Ultrazvučna ekstrakcija staničnog materijala

Ultrazvučna ekstrakcija ili sonoekstrakcija tehnologija je intenzifikacije procesa koja djeluje unošenjem ultrazvuka velike snage u suspenziju biljnog ili staničnog tkiva. Hielscher Ultrasonics isporučuje pouzdane ultrazvučne uređaje za razaranje stanica i ekstrakciju, od malih laboratorijskih uzoraka pa sve do velikih volumena u industrijskoj obradi. Prednosti ultrazvučno potpomognute ekstrakcije leže u netoplinskoj obradi materijala, jednostavnoj primjeni i mogućnosti povećanja mjerila od pokusnog do proizvodnog.

Ultrazvučni uređaji tvrtke Hielscher stvaraju ultrazvuk visokog intenziteta koji se može precizno regulirati prema zahtjevima vašeg procesa.

Popis u nastavku donosi različite protokole ultrazvučne obrade koji pokazuju široko područje primjene ultrazvuka velike snage u biologiji, preradi hrane i farmaceutskoj proizvodnji.
Bilo da imate na umu određenu ekstrakciju iz biljnog materijala ili želite općenitije informacije o našim ultrazvučnim ekstraktorima visokih performansi, upotrijebite obrazac za kontakt u nastavku! Rado ćemo vam pomoći!

Ultrazvučna ekstrakcija boldina iz listova bolda (Peumus boldus Molina)

Ultrazvučna primjena:
Važan aktivni spoj u boldu jest boldin ((S)-2,9-dihydroxy-1,10-dimethoxiaporphine), koji je uz katehin ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxy-phenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-benzopyran-3,5,7-triol) glavna sastavnica alkaloidne i flavonoidne frakcije u listovima bolda. Boldin je snažan antioksidans koji podliježe peroksidativnom oštećenju posredovanom slobodnim radikalima i djeluje kao učinkovit hvatač hidroksilnih radikala.
Postupak ekstrakcije: U tipičnom postupku ekstrakcije uzorci listova bolda ekstrahirani su s 1L destilirane vode pri atmosferskom tlaku pomoću ultrazvučnog uređaja UIP1000hd u šaržnom i protočnom načinu rada. Vrijeme ekstrakcije kreće se od 10 do 40 min., uz intenzitet ultrazvuka od 10 do 23 W/cm², i u temperaturnom rasponu od 10 do 70°C. Najbolji rezultati postignuti su u sljedećim uvjetima: intenzitet ultrazvuka od 23 W/cm² tijekom 40 min. pri temperaturi od 36°C
Rezultati: Rezultati analize pokazuju da sonikacija velike snage pospješuje oslobađanje analita iz biljne matrice bolda uz znatno veću brzinu u usporedbi s konvencionalnom metodom: jednak prinos ostvaren je sonikacijom za 30 min., dok je konvencionalna ekstrakcija trajala 2h.
Chemat (2013) i suradnici pokazali su da ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija poboljšava učinkovitost ekstrakcije iz biljnog materijala, istodobno skraćujući vrijeme ekstrakcije uz povećanu koncentraciju ekstrakata (ista količina otapala i biljnog materijala). Analiza je pokazala da su optimirani uvjeti bili: snaga sonikacije 23 W/cm² uz UIP1000hd tijekom 40 min. i pri temperaturi od 36°C. Optimirani parametri ultrazvučne ekstrakcije omogućuju bolju ekstrakciju u usporedbi s konvencionalnom maceracijom u pogledu trajanja procesa (30 min. umjesto 120 min.), većeg prinosa, veće energetske učinkovitosti, poboljšane čistoće, veće sigurnosti i bolje kvalitete proizvoda.
Preporučeni uređaj:
UIP1000hdT sa sonotrodom BS2d34 i protočnom ćelijom
Referenca / znanstveni rad:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Šaržna i kontinuirana ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija listova bolda (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.

Ultrazvučna ekstrakcija klorogenske kiseline iz listova duhana

Ultrazvučna primjena:
Za pokuse ekstrakcije listovi duhana vrste Nicotiana tabacum samljeveni su na manje čestice veličine približno >4 x ≧2 mm. Za pokuse ultrazvučne ekstrakcije uzorci osušenih listova duhana mase 20g ekstrahirani su destiliranom vodom pri temperaturama od 5°C do 30°C. Pokusi ekstrakcije provedeni su s trajanjem pojedinačnih ciklusa ekstrakcije od 5 do 30 minuta. Približno 10 do 15 kapi etanola dodano je izračunatom optimalnom volumenu destilirane vode od 256 ml potrebnom za ekstrakciju sve topljive klorogenske kiseline iz uzoraka osušenih listova duhana mase 20 g. Optimalni volumen destilirane vode od 256 ml zatim je podijeljen na manje volumene ekstrakcijskog otapala za uporabu u svakom ciklusu ultrazvučne ekstrakcije.
Za ultrazvučno ozračivanje korišten je ultrazvučni procesor UP400S (400 vata, 24 kHz) sa sonotrodom H7 izrađenom od titana, s promjerom vrha od 7mm. Sonotroda H7 uronjena je do polovice visine ekstrakcijske smjese.
Protokol: Utvrđeni su sljedeći optimalni uvjeti za ultrazvučnu ekstrakciju klorogenske kiseline iz listova duhana: 20g osušenih listova duhana u destiliranoj vodi (optimalni omjer tekuće i krute faze: 12,8mL/g) pri temperaturi obrade od 20 degC, ultrazvučni uređaj UP400S (400W, 24kHz) tijekom 3 ciklusa sonikacije u trajanju od po 15min (ukupno trajanje sonikacije: 45 min).
Preporučeni uređaj:
UP400S sa sonotrodom H7
Referenca / znanstveni rad:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optimizacija i ortogonalni plan ultrazvučno potpomognutog postupka vodene ekstrakcije za izdvajanje klorogenske kiseline iz osušenih listova duhana. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
Pročitajte više o ultrazvučnoj ekstrakciji iz duhana!

Ultrazvučna ekstrakcija mangiferina

Primjena ultrazvuka:
Mangiferin (1,3,6,7-Tetrahydroxy-2-[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]xanthen-9-one; formula: C₁₉H₁₈O₁₁) je polifenol sa strukturom C-glikozilksantona koji se može naći u mnogim biljnim vrstama. Mangiferin pokazuje različita farmakološka djelovanja. Regioselektivna acilacija mangiferina može se vrlo učinkovito katalizirati lipazom uz primjenu ultrazvuka. U usporedbi s konvencionalnim metodama, ultrazvučno potpomognuta kataliza ističe se prednostima kraćeg vremena reakcije i većih prinosa. Utvrđeni su sljedeći optimalni uvjeti za ultrazvučnu acilaciju mangiferina:
lipaza: PCL, donor acilne skupine: vinil-acetat; reakcijsko otapalo: DMSO, temperatura reakcije: 45 degC, snaga ultrazvuka: 200W; omjer supstrata: donor acilne skupine/mangiferin 6/1, količina dodanog enzima: 6 mg/ml
Prinos regioselektivne acilacije iznosio je do 84%.
Preporučeni uređaj:
UP200St ili UP200Ht
Referenca / znanstveni rad:
usp.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): Učinak ultrazvuka na lipazom kataliziranu regioselektivnu acilaciju mangiferina u nevodenim otapalima. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Ultrazvučna ekstrakcija kapsaicinoida

Primjena ultrazvuka:
Ekstrakcija kapsaicinoida (kapsaicin, nordihidrokapsaicin) iz čili papričica: Kapsaicinoidi iz papričica vrste Capsicum frutescens dobiveni su ultrazvučnom ekstrakcijom u sljedećim uvjetima: otapalo: 95% (v/v) etanol, omjer volumena otapala i mase od 10 ml/g, vrijeme ekstrakcije sonikacijom 40 min., temperatura ekstrakcije 45°C. Prinos ekstrahirane tvari: 85% kapsaicinoida
Preporučeni uređaj:
UP400St
Pročitajte više o ultrazvučno potpomognutoj ekstrakciji kapsaicinoida iz čili papričica!

Ultrazvučna ekstrakcija silimarina iz sjemenki sikavice

Primjena ultrazvuka:
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom provedena je ultrazvučnim uređajem UP400S. U ovom je istraživanju upotrijebljena ultrazvučna sonda u obliku roga promjera 1,5 cm. Precizno je odvagano 10 g odmašćenog praha sikavice i otopljeno u 100 mL metanola. Čaša je držana u vodenoj kupelji na temperaturi od 25°C. Prah sikavice otopljen u otapalu sonikacijom je obrađivan tijekom različitih vremenskih intervala (30, 60, 90, 120 i 150 min.). Nakon svakog vremenskog intervala otopina je filtrirana kroz filtarski papir Whatman, a svaki je filtrat (oko 80mL) uparavan rotacijskim isparivačem dok nije preostalo 30 mL otopine. Apsorbancija fenolnih spojeva mjerena je UV-Vis spektrofotometrom pri valnoj duljini od 517 nm prema metodi DPPH. Kao što se i očekivalo, produljenje vremena ekstrakcije dovelo je do povećanja sadržaja silimarina.
Autori istraživanja utvrdili su da je ultrazvučna ekstrakcija za dobivanje alkoholnih ekstrakata jedna od najboljih tehnika za zamjenu konvencionalnih tehnika. Dokazano je da se ultrazvučnom ekstrakcijom dobiva ekstrakt bolje kvalitete. Dodatne su prednosti ušteda vremena, veća učinkovitost itd.
Preporučeni uređaj:
UP400St
Referenca / znanstveni rad:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ekstrakcija sastavnica silimarina iz sjemenki sikavice (Silybum Marianum L.) potpomognuta ultrazvukom. GIDA 36/6, 2011. 311–318.
Pročitajte više o ultrazvučnoj ekstrakciji silimarina iz sjemenki sikavice!

Ultrazvučna ekstrakcija steviozida

Primjena ultrazvuka:
Uzorci od 10g suhih i samljevenih listova stevije ekstrahirani su u 100mL vode uz neprekidno miješanje (magnetskom miješalicom). Vrijednost pH kontrolirana je natrijevim fosfatom koncentracije 0,01 M i pH vrijednosti 7. Uzorak je stavljen u staklenu čašu od 150 mL i sonikacijom obrađen ultrazvučnim uređajem sa sondom UIP500hT (20kHz, 500W). Vrh sonotrode uronjen je oko 1,5 cm u suspenziju listova stevije. Ultrazvučni uređaj postavljen je na izlaznu snagu od 350W. Blagom sonikacijom pri snazi od 350 W tijekom 5–10 min. i stalnoj procesnoj temperaturi od 30°C postignut je prinos rebaudiozida A od 30–34g na 100g uzorka. Nakon sonikacije otopina ekstrakta centrifugirana je i filtrirana kroz mikroporoznu membranu od 0,45 μm; filtrat je uzet za analizu ukupnog sadržaja rebaudiozida A. Prinos ekstrakcije ukupnog sadržaja rebaudiozida A analiziran je HPLC-om.
Ekstrakcijom potpomognutom ultrazvukom bez otapala postignut je visok prinos rebaudiozida A u usporedbi s tradicionalnim metodama ekstrakcije kao što su toplinska ekstrakcija ili maceracija.
Preporučeni uređaj:
UIP500hdT
Pročitajte više o ultrazvučnoj ekstrakciji stevije!

Ultrazvučna ekstrakcija terpena

Primjena ultrazvuka:
Ekstrakcija hlapljivih spojeva, poput terpena, iz cvatova kultivara vrste Cannabis sativa L. namijenjenog proizvodnji vlakana može se poboljšati ultrazvukom. Istraživanja su pokazala da se ciljani terpeni oslobađaju iz biljnog materijala već nakon kratke sonikacije.
Rezultati pokazuju da ultrazvučna obrada koja ne traje dulje od 5 min omogućuje postizanje povećane koncentracije terpena u usporedbi s maceracijom. Nasuprot tome, ultrazvučna obrada dulja od 5 min povećala je koncentraciju spoja δ-9-tetraidrocannabinol (THC).
Protokol sonikacije:
Ekstrakcija terpena potpomognuta ultrazvukom provedena je pomoću ultrazvučnog uređaja sa sondom snage 200W. Ultrazvučni uređaj postavljen je na amplitudu od 25%. U svaki od triju alikvota od 50g osušenih cvatova dodano je 250mL 70% etanola v/v, koji je upotrijebljen kao otapalo za ekstrakciju. Svaka čaša i njezin sadržaj uronjeni su u ledenu kupelj. Sonikacija je provedena tijekom 5, 10 i 15 min. Tijekom ultrazvučne ekstrakcije kontinuirano je osiguravano brzo odvođenje topline kako bi temperatura postupka ostala ispod 30°C. Nakon ekstrakcije smjese su filtrirane pod vakuumom kroz papir Whatman br. 3, a otapalo je uklonjeno rotacijskim vakuumskim isparavanjem. Svaki pokus ekstrakcije proveden je u tri ponavljanja s trima različitim uzorcima.
Utvrđeno je da je sonikacija zanimljiva alternativa maceraciji za ekstrakciju hlapljivih spojeva iz cvatova konoplje, ali i da ultrazvučna obrada ne smije trajati dulje od 5 minuta kako bi se postiglo veće iskorištenje terpena. Nasuprot tome, ultrazvučna obrada dulja od 5 minuta povećala je koncentraciju spoja δ-9-tetraidrocannabinol (THC). Ekstrakt cvatova Cannabis sativa dobiven ultrazvučnom ekstrakcijom u trajanju od 5 min mogao bi se upotrebljavati kao sastojak parfema ili aroma za napitke. Može se upotrebljavati kao alternativa industrijskoj konoplji, čije se stabljike upotrebljavaju u industriji vlakana, a ekstrakti cvatova u kozmetičkoj i prehrambenoj industriji.
Preporučeni uređaj:
UP200St ili UP200Ht sa sonotrodom/sondom S26d14
Referenca / znanstveni rad:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija hlapljivih spojeva iz cvatova industrijske konoplje Cannabis sativa L.”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8–14.
Pročitajte više o ultrazvučno potpomognutoj ekstrakciji terpena!

Postav za izolaciju spojeva iz biljnog materijala: ultrazvučni uređaj sa sondom UP400ST, vakuumski filtar Büchi i rotacijski isparivač za ekstrakciju fitokemikalija.

Ultrazvučna ekstrakcija vanilina iz obrađenih mahuna vanilije

Primjena ultrazvuka:
Ekstrakcija vanilina optimizirana je primjenom sonikacije. U tu je svrhu ultrazvučni uređaj snage 100 vata radio u pulsnom načinu rada (ciklusi: 5 sek. uključen, zatim 5 sek. isključen).
Najbolji rezultati ultrazvučne ekstrakcije postignuti su s 40% etanolom tijekom 1h pri 30°C. Radi usporedbe rezultata s konvencionalnim metodama ekstrakcije provedene su i ekstrakcije u vodenoj kupelji i ultrazvučnoj kupelji. Rezultati su pokazali da je optimizacija ekstrakcije vanilina ultrazvučnom sondom s 40% etanolom tijekom 1h pri 30°C bila usporediva s ekstrakcijom u vodenoj kupelji s 40% etanolom pri 56°C tijekom 15h.
Preporučeni uređaj:
UP100H
Referenca / znanstveni rad:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Poboljšana ekstrakcija vanilina, 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, iz obrađenih mahuna vanilije primjenom ultrazvučno potpomognute ekstrakcije: usporedba ultrazvučno potpomognute ekstrakcije i ekstrakcije u vrućoj vodenoj kupelji. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6–12.
Pročitajte više o prednostima ultrazvučne ekstrakcije vanilina!

Ultrazvučna ekstrakcija fenolnih spojeva iz žižule Ziziphus Jujube

Primjena ultrazvuka:
Za ultrazvučno potpomognutu ekstrakciju fenolnih spojeva iz žižule (Ziziphus Jujube) upotrijebljen je ultrazvučni uređaj sa sondom visokog intenziteta UP200H snage 200W i frekvencije 24kHz. Ultrazvučni uređaj bio je opremljen sonotrodom S2 s mikrovrhom (promjer vrha 2 mm), koja je bila uronjena u vodenu kupelj u koju je postavljena staklena posuda za taloženje s uzorkom (unutarnje dimenzije: 280:195:135 mm). Amplituda ultrazvučnih vibracija iznosila je 100% nazivne snage (maksimalna amplituda od 260 μm), a akustička snaga 0,171402 W i intenzitet 21,8346 W/cm2. Intenzitet ultrazvuka određen je kalorimetrijski mjerenjem porasta temperature suspenzije tijekom vremena u adijabatskim uvjetima. Postupak ultrazvučne ekstrakcije upotrijebljen je za ekstrakciju ukupnih fenolnih spojeva iz uzoraka prema eksperimentalnom planu (radi optimizacije).
Preporučeni uređaj:
UP200H sa sonotrodom S2
Referenca / znanstveni rad:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimizacija ekstrakcije fenolnih spojeva iz žižule (Ziziphus Jujube) primjenom ultrazvučno potpomognute ekstrakcije. IECFP 2013.

Kliknite ovdje za više protokola sonikacije za ultrazvučnu obradu biološkog materijala!