצוי קונבנציונלי באמבט מים מטלטל מראה קיצור משמעותי בזמן המיצוי של כלל הפנולים והפלבונואידים ממרווה כאשר משתמשים במיצוי אולטרסוני. מיצוי אולטרסוני מצריך רק שליש מזמן המיצוי באמבט מים מטלטל.

מיצוי אולטרסוני: מבוסס במעבדה ובתעשייה

מיצוי אולטרסוני מיושם בהיקף נרחב למיצוי כל סוג של תרכובת פעילה ביולוגית מחומרים צמחיים, מפטריות, מאצות, מחיידקים ומתאי יונקים. מיצוי אולטרסוני התבסס כטכניקה פשוטה, כדאית כלכלית ויעילה מאוד, העולה על טכניקות מיצוי מסורתיות אחרות בזכות תפוקות מיצוי גבוהות יותר וזמן עיבוד קצר יותר.
הודות לזמינותן של מערכות אולטרסוניות למעבדה, למשטח עבודה ולשימוש תעשייתי מלא, מיצוי אולטרסוני הוא כיום טכנולוגיה מבוססת ואמינה. מכשירי מיצוי אולטרסוניים של Hielscher מותקנים ברחבי העולם במתקני עיבוד תעשייתיים לייצור תרכובות פעילות ביולוגית בדרגת איכות למזון ולתרופות.
הטבלה שלהלן נותנת מושג לגבי כושר העיבוד המשוער של מכשירי האולטרסאונד שלנו:

נפח מנה	ספיקת זרימה	מכשירים מומלצים
1 עד 500mL	10 עד 200mL/min	UP100H
10 עד 2000mL	20 עד 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0.1 עד 20L	0.2 עד 4L/min	UIP2000hdT
10 עד 100L	2 עד 10L/min	UIP4000hdT
n.a.	10 עד 100L/min	UIP16000
n.a.	גבוהה יותר	אשכול של מכשירי UIP16000

צרו קשר! / שאלו אותנו!

הומוגנייזרים אולטרסוניים בעלי כוחות גזירה גבוהים משמשים לעיבוד במעבדה, על משטח עבודה, בפיילוט ובתעשייה.

Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים אולטרסוניים עתירי ביצועים ליישומי ערבוב, פיזור, תחלוב ומיצוי בקנה מידה מעבדתי, פיילוט ותעשייתי.

נושאים קשורים

ספרות / מקורות

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.

עובדות שכדאי לדעת

עקרון הפעולה של מיצוי אולטרסוני

מיצוי אולטרסוני הוא שיטה נפוצה לבידוד ולהפרדה של מרכיבים פעילים ביולוגית מחומרים צמחיים. מכיוון שסוניקציה תואמת לכל סוג של ממס, ניתן לתכנן את תהליך המיצוי האולטרסוני באופן מיטבי בהתאם לתרכובות הפעילות ביולוגית (כלומר, תרכובות המטרה), לקוטביות שלהן, למסיסותן, לרגישותן לחום ולגורמים נוספים. התאמה ייעודית של תהליך הסוניקציה לתרכובת מסוימת או למספר תרכובות מאפשרת לבחור את מערך העבודה האידיאלי ביותר כדי להשיג תמצית באיכות גבוהה במיוחד.
גלי אולטרסאונד המועברים לנוזל או לתרחיף יוצרים תנודות עזות וקוויטציה אקוסטית. קוויטציה אקוסטית, המכונה גם קוויטציה אולטרסונית, מתאפיינת בהפרשי לחץ גבוהים ביותר, בכוחות גזירה ובסילוני נוזל המתרחשים באופן מקומי. כוחות אלה שוברים דופנות תאים, מפרקים תאים צמחיים ומגבירים את מעבר המסה בין פנים התא לממס. כך משתחררים המרכיבים הפעילים ביולוגית ביעילות אל הממס שסביבם, שממנו ניתן לבודד ולטהר בקלות את מולקולות המטרה (למשל באמצעות אידוי סיבובי, זיקוק בקיטור או HPLC).

מכשירים אולטרסוניים לפירוק תאים משמשים למיצוי ממקורות צמחיים (למשל צמחים, אצות, פטריות)

מיצוי אולטרסוני מתאי צמח: חתך הרוחב המיקרוסקופי (TS) מציג את מנגנון הפעולה במהלך מיצוי אולטרסוני מתאים (הגדלה 2000x)
[מקור: Vilkhu et al. 2011]

אולטרסאונד עתיר ביצועים! מגוון המוצרים של Hielscher מכסה את מלוא הטווח, ממכשיר האולטרסאונד המעבדתי הקומפקטי, דרך יחידות למשטח עבודה ועד מערכות אולטרסוניות לשימוש תעשייתי מלא.

Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים אולטרסוניים עתירי ביצועים בקנה מידה הנע בין מעבדתי לבין תעשייתי.