Visoko učinkovita ekstrakcija čage sonikacijom

Gljive čaga (Inonotus obliquus) bogate su vrlo snažnim fitokemikalijama (npr. polisaharidima, betulinskom kiselinom, triterpenoidima), za koje je poznato da pridonose zdravlju i borbi protiv bolesti. Primjena ultrazvučne frekvencije velike snage za ekstrakciju čage preferirana je tehnika za proizvodnju vrhunskih ekstrakata čage najviše kvalitete i najvećeg prinosa.

Ekstrakti gljive čage dobiveni ultrazvukom

Ultrazvučna ekstrakcija visoko je učinkovita tehnika oslobađanja fitokemijskih spojeva iz prirodnih sirovina poput biljaka i gljiva.
Gljive čaga bogate su raznim spojevima poput polisaharida, triterpena i polifenola, koji su odgovorni za većinu njihovih učinaka koji promiču zdravlje i terapijskih učinaka. Glavni bioaktivni spojevi čage uključuju polisaharide (npr. β-glukane, proteoglikane koji sadržavaju d-galaktozu, d-glukozu, d-ksilozu i d-manozu), triterpenoide (npr. betulin, betulinsku kiselinu), polifenole i fitosterole (npr. inotodiol), među ostalim spojevima.

Ultrazvučna ekstrakcija učinkovito razara stanice gljive čage i oslobađa unutarstanične spojeve (tj. bioaktivne fitokemikalije) u otapalo. Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na načelu akustične kavitacije. Učinci ultrazvučne / akustične kavitacije uključuju velike smične sile, turbulenciju i velike razlike u tlaku. Te sonomehaničke sile razaraju stanične strukture poput hitinskih staničnih stijenki gljiva, potiču prijenos tvari između sirovine čage i otapala te omogućuju vrlo visoke prinose ekstrakta u brzom postupku. Osim toga, sonikacija potiče sterilizaciju ekstrakata uništavanjem bakterija i mikroba. Mikrobna inaktivacija sonikacijom rezultat je razornog djelovanja kavitacijskih sila na staničnu membranu, stvaranja slobodnih radikala i lokaliziranog zagrijavanja.

Zašto je ultrazvučna ekstrakcija čage toliko povoljna?

Ultrazvučna ekstrakcija primjenjuje se u mnogim područjima proizvodnje ekstrakata, npr. botaničkih ekstrakata i ekstrakata ljekovitog bilja za hranu, dodatke prehrani, farmaceutske proizvode i kozmetiku. Vrlo istaknut primjer ultrazvučne ekstrakcije jest ekstrakcija kanabidiola (CBD) i drugih spojeva iz biljke kanabisa.
Budući da je ultrazvučna ekstrakcija netoplinska tehnika ekstrakcije, bioaktivni spojevi blago se obrađuju ultrazvučnim valovima, čime se sprječava toplinska razgradnja osjetljivih biljnih spojeva. Svi parametri ultrazvučnog procesa, tj. amplituda, intenzitet, temperatura i tlak, mogu se precizno kontrolirati. To omogućuje preciznu kontrolu procesa i kvalitete te olakšava ponavljanje i reproduciranje jednom postignutih rezultata ekstrakcije. Proizvođači ekstrakata cijene ultrazvučnu obradu zbog pouzdane ponovljivosti procesa, koja pomaže standardizirati procese i proizvode na visokim razinama kvalitete.

Ekstrakti čage visoke kvalitete i visokog prinosa dobiveni sonikacijom

Istraživanja potvrđuju da ultrazvučno proizvedeni ekstrakti gljive čage sadržavaju više triterpenoida nego konvencionalni ekstrakt dobiven vrućom vodom. Tehnika ultrazvučne ekstrakcije potiče oslobađanje i izolaciju svih važnih spojeva iz gljiva čage (I. obliquus). Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom nadmašuje alternativne metode ekstrakcije većom učinkovitošću i povećanom bioraspoloživošću bioaktivnih fitokemikalija u ekstraktu gljive. Izvadci iz znanstvenih istraživanja pokazuju visoku učinkovitost i visok prinos ultrazvučne ekstrakcije čage.

Ekstrakcija polisaharida iz čage

Zhang i sur. primijenili su ultrazvučno potpomognutu ekstrakciju kako bi razvili optimalne uvjete za ekstrakciju polisaharida iz I. obliquus, pri čemu su najbolji uvjeti uključivali upotrebu vode kao otapala tijekom 15 minuta pri 95 °C uz primjenu ultrazvučne frekvencije pri ekstrakciji, čime su postignute vrijednosti ekstrakcije od 1,82%

Ekstrakcija betulina / betulinske kiseline iz čage

Rezultati pokazuju da je ultrazvuk imao aktivnu ulogu u ekstrakciji betulina i betulinske kiseline jer može prisilno otvoriti stanične stijenke i potiče bolji prijenos mase i topline. To pak pomaže uspješno ekstrahirati željene fitokemikalije u kratkom vremenu uz visoku učinkovitost. Malo povećanje prinosa nakon dodavanja koraka ekstrakcije otapalom nakon sonikacije pokazalo je da je većina tih spojeva zacijelo već bila ekstrahirana iz biomase. Dobiveni rezultati upućuju na maksimalnu količinu betulina koja se može ekstrahirati iz biomase. (Alhazmi, 2017) Sveukupno, sonikacija je znatno povećala prinos betulina i betulinske kiseline.

Protokol ekstrakcije korak po korak

Kako bi se iz gljiva čage (Inonotus obliquus) izdvojio snažan ekstrakt punog spektra, primjenjuje se protokol ekstrakcije u dva koraka uz upotrebu ultrazvuka visoke snage.
Materijal: Osušena I. obliquus (100g) usitnjava se na manje komade veličine približno 1,3cm2 (0,5×0,5 inča). Usitnjeni materijal gljive stavlja se u staklenu čašu od 1,5L.

1. Korak: Ultrazvučna hladna ekstrakcija: Osušena, samljevena čaga suspendira se u 1000 mL 60% etanola u pročišćenoj ili destiliranoj vodi (v/v; 60% etanola : 40% vode) dodavanjem smjese otapala u staklenu čašu s čagom. Za ekstrakciju se upotrebljava ultrazvučni ekstraktor UP400St opremljen sonotrodom S24d22L2D. Rog (sonotroda) ultrazvučnog uređaja uranja se u suspenziju gljive i otapala. Upotreba miješalice nije obavezna, ali može pomoći u ravnomjernom dovođenju biljnih čestica do sonotrode. Pazite da sonotroda ne dodiruje stijenke čaše. Postavite amplitudu na 100% i sonicirajte približno 10 min. UP400St isporučuje se s priključivim temperaturnim senzorom. Spojite termopar s ultrazvučnim uređajem i umetnite senzor u suspenziju. U digitalnom izborniku ultrazvučnog uređaja UP400St možete postaviti gornju temperaturnu granicu. Ultrazvučni uređaj privremeno će prekinuti rad kada se dosegne ta maksimalna temperatura i automatski će ponovno započeti s radom čim suspenzija dosegne donju vrijednost postavljenog ∆T. Preporučene vrijednosti ∆T iznose približno 30°C kao gornja i 20°C kao donja temperaturna vrijednost. Upotreba vodene ili ledene kupelji pomaže održavati nisku temperaturu tijekom sonikacije. Nakon sonikacije krute tvari gljive uklanjaju se filtracijom i prešanjem. Otapalo s ekstrahiranim fitokemikalijama podvrgava se vakuumskom ili rotacijskom isparavanju kako bi se naposljetku dobila frakcija čage iz ekstrakcije etanolom. Preostale krute tvari čage mogu se upotrijebiti za neobavezni drugi korak namakanja, ultrazvučnu vruću ekstrakciju.
2. Korak (neobavezno): Ultrazvučna vruća ekstrakcija: Sirovina čage izdvojena nakon prve ekstrakcije upotrebljava se u drugom koraku ultrazvučne vruće ekstrakcije kako bi se izdvojila frakcija fitokemikalija koje su još preostale u gljivama čage. Materijal gljive stavlja se u staklenu čašu, dodaje se 600mL svježe otopine otapala sastava 60% etanola : 40% vode te se zagrijava na približno 70°C. Tijekom sonikacije temperatura može porasti do 95°C. Dodatna toplina potiče oslobađanje preostalih fitokemikalija. Budući da su gotovo svi spojevi osjetljivi na toplinu ekstrahirani u temperaturno kontroliranim uvjetima u koraku 1, ovaj se drugi korak može po izboru primijeniti kako bi se dobio vrlo snažan ekstrakt koji obuhvaća sve fitokemikalije gljive čage. Suspenzija se sonicira uređajem UP400St na isti način kao što je prethodno opisano. Filtrirajte, prešajte i odvojite gljive od vodenog ekstrakta. Fitokemijski sastojci iz druge ekstrakcije također se izdvajaju isparavanjem.

Obje frakcije ekstrakta čage, dobivene ekstrakcijom vodom i etanolom, miješaju se kako bi se dobio ekstrakt gljive čage punog spektra. Taj se ekstrakt može formulirati u različite proizvode poput tinktura, kapsula ili jestivih proizvoda.

Ovaj se proces može potpuno linearno skalirati na bilo koji drugi volumen. Primjenom istih ultrazvučnih parametara (ultrazvučni intenzitet Ws/L, tlak, temperatura, koncentracija krutine u tekućini), svi jednom postignuti rezultati ultrazvučne ekstrakcije čage mogu se jednostavno prenijeti na veće (ili manje) volumene uz postizanje istih rezultata (tj. prinosa, učinkovitosti procesa).

Ekstrakti gljiva proizvedeni ultrazvukom bogati su polisaharidima, koji su poznati po brojnim blagotvornim učincima na zdravlje. Ultrazvučni uređaj UP100H ultrazvučni je ekstraktor snage 100 vata za učinkovitu ekstrakciju ljekovitih gljiva poput čage, lavlje grive, reishija ili kordicepsa.

Vaš izbor otapala

Ultrazvučna ekstrakcija kompatibilna je sa svakim otapalom. To vam omogućuje uporabu otapala po vlastitom izboru. U prethodno opisanom protokolu ekstrakcije čage preporučujemo otopinu otapala koja sadrži 60% etanola : 40% vode (v/v). Kombinacija etanola i vode omogućuje oslobađanje fitokemikalija različitih polarnosti. Alternativno se može primijeniti dvofazna ekstrakcija uz uporabu etanola u prvom koraku ekstrakcije i vode u drugom koraku ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija uz uporabu kombinacije alkohola i vode kao otapala oslobađa fitokemikalije topljive u vodi i alkoholu iz gljiva poput čage.
Stoga je ekstrakcija ključna za dobivanje čistih i potentnih ekstrakata gljiva.
Druga otapala koja se upotrebljavaju za ekstrakciju gljive Inonotus obliquus uključuju izopropanol, metanol, metanol koji sadrži 10% octene kiseline, etil-acetat i druga. Za ekstrakte prehrambene kvalitete preporučuje se netoksično otapalo jer nakon uklanjanja otapala (npr. isparavanjem) u ekstraktu ponekad mogu ostati zaostale količine u tragovima.

Zašto ultrazvučne kupelji daju nedostatne rezultate ekstrakcije čage?

Ultrazvučne kupelji obično se upotrebljavaju za blago čišćenje. U ultrazvučnoj kupelji akustična kavitacija nastaje nekontrolirano i neravnomjerno je raspoređena u relativno velikom spremniku. Ako staklenu laboratorijsku čašu sa smjesom gljiva i otapala stavite u ultrazvučnu kupelj, već slabi ultrazvučni valovi moraju proći kroz stijenke čaše, što dodatno smanjuje intenzitet ultrazvuka. To znači da je intenzitet ultrazvuka u spremniku za ultrazvučno čišćenje preslab za učinkovitu ekstrakciju gljiva. Stanične stijenke gljiva sadrže hitin, žilav materijal koji stanice gljiva čini vrlo krutima i teškima za razaranje. Za oslobađanje bioaktivnih spojeva iz gljiva poput čage potreban je ultrazvuk visokog intenziteta. Ultrazvučne sonde stvaraju mnogo intenzivniju akustičnu kavitaciju, silu koja razara stanične stijenke gljiva.
 

Grafikon UV-Vis analize prikazuje usporedbu ekstrakcije gljive čage ultrazvučnom sondom i ultrazvučnom kupelji. Ultrazvučni uređaj sa sondom UP100H (crna krivulja) daje znatno veće prinose bioaktivnih spojeva čage.

 
Pročitajte više o razlikama između ultrazvučnih sondi i ultrazvučnih kupelji te pogledajte kako se uspoređuju po učinkovitosti ekstrakcije!

Ultrazvučni uređaji visokih performansi za ekstrakciju čage

Ultrazvučna ekstrakcija pouzdana je tehnologija obrade koja olakšava i ubrzava proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz različitih sirovina kao što su čaga i druge gljive. Portfelj tvrtke Hielscher Ultrasonics obuhvaća cijeli raspon od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do industrijskih sustava za ekstrakciju. Stoga vam mi u tvrtki Hielscher možemo ponuditi najprikladniji ultrazvučni uređaj za vaš predviđeni kapacitet obrade. Naše osoblje s dugogodišnjim iskustvom pružit će vam podršku od ispitivanja izvedivosti i optimizacije procesa do ugradnje vašeg ultrazvučnog sustava na konačnoj proizvodnoj razini.
Male prostorne potrebe naših ultrazvučnih ekstraktora, kao i njihove raznolike mogućnosti ugradnje, omogućuju njihovo postavljanje čak i u pogone za preradu pektina s ograničenim prostorom. Ultrazvučni procesori ugrađuju se diljem svijeta u pogone za proizvodnju hrane, farmaceutskih proizvoda i dodataka prehrani.

Hielscher Ultrasonics – sofisticirana oprema za ekstrakciju

Portfelj proizvoda tvrtke Hielscher Ultrasonics obuhvaća cijeli raspon ultrazvučnih ekstraktora visokih performansi, od malog do velikog mjerila. Dodatni pribor omogućuje jednostavno sastavljanje najprikladnije konfiguracije ultrazvučnog uređaja za vaš proces ekstrakcije čage. Optimalna ultrazvučna konfiguracija ovisi o predviđenom kapacitetu, volumenu, sirovini, šaržnom procesu ili procesu u liniji te vremenskom okviru.

Šaržna i kontinuirana protočna obrada

Hielscher ultrazvučni uređaji mogu se upotrebljavati za šaržnu i kontinuiranu protočnu obradu. Ultrazvučna šaržna obrada idealna je za ispitivanje i optimizaciju procesa te za malu do srednje veliku proizvodnju. Za proizvodnju velikih količina gljive čage obrada u liniji mogla bi biti povoljnija. Kontinuirani proces miješanja u liniji zahtijeva sofisticiran sustav – koji se sastoji od pumpe, crijeva ili cijevi te spremnika – ali je vrlo učinkovit, brz i zahtijeva znatno manje rada. Svi industrijski sustavi mogu raditi pri povišenim tlakovima, što pojačava kavitaciju, a time i učinkovitost ekstrakcije. Hielscher Ultrasonics ima najprikladniju konfiguraciju sustava za ekstrakciju za vaš volumen ekstrakcije i ciljeve procesa.

Ultrazvučni ekstraktori za svaki proizvodni kapacitet

Asortiman proizvoda tvrtke Hielscher Ultrasonics obuhvaća cijeli spektar ultrazvučnih procesora, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilot-sustava do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom obrade čitavih kamionskih tereta na sat. Cjelokupan asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniji ultrazvučni ekstraktor za vašu čagu i druge gljive, kapacitet obrade i proizvodne ciljeve.
Stolni ultrazvučni sustavi idealni su za ispitivanja izvedivosti i optimizaciju procesa. Linearno povećanje mjerila na temelju utvrđenih procesnih parametara znatno olakšava povećanje kapaciteta obrade od manjih šarži do potpuno komercijalne proizvodnje. Mjerilo se može povećati ugradnjom snažnije ultrazvučne ekstrakcijske jedinice ili paralelnim povezivanjem više ultrazvučnih uređaja u skupinu. Modelom UIP16000 Hielscher nudi najsnažniji ultrazvučni ekstraktor na svijetu.

Precizno podesive amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrazvučni uređaji omogućuju precizno upravljanje te su stoga pouzdani radni strojevi u proizvodnji. Amplituda je jedan od ključnih procesnih parametara koji utječu na učinkovitost i djelotvornost ultrazvučne ekstrakcije fitokemikalija iz gljive čage (Inonotus obliquus).
Svi procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics omogućuju precizno postavljanje amplitude. Sonotrode i pojačivački rogovi dodatna su oprema koja omogućuje promjenu amplitude u još širem rasponu. Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher mogu postići vrlo visoke amplitude i osigurati potreban ultrazvučni intenzitet za zahtjevne primjene. Amplitude do 200µm mogu se lako održavati kontinuirano tijekom rada 24/7.
Precizno postavljanje amplitude i stalno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera omogućuju vam obradu sirovine od gljiva u najučinkovitijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za najbolje rezultate ekstrakcije!
Robusnost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikom opterećenju i u zahtjevnim okruženjima. To ultrazvučnu opremu tvrtke Hielscher čini pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve za ekstrakciju.

Jednostavno ispitivanje bez rizika

Ultrazvučni procesi mogu se potpuno linearno skalirati. To znači da se svaki rezultat koji ste postigli laboratorijskim ili stolnim ultrazvučnim uređajem može prenijeti na veće mjerilo uz potpuno isti učinak primjenom potpuno istih procesnih parametara. Zbog toga je sonikacija idealna za ispitivanje izvedivosti bez rizika, optimizaciju procesa i naknadnu primjenu u komercijalnoj proizvodnji. Obratite nam se kako biste saznali kako sonikacija može povećati vašu proizvodnju ekstrakta čage.

Najviša kvaliteta – projektirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao poduzeće u obiteljskom vlasništvu kojim upravlja obitelj, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvalitete svojih ultrazvučnih procesora. Svi ultrazvučni uređaji projektiraju se, proizvode i temeljito ispituju u našem sjedištu u Teltowu pokraj Berlina u Njemačkoj. Robusnost i pouzdanost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher čine je pouzdanim osloncem u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodno je svojstvo ekstraktora visokih performansi tvrtke Hielscher.
Ultrazvučni procesor tvrtke Hielscher možete kupiti u različitim veličinama i s konfiguracijom koja točno odgovara zahtjevima vašeg procesa ekstrakcije gljiva. Od obrade gljiva u maloj laboratorijskoj čaši do kontinuiranog protočnog miješanja suspenzija gljiva na industrijskoj razini, Hielscher Ultrasonics nudi odgovarajući ultrazvučni uređaj za vas! Obratite nam se – rado ćemo vam preporučiti idealan ultrazvučni sustav!

Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja: