Ekstraksi Terpena dengan Ultrasonik
Ekstraksi terpena ultrasonik telah terbukti menghasilkan rendemen tinggi terpena kariofilena oksida, misalnya dari ganja dan hop. Kariofilena oksida adalah terpena yang ditemukan dalam ganja, hop, lada, basil, dan rosemary. Sebagai senyawa aktif, terpena kariofilena oksida hasil ekstraksi digunakan sebagai bahan tambahan perisa dan suplemen kesehatan.
Penggunaan Kariofilena Oksida Hasil Ekstraksi
Kariofilena oksida memiliki ciri khas berupa aroma dan rasa aromatik (yaitu seperti herba). Karena aroma dan rasa aromatiknya yang kuat, senyawa ini sering digunakan sebagai bahan tambahan perisa dalam makanan serta sebagai komponen pewangi. Selain itu, senyawa ini juga memiliki kemampuan untuk berikatan dengan reseptor endokrin CB2 dalam tubuh manusia, sehingga menjadi komponen farmasi yang menarik.
Ekstraksi Ultrasonik Kariofilena Oksida
Ekstraksi ultrasonik terpena kariofilena oksida merupakan teknik yang sangat baik untuk menghasilkan rendemen tinggi, misalnya dari ganja dan hop. Baca lebih lanjut tentang kavitasi akustik, prinsip aktif ekstraksi ultrasonik!
Sebagai contoh, β-kariofilena oksida diekstraksi secara ultrasonik menggunakan perangkat ultrasonik UP100H (100W, 30kHz) dari kuncup hop kering.
Data analisis GC menunjukkan rendemen ekstraksi β-kariofilena oksida, yang diekstraksi menggunakan perangkat Hielscher UP100H dari hop.
UP400St – prosesor ultrasonik berdaya tinggi 400W untuk ekstraksi terpena dengan pengaduk
Analisis kromatografi gas ekstrak hop ultrasonik: β-kariofilena oksida, α-kariofilena, α-pinena, mycrene, limonena, α-caryophylene, dan kariofilena oksida serta senyawa lainnya.
Selain β-kariofilena oksida, terpena lain seperti α-kariofilena, α-pinena, mycrene, limonena, dan α-caryophylene, serta senyawa lainnya, berhasil diekstraksi.
Bagaimana terpena diekstraksi dari tumbuhan menggunakan ultrasonikasi tipe probe? Petunjuk langkah demi langkah!
- Pertama, bahan tumbuhan digiling atau dicacah menjadi potongan kecil untuk meningkatkan luas permukaan bagi ekstraksi.
- Bahan tumbuhan kemudian dicampur dengan pelarut (seperti etanol atau air) untuk mengekstraksi terpena.
- Ultrasonikasi tipe probe kemudian digunakan untuk membantu proses ekstraksi dengan menerapkan gelombang ultrasonik berintensitas tinggi dan berfrekuensi rendah sekitar 20kHz pada bubur bahan. Hal ini menimbulkan kavitasi akustik dan getaran cepat pada pelarut, yang mendorong disintegrasi dan disrupsi sel tumbuhan serta pelepasan terpena.
- Campuran kemudian disaring untuk memisahkan bahan tumbuhan padat dari cairan yang mengandung terpena hasil ekstraksi.
- Cairan kemudian diuapkan atau diproses lebih lanjut untuk menghilangkan pelarut dan memekatkan terpena.
- Produk akhirnya berupa ekstrak kaya terpena yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti suplemen makanan, pangan fungsional, dan kosmetik.
Protokol Ekstraksi Terpena Ultrasonik
Hop digiling menggunakan penggiling kopi konvensional untuk memperoleh ukuran partikel sampel hop yang lebih homogen.
Sebanyak 4,5mg hop dimasukkan ke dalam vial, kemudian ditambahkan 5mL etanol. Vial ditempatkan dalam gelas beker berisi air es untuk membuang panas. Selanjutnya, sampel disonikasi menggunakan UP100H, yang dilengkapi sonotrode MS7, pada pengaturan amplitudo 50% selama 90sec.
Analisis kromatografi gas ekstrak hop ultrasonik:
Sonikasi memastikan perpindahan massa yang tinggi antara matriks sel dan pelarut, sehingga diperoleh rendemen ekstrak berkualitas tinggi yang sangat tinggi.
- ekstrak terpena berkualitas tinggi (tanpa degradasi termal)
- rendemen tinggi
- prosedur cepat
- pengembalian investasi (RoI) cepat
- pelarut yang lebih ringan
- penggunaan pelarut lebih sedikit
- aman dan mudah dioperasikan
- kebutuhan perawatan rendah
- ekstraksi terpena hijau dan ramah lingkungan
Ekstraksi terpena ultrasonik menonjol sebagai metode ekstraksi hijau yang memungkinkan percepatan prosedur ekstraksi terpena secara signifikan sekaligus memerlukan lebih sedikit energi dibandingkan metode ekstraksi konvensional lainnya (yaitu CO2 superkritis, Soxhlet dan sebagainya). Keunggulan lain yang terkait dengan penggunaan ekstraksi ultrasonik terpena adalah kemudahan pengoperasian ekstraktor ultrasonik, proses yang cepat, tanpa limbah kimia, rendemen tinggi, ramah lingkungan, peningkatan kualitas berkat kondisi pemrosesan yang ringan, serta pencegahan degradasi termal.
Ekstraktor Ultrasonik untuk Terpena
Tabel di bawah ini memberikan gambaran mengenai perangkat ultrasonik yang mungkin paling sesuai untuk kebutuhan ekstraksi terpena Anda.
| Volume Batch | Laju Alir | Perangkat yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| 10 hingga 2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 hingga 20L | 0,2 hingga 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 hingga 100L | 2 hingga 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 hingga 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lebih besar | kelompok perangkat UIP16000 |
Homogenizer ultrasonik berdaya tinggi dari skala laboratorium hingga industri.
Literatur/Referensi
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Fakta yang Perlu Diketahui
Kariofilena
Kariofilena atau (−)-β-kariofilena adalah seskuiterpena bisiklik alami yang dapat ditemukan dalam banyak minyak atsiri. Herba berikut dikenal sebagai sumber kariofilena yang baik: ganja, hemp (Cannabis sativa), jintan hitam (Carum nigrum), cengkih (Syzygium aromaticum), hop (Humulus lupulus), basil (Ocimum spp.), oregano (Origanum vulgare), lada hitam (Piper nigrum), lavender (Lavandula angustifolia), rosemary (Rosmarinus officinali, dan minyak copaiba (Copaifera spp.). β-kariofilena merupakan fitokanabinoid dengan afinitas kuat terhadap reseptor kanabinoid tipe 2 (CB 2), tetapi tidak terhadap reseptor kanabinoid tipe 1 (CB 1).
Kariofilena Oksida
Kariofilena oksida (juga disebut β-kariofilena oksida) merupakan turunan oksidasi β-kariofilena dan berupa serbuk padat kristalin putih dengan titik leleh sekitar 62°C.
Senyawa ini dihargai karena efek antiinflamasi, anestesi lokal, dan antioksidatifnya. Penelitian awal menunjukkan bahwa kariofilena oksida juga berpotensi menjadi obat untuk pengobatan kanker. Kariofilena oksida merupakan bagian dari cincin siklobutana, yang telah digunakan dalam penelitian medis untuk menyintesis obat kemoterapi karboplatin yang banyak digunakan.
Kariofilena oksida, yang olefin kariofilenanya telah berubah menjadi epoksida, merupakan komponen yang disetujui untuk perisa makanan.
Baik β-kariofilena maupun β-kariofilena oksida menunjukkan kelarutan yang rendah dalam air, sehingga menghambat penyerapannya ke dalam sel. Untuk menggunakan seskuiterpena ini sebagai obat atau suplemen nutrisi, enkapsulasi ke dalam liposom mengatasi kelarutan seskuiterpena ini yang rendah dalam cairan berbasis air serta memastikan bioavailabilitas dan bioaktivitasnya. Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang enkapsulasi ultrasonik senyawa bioaktif!
Kariofilena Oksida dalam Ganja
Dalam tumbuhan cannabis sativa, kariofilena oksida ditemukan sebagai seskuiterpena, yang terdiri atas tiga unit isoprena. Kariofilena oksida merupakan salah satu terpena terbesar dan paling melimpah dalam tumbuhan ganja serta bertanggung jawab atas aroma dan bau khas ganja. Ekstraksi ultrasonik berhasil diterapkan untuk menghasilkan minyak kanabidiol spektrum penuh, sehingga menghasilkan efek entourage dari beragam senyawa tersebut.
Kavitasi Ultrasonik untuk Ekstraksi
Ketika gelombang ultrasonik berdaya tinggi dimasukkan ke dalam cairan, siklus kompresi dan ekspansi (rarefaksi) terjadi dalam fluida tersebut. Selama rarefaksi, rongga atau yang disebut gelembung kavitasi terbentuk dalam cairan. Gelembung kavitasi ini, yang merupakan gelembung vakum kecil, terbentuk ketika tekanan negatif bekerja sehingga kekuatan tarik lokal cairan terlampaui. Gelembung vakum membesar selama beberapa siklus kompresi / rarefaksi hingga tidak dapat menyerap energi lagi dan gelembung kavitasi mengalami keruntuhan implosif. Fenomena ini dikenal sebagai kavitasi. Menurut penelitian Prof. Suslick (1990), di dalam gelembung kavitasi terdapat kondisi ekstrem dengan suhu hingga 5000 K, tekanan 1000 atmosfer, laju pemanasan–pendinginan di atas 1010 K/s, dan semburan cairan dengan kecepatan hingga 280m/s, yang muncul sebagai gaya geser sangat tinggi dan turbulensi di zona kavitasi. Kombinasi faktor-faktor ini (tekanan, panas, geser, dan turbulensi) digunakan untuk mempercepat perpindahan massa dalam proses ekstraksi. Selain itu, kondisi yang terjadi secara lokal ini juga digunakan dalam proses ultrasonik, seperti homogenisasi, emulsifikasi, atau pendispersian.
Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada kavitasi akustik dan gaya geser hidrodinamiknya
Ekstraksi Ultrasonik Terpena
Prinsip ekstraksi ultrasonik didasarkan pada dua efek yang dihasilkan ketika gelombang ultrasonik berdaya tinggi dikopel ke dalam cairan atau bubur bahan:
Pertama, pelarut (medium cair di sekitarnya) didorong masuk ke dalam matriks sel. Bergantung pada amplitudo dan kekuatan kavitasi, dinding sel dilubangi atau didisrupsi oleh tekanan cairan.
Kedua, selama siklus rarefaksi, isi sel (yaitu bahan intraseluler) dibilas keluar dari bagian dalam sel. Setelah ekstraksi ultrasonik, senyawa yang ditargetkan berada dalam pelarut dan dapat dipisahkan dari pelarut (misalnya dengan menguapkan pelarut) sehingga akhirnya diperoleh ekstrak murni.
Komposisi bahan baku (seperti kadar air, tingkat maserasi / penggilingan dan ukuran partikel, serta pelarut yang dipilih merupakan faktor yang sangat penting untuk memperoleh proses ekstraksi ultrasonik yang efisien dan efektif. Parameter proses ultrasonik juga sangat penting: amplitudo, tekanan, suhu, dan waktu sonikasi harus ditetapkan dan dioptimalkan untuk memperoleh hasil terbaik.