Strategije za veće prinose pri ekstrakciji iz biljnog materijala
Za visokoučinkovitu proizvodnju ekstrakata vrhunske kvalitete iz biljnog materijala, odnosno za postizanje visokih prinosa ekstrakata vrhunske kvalitete uz kratko vrijeme ekstrakcije, potrebna je tehnika ekstrakcije visokih performansi. Ultrazvučna ekstrakcija tehnika je intenziviranja procesa koja omogućuje upotrebu širokog raspona sirovina te brzo i troškovno učinkovito daje visoke prinose ekstrakata vrhunske kvalitete.
Vrhunski biljni ekstrakti primjenom ultrazvuka velike snage
Pri ekstrakciji određenog bioaktivnog spoja ili bioaktivne frakcije iz biljnog materijala različiti čimbenici utječu na proces ekstrakcije. Osim tehnologije ekstrakcije (npr. ultrazvučne ekstrakcije), polarnost otapala, sirovina i njezina predobrada, omjer čvrste i tekuće faze (odnosno omjer biljnog materijala i otapala), vrijeme ekstrakcije i temperatura važni su procesni čimbenici koje treba pažljivo razmotriti. Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) omogućuje idealne uvjete obrade koje istodobno odlikuju blagost i visoka učinkovitost. Slobodan odabir blagih otapala ili ekstrakcije hladnom vodom, niske temperature i kratko vrijeme obrade čine ultrazvučnu ekstrakciju nadmoćnom tehnikom ekstrakcije koja sprječava toplinsku ili kemijsku razgradnju bioaktivnih molekula. Nadalje, UAE može osloboditi cjelokupnu dostupnu količinu bioaktivnih molekula iz biljne sirovine. Zato je sonikacija najčešće korištena tehnologija ekstrakcije za proizvodnju ekstrakata snažnog djelovanja.
Ekstrakcija iz biljnog materijala uređajem UP400St (400W, 24kHz)
Što ultrazvučnu ekstrakciju čini nadmoćnom?
Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) vrlo je učinkovita tehnika ekstrakcije koja se temelji na isključivo mehaničkim silama. Ultrazvučnu ili akustičnu kavitaciju odlikuju intenzivne smične sile te lokalno prisutne velike razlike u temperaturi i tlaku. Te vrlo intenzivne kavitacijske sile uzrokuju takozvanu sonoporaciju, odnosno stvaranje novih i povećavanje postojećih pora u staničnoj membrani, kao i razaranje struktura biljnih stanica. Ultrazvučno pojačan tok otapala u unutrašnjost stanice i iz nje pridonosi brzom i potpunom oslobađanju biljnih tvari. Budući da se služi isključivo mehaničkim silama, UAE ne mijenja biljne molekule kemikalijama ili intenzivnom toplinskom obradom te time sprječava kemijske ili toplinom izazvane promjene bioaktivnih tvari prisutnih u biljnom materijalu. Kao rezultat toga, ultrazvučna ekstrakcija daje visokokvalitetne ekstrakte punog spektra koji pružaju cjelovite učinke kombiniranih biljnih tvari, poznate kao takozvani učinak pratnje.
Ultrazvučna ekstrakcija: blaga netoplinska, a ipak vrlo učinkovita tehnika za visoke prinose ekstrakata vrhunske kvalitete.
Usporedba ultrazvučne ekstrakcije s drugim tehnikama
Ultrazvučna ekstrakcija široko je primjenjivana tehnika za oslobađanje i izolaciju bioaktivnih spojeva poput antioksidansa, polifenola, polisaharida, proteina, lipida, kanabinoida i drugih fitokemikalija iz biljnog materijala. Sonikacija je preferirana metoda zbog brojnih prednosti, među kojima su visoki / potpuni prinosi ekstrakcije, brza netoplinska obrada, kompatibilnost s gotovo svim otapalima (npr. vodom, etanolom, metanolom, izopropanolom, biljnim uljima, glicerolom itd.), jednostavan i siguran rad te mali zahtjevi za održavanjem.
Tablica u nastavku uspoređuje ultrazvučnu ekstrakciju s drugim konvencionalnim metodama ekstrakcije i ističe prednosti UAE-a.
Ultrazvučni ekstraktori tvrtke Hielscher ističu se učinkovitošću, pouzdanošću i jednostavnošću upotrebe
| Ultrazvučna ekstrakcija | Maceracija | Ekstrakcija s CO2 | Soxhlet | Perkolacija | |
|---|---|---|---|---|---|
| Otapalo | kompatibilna s gotovo svim otapalima | voda, vodena i nevodena otapala | CO2 | voda, vodena i nevodena otapala | organska otapala |
| Temperatura | netoplinska ekstrakcija, precizna kontrola temperature |
temperatura okoline | uz zagrijavanje | temperatura okoline, povremeno se primjenjuje zagrijavanje |
iznad kritične temperature od 31°C |
| Tlak | moguć je atmosferski ili povišeni tlak |
atmosferski | atmosferski | atmosferski | vrlo visoki tlakovi (iznad kritičnog tlaka od 74 bar) |
| Vrijeme obrade | kratko | vrlo dugo | dugo | vrlo dugo | umjereno |
| Količina otapala | mala, visok udio čvrstog biljnog materijala u otapalu, osobito kada se upotrebljava sustav s protočnom ćelijom |
velika | umjerena | velika | velike količine superkritičnog CO2 |
| Polarnost prirodnog ekstrakta | ovisi o otapalu; za ekstrakciju nepolarnih i polarnih spojeva preporučuje se dvostupanjska ekstrakcija s dvama otapalima |
ovisi o otapalu | ovisi o otapalu | ovisi o otapalu | ovisi o tlaku (pri višim tlakovima veća polarnost) |
| Fleksibilnost / mogućnost povećanja mjerila | za šaržnu i protočnu ekstrakciju, linearno povećanje mjerila |
samo šaržna ekstrakcija, ograničena mogućnost povećanja mjerila |
samo šaržna ekstrakcija, ograničena mogućnost povećanja mjerila |
samo šaržna ekstrakcija, ograničena mogućnost povećanja mjerila |
samo šaržna ekstrakcija, ograničena mogućnost linearnog povećanja mjerila, vrlo skupo |
Zašto je ultrazvučna ekstrakcija toliko učinkovita?
Mehanizam kojim ultrazvuk velike snage intenzivira ekstrakciju uglavnom se pripisuje pojavi akustične kavitacije. Ultrazvučna kavitacija uzrokuje sudare između čestica biljne biomase, što dovodi do njihova usitnjavanja i smanjenja veličine. Kada kavitacijski mjehurići kolabiraju na površini čvrstih biljnih čestica, erozija i sonoporacija dodatno povećavaju površinu čestica. Time pojačan prijenos tvari olakšava oslobađanje molekula poput proteina, lipida, šećera, vitamina, antioksidansa, fitokemikalija i prehrambenih vlakana. Smične sile nastale djelovanjem ultrazvuka poboljšavaju prodiranje otapala u stanični matriks biljnog materijala te povećavaju propusnost staničnih membrana. Ti mehanizmi ultrazvuka velike snage odgovorni su za znatno intenziviranje procesa koje se postiže primjenom sonikacije za ekstrakciju iz biljnog materijala.
- visoki prinosi
- ekstrakti vrhunske kvalitete
- vrlo učinkovit i brz proces
- niski operativni troškovi
- ponovljivi rezultati
- linearno povećanje mjerila
- jednostavan i siguran rad
- robusnost
Zatražite tehničke informacije o ultrazvučnim ekstraktorima Hielscher i njihovim prednostima!
Hielscher Ultrasonics projektira, proizvodi i distribuira ultrazvučne ekstraktore visokih performansi za šaržnu i kontinuiranu obradu u svim proizvodnim mjerilima. Uz najviše tehničke standarde, iznimnu robusnost i rad 24/7/365 za visoku učinkovitost, ultrazvučni uređaji Hielscher jednostavni su i pouzdani za rukovanje. Visoka učinkovitost, pametan softver, intuitivan izbornik, automatsko zapisivanje podataka i daljinsko upravljanje putem preglednika samo su neke od značajki koje ekstraktore Hielscher izdvajaju od ostale opreme za ekstrakciju.
Prednosti ultrazvučnih ekstraktora Hielscher
Učinkovitost
- Viši prinosi
- Brz proces ekstrakcije – u roku od nekoliko minuta
- Visokokvalitetni ekstrakti – blaga, netoplinska ekstrakcija
- Ekološki prihvatljiva otapala (voda, etanol, glicerol, biljna ulja itd.)
Jednostavnost
- Priključi i radi – postavljanje i obuka u nekoliko sati
- Visok kapacitet obrade – za proizvodnju ekstrakata u velikom mjerilu
- Šaržni ili kontinuirani protočni rad
- Jednostavno postavljanje – podržava različite napone, a potrebno je priključiti samo četiri crijeva
- Premjestivo
- Linearno povećanje mjerila – za povećanje kapaciteta dodajte još jedan ultrazvučni sustav paralelno
- Daljinski nadzor i upravljanje – putem računala, pametnog telefona ili tableta
- Nadzor procesa nije potreban – postavite i pokrenite
- Visoke performanse – projektirano za kontinuiranu proizvodnju 24/7
- Robusnost i mala potreba za održavanjem
- Visoka kvaliteta – projektirano i proizvedeno u Njemačkoj
- Brzo punjenje i pražnjenje između šarži
- Jednostavno čišćenje
Sigurnost
- Jednostavan i siguran rad
- Ekstrakcija bez otapala ili s otapalima (voda, etanol, biljna ulja, glicerol itd.)
- Bez visokih tlakova i temperatura
- Dostupni su sustavi u protueksplozijskoj izvedbi s certifikatom ATEX
- Jednostavno upravljanje (i daljinskim putem)
Otapala za ultrazvučnu ekstrakciju
Odaberite idealno otapalo za svoj postupak ekstrakcije: voda, smjesa vode i alkohola, izopropilni alkohol, heksan, etanol, metanol, butan, biljna ulja, glicerin,
netoksična otapala kao i sva ostala standardna otapala kompatibilni su s ultrazvučnom ekstrakcijom.
Ultrazvučna ekstrakcija hladnom vodom: Iako je voda tehnički otapalo, takozvano univerzalno otapalo, ekstrakcija na bazi vode općenito se smatra ekstrakcijom bez otapala. Ultrazvučna ekstrakcija bez otapala ne zahtijeva nikakve strane tvari. Suspenzija vode i biljnog materijala podvrgava se sonikaciji radi razaranja staničnih stijenki biljke kako bi se bioaktivne molekule oslobodile u vodu (otapalo). Sonikacija je isključivo mehanička metoda koja kemijski ne mijenja sirovinu ni ekstrakt. Stoga je ultrazvučna ekstrakcija preferirana tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata.
Ultrazvučni uređaj sa sondom UIP1000hdT s miješalicom za proizvodnju biljnih ekstrakata kao što su kanabinoidi (npr. CBD, THC, CBG)
Tablica u nastavku daje uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih ekstraktora (šaržna i protočna obrada):
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Industrijska instalacija ultrazvučnog ekstraktora UIP4000hdT za proizvodnju biljnih ekstrakata.
Hielscher Ultrasonics proizvodi i isporučuje ultrazvučne ekstraktore visokih performansi za laboratorijsko, pilotno i industrijsko mjerilo.
Literatura / Reference
- 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.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- 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.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi u veličinama od laboratorijske do industrijske.