Najučinkovitija metoda ekstrakcije biljnog materijala

Tražite li snažan i pouzdan sustav za ekstrakciju za proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata? Ovdje možete pronaći usporedbu uobičajenih tehnika ekstrakcije, uključujući ultrazvučnu ekstrakciju, ekstrakciju superkritičnim CO2, ekstrakciju etanolom, maceraciju i druge, kao i njihove prednosti i nedostatke.

Ekstrakcija biljnog materijala ultrazvukom u usporedbi s alternativnim tehnikama

Ekstrakcija biljnog materijala može se provoditi različitim tehnikama. Međutim, primijenjena metoda i protokol ekstrakcije snažno utječu na učinkovitost, prinos i kvalitetu ekstrakta. Maceracija, ekstrakcija superkritičnim CO2, perkolacija i Soxhletova ekstrakcija uobičajene su metode ekstrakcije koje često daju nezadovoljavajuće rezultate ekstrakcije.
Ekstrakcija ultrazvukom napredna je tehnika izolacije koja u nekoliko aspekata nadmašuje tradicionalne metode ekstrakcije.
Ekstrakcija ultrazvukom uz upotrebu ultrazvučne sonde vrlo je učinkovita metoda izdvajanja spojeva iz biljaka i drugih materijala. U usporedbi s drugim metodama, poput maceracije, ekstrakcije CO2, perkolacije i mikrovalne ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija sondom ističe se zahvaljujući sljedećim prednostima:

• Brža ekstrakcija: Ultrazvučnom ekstrakcijom sondom spojevi se mogu ekstrahirati mnogo brže nego maceracijom i perkolacijom. To je zato što ultrazvučni valovi stvaraju kavitacijske mjehuriće u otapalu, koji stvaraju mikroudare koji pomažu razgraditi stanične stijenke i brže osloboditi spojeve.
• Veći prinos: Ultrazvučnom ekstrakcijom sondom može se postići veći prinos spojeva nego maceracijom, ekstrakcijom CO2 i perkolacijom. To je zato što ultrazvučni valovi pomažu osloboditi više ciljanih spojeva iz materijala koji se ekstrahira.
• Veća učinkovitost: Ultrazvučna ekstrakcija sondom učinkovitija je od maceracije, ekstrakcije CO2, perkolacije i ekstrakcije Soxhletovim ekstraktorima jer zahtijeva manje otapala za ekstrakciju iste količine spojeva. To je zato što ultrazvučni valovi pomažu povećati topljivost ciljanih spojeva u otapalu.
• Svestranost: Ultrazvučna ekstrakcija sondom može se upotrebljavati za ekstrakciju širokog raspona spojeva iz različitih materijala, uključujući hidrofilne i hidrofobne spojeve. To znači da je ultrazvuk izvrstan i za proizvodnju ekstrakata punog spektra.
• Niski troškovi: Ultrazvučna ekstrakcija sondom općenito je jeftinija od ekstrakcije CO2, perkolacije, maceracije i Soxhletove ekstrakcije jer ne zahtijeva visokotlačnu opremu ni dugotrajan rad.
• Ekološka prihvatljivost: Ultrazvučne sonde omogućuju ekološki prihvatljivu ekstrakciju jer ona zahtijeva manje otapala i energije u usporedbi s drugim metodama te stvara manje otpada. Iako je sonikacija kompatibilna sa svim otapalima, zahvaljujući visokoj učinkovitosti sonikacije toksična otapala uglavnom se mogu izbjeći. Etanol, vodena otopina etanola i voda izvrsna su otapala za ultrazvučnu ekstrakciju biljnog materijala.

U usporedbi s tradicionalnim tehnikama ekstrakcije biljnog materijala, ultrazvučna ekstrakcija sondom nudi značajne prednosti, što objašnjava široku primjenu ultrazvučne ekstrakcije za brojne bioaktivne spojeve iz biljaka.

Dobivanje visokokvalitetnih ekstrakata iz biljnog materijala

Za visokokvalitetne biljne ekstrakte nije ključna samo sirovina (biljni materijal), nego i primijenjena tehnika ekstrakcije. Biljni ekstrakti osjetljivi su na temperaturu, što znači da se razgrađuju djelovanjem topline. Stoga je ključno odabrati netoplinsku metodu ekstrakcije.
Odabir otapala za ekstrakciju još je jedan važan čimbenik koji utječe na kvalitetu ekstrakta. Otapala poput heksana, metanola, butana i drugih agresivnih kemikalija mogu onečistiti ekstrakt. Iako se otapala uklanjaju nakon ekstrakcije, u konačnom ekstraktu mogu se pronaći tragovi toksičnih otapala. Voda, alkohol, etanol, glicerin ili biljna ulja sigurna su, netoksična otapala koja je FDA odobrila za konzumaciju.

Protokol ekstrakcije biljnih tvari ultrazvučnom sondom korak po korak

Kako se bioaktivni spojevi ekstrahiraju iz biljaka sonikacijom pomoću sonde? U nastavku možete pronaći upute korak po korak za ekstrakciju fitokemikalija i bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala poput listova, latica, plodišta, stabljika, korijena ili podanaka!

1. Najprije se biljni materijal melje ili usitnjava na male komadiće kako bi se povećala površina za ekstrakciju.
2. Biljni materijal zatim se miješa s otapalom (poput etanola ili vode) radi ekstrakcije polifenola.
3. Zatim se primjenjuje sonikacija pomoću sonde kako bi se potpomogao postupak ekstrakcije djelovanjem ultrazvučnih valova visokog intenziteta i niske frekvencije, približno 20kHz, na smjesu. To uzrokuje akustičnu kavitaciju i brzo titranje otapala, što potiče dezintegraciju i razaranje biljnih stanica te oslobađanje bioaktivnih tvari poput polifenola, flavonoida i vitamina.
4. Smjesa se zatim filtrira kako bi se kruti biljni materijal odvojio od tekućine koja sadrži ekstrahirane bioaktivne spojeve.
5. Tekućina se zatim uparava ili podvrgava daljnjoj obradi radi uklanjanja otapala i koncentriranja bioaktivnih molekula.
6. Konačni proizvod je ekstrakt bogat bioaktivnim tvarima koji se može upotrebljavati u različitim primjenama, primjerice u dodacima prehrani, funkcionalnoj hrani i kozmetici.

Napomena: Ovo je pregled postupka, a konkretni uvjeti (otapalo, omjer biljnog materijala i otapala, vrijeme ekstrakcije, snaga ultrazvučne obrade itd.) mogu se razlikovati ovisno o biljnom izvoru i željenom sadržaju bioaktivnih tvari.

Kako djeluje ultrazvučna ekstrakcija?

Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na načelu djelovanja ultrazvučne akustične kavitacije i potpuno je mehanička obrada. Slično miješalici s visokim smičnim silama, ultrazvučni uređaj u procesnom mediju stvara samo mehaničke smične sile. Sama ultrazvučna ekstrakcija netoplinska je tehnika ekstrakcije bez kemikalija.
Što je akustična kavitacija? – Akustična ili ultrazvučna kavitacija nastaje kada se ultrazvučni valovi velike snage i niske frekvencije uvode u suspenziju koja se sastoji od biljnog materijala u tekućini (otapalu). Ultrazvučni valovi velike snage uvode se u biljnu suspenziju putem ultrazvučnog procesora sa sondom. Ultrazvučni valovi visoke energije prolaze kroz tekućinu stvarajući naizmjenične cikluse visokog i niskog tlaka, što dovodi do pojave akustične kavitacije. Akustična ili ultrazvučna kavitacija lokalno dovodi do ekstremnih uvjeta, poput vrlo velikih razlika u tlaku i visokih smičnih sila. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini krutih tvari (poput čestica, biljnih stanica, tkiva itd.), mikromlazovi i sudari među česticama stvaraju učinke kao što su usitnjavanje čestica, sonoporacija (perforacija staničnih stijenki i staničnih membrana) i razaranje stanica. Osim toga, implozija kavitacijskih mjehurića u tekućim medijima stvara turbulenciju i miješanje, čime se potiče prijenos tvari između unutrašnjosti stanice i okolnog otapala. Ultrazvučno ozračivanje vrlo je učinkovit način poboljšanja procesa prijenosa tvari jer sonikacija uzrokuje kavitaciju i s njom povezane mehanizme, poput mikropomicanja uzrokovanog mlazovima tekućine te kompresije i dekompresije u materijalu s naknadnim razaranjem staničnih stijenki.
Ovisno o sirovini, postupak ultrazvučne ekstrakcije može zahtijevati visoke intenzitete, primjerice za razaranje čvrstih biljnih stanica ili materijala s visokim sadržajem celuloze. Ultrazvučni uređaji sa sondom mogu stvarati vrlo visoke amplitude, što je potrebno za stvaranje snažne kavitacije. Hielscher Ultrasonic proizvodi ultrazvučne ekstraktore visokih performansi koji lako mogu stvarati amplitude od 200µm pri neprekidnom radu 24/7. Za još više amplitude Hielscher nudi posebno namijenjene sonotrode (sonde) za visoke amplitude.
Ultrazvučni reaktori i protočne ćelije koji mogu raditi pod tlakom upotrebljavaju se za pojačavanje kavitacije. S porastom tlaka kavitacija i kavitacijske smične sile postaju razornije te time poboljšavaju učinke ultrazvučne ekstrakcije.

Ekstrahirajte fitokemikalije i bioaktivne spojeve sonikacijom

Ultrazvučna ekstrakcija upotrebljava se za oslobađanje i izoliranje širokog raspona bioaktivnih spojeva (takozvanih fitokemikalija) iz biljnog materijala.
Popis u nastavku daje kratak pregled fitokemikalija ekstrahiranih ultrazvukom:

• CBD i drugi kanabinoidi iz kanabisa i konoplje
• Terpeni
• Đumbir
• Ružmarin
• Kapsaicin iz čili papričica
• Kofein iz zrna kave
• Astaksantin iz algi
• Alicin iz češnjaka
• Katehini (EGEC) iz čaja
• Propolis
• Elagitanini iz nara
• Ajurvedski biljni ekstrakti
• Nikotin iz duhana
• Eterična ulja
• Fitokemikalije iz koprive
• Pektini iz kore agruma
• Polifenoli iz kore manga
• Taraksacin i taraksasterol iz maslačka

Otapala za ultrazvučnu ekstrakciju

Ultrazvučna ekstrakcija kompatibilna je s gotovo svakim otapalom. Za ekstrakciju bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala najčešće se upotrebljavaju etanol, voda, smjesa etanola i vode, glicerol i biljna ulja jer se ta otapala smatraju sigurnima za konzumaciju i jednostavna su za uporabu.
Pročitajte više o otapalima koja se upotrebljavaju za ultrazvučnu ekstrakciju!

Prednosti ultrazvučne ekstrakcije etanolom

Etanol je jedno od najčešće upotrebljavanih otapala za ultrazvučnu ekstrakciju zbog svoje sigurnosti (FDA ga je odobrila za konzumaciju), učinkovitosti i sposobnosti otapanja širokog raspona tvari. Ultrazvučna ekstrakcija etanolom nadmašuje druga otapala i druge tehnologije ekstrakcije po troškovnoj učinkovitosti, linearnoj skalabilnosti, jednostavnosti i sigurnosti.
Vrhunska učinkovitost etanola kao otapala povezana je s njegovim kemijskim sastavom, koji čine ugljikovodični rep i jedna hidroksilna skupina. Taj kemijski sastav omogućuje etanolu otapanje i ekstrakciju vrlo širokog spektra tvari, uključujući polifenole, flavonoide, terpene, kanabinoide i lipide (ulja).
Primjerice, ultrazvučna ekstrakcija kanabinoida etanolom ne zahtijeva vinterizaciju (uklanjanje voskova), korak koji je potreban pri drugim metodama ekstrakcije, poput ekstrakcije s CO2, kako bi se uklonili voskovi.

Ekstrakcija etanolom daje različite učinke ovisno o temperaturi etanola. Zagrijani etanol često se upotrebljava za proizvodnju ekstrakata punog spektra, koji su cijenjeni zbog sinergijskog učinka svojih sastojaka. S druge strane, za proizvodnju biljnih destilata ili destilata kanabisa prednost se daje ledeno hladnom etanolu. Ekstrakcija u ledeno hladnom etanolu ne zahtijeva naknadnu filtraciju. Budući da je ultrazvučna ekstrakcija netoplinska obrada, može se provoditi s vrućim/toplim ili ohlađenim/ledeno hladnim etanolom. Ultrazvučni reaktori s plaštem pomažu održavati željenu temperaturu obrade tijekom postupka. Digitalni upravljački sustav i pametni softver ultrazvučnog uređaja nadziru temperaturu obrade putem priključnih temperaturnih senzora i mogu se programirati tako da zaustave ili privremeno prekinu postupak ekstrakcije kada temperatura medija izađe iz određenog raspona.

Kupite najučinkovitiju opremu za ultrazvučnu ekstrakciju!

Visokoučinkoviti sustavi za ekstrakciju tvrtke Hielscher Ultrasonics dostupni su za sve razmjere rada, od malih laboratorijskih sustava i pilotnih sustava srednje veličine do potpuno industrijske proizvodnje od nekoliko tona na sat. Ovisno o kapacitetu obrade, Hielscher ultrazvučni ekstraktori mogu se upotrebljavati u šaržnom ili kontinuiranom protočnom načinu rada. Izbor otapala prepušten je vama jer se Hielscher ultrazvučni uređaji mogu upotrebljavati u kombinaciji s bilo kojim otapalom. Svi uređaji za ultrazvučnu ekstrakciju jednostavni su i sigurni za rukovanje. U skladu s vašom sirovinom, kapacitetima procesa i ciljanim proizvodnim učinkom, Hielscher vam nudi najprikladniji ultrazvučni uređaj.
Na procese ultrazvučne ekstrakcije utječu sirovina, otapalo i kapacitet obrade. Dostupan je raznovrstan pribor, poput sonotroda (sondi) različitih veličina i oblika, pojačivača amplitude, protočnih ćelija različitih volumena i geometrija, priključnih senzora temperature i tlaka te mnogih drugih dodataka, za sastavljanje idealnog ultrazvučnog sustava za vaš proces ekstrakcije.
Upravljanje procesom ključno je za postizanje reproducibilnih rezultata. Stoga su svi digitalni modeli opremljeni inteligentnim softverom koji vam omogućuje podešavanje, praćenje i izmjenu parametara ekstrakcije. Zahvaljujući preciznoj kontroli amplitude, vremena sonikacije i radnih ciklusa mogu se postići optimalni rezultati procesa, poput vrhunskog prinosa i najviše kvalitete ekstrakta. Automatsko bilježenje podataka o procesu sonikacije temelj je standardizacije procesa i reproducibilnosti / ponovljivosti, koje su potrebne za dobru proizvođačku praksu (GMP).

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