Estrazione a ultrasuoni di materiale cellulare

L’estrazione a ultrasuoni, o sono-estrazione, è una tecnologia di intensificazione dei processi che funziona mediante l’accoppiamento di ultrasuoni ad alta potenza in una sospensione di tessuto vegetale o cellulare. Hielscher Ultrasonics fornisce sonicatori affidabili per la disgregazione cellulare e l’estrazione, da piccoli campioni di laboratorio fino a volumi elevati nella lavorazione industriale. I vantaggi dell’estrazione assistita da ultrasuoni risiedono nel trattamento non termico del materiale, nella facilità di applicazione e nella scalabilità dalla scala di prova a quella di produzione.

I dispositivi a ultrasuoni Hielscher generano ultrasuoni ad alta intensità che possono essere controllati con precisione in base alle esigenze del processo.

L’elenco seguente presenta diversi protocolli di trattamento a ultrasuoni che dimostrano l’ampio campo di applicazione degli ultrasuoni di potenza in biologia, nella lavorazione degli alimenti e nella produzione farmaceutica.
Che abbiate in mente una particolare estrazione da materiale vegetale o desideriate informazioni più generali sui nostri estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni, utilizzate il modulo di contatto qui sotto! Saremo lieti di assistervi!

Estrazione a ultrasuoni della boldina dalle foglie di boldo (Peumus boldus Molina)

Applicazione degli ultrasuoni:
Un importante composto attivo del boldo è la boldina ((S)-2,9-diidrossi-1,10-dimetossiaporfina), che, insieme alla catechina ((2S,3R)-2-(3,4-diidrossifenil)-3,4-diidro-1(2H)-benzopiran-3,5,7-triolo), costituisce uno dei principali componenti della frazione alcaloide e flavonoide delle foglie di boldo. La boldina è un potente agente antiossidante che subisce danni perossidativi mediati da radicali liberi e agisce come efficace scavenger dei radicali idrossilici.
Procedura di estrazione: Per una tipica procedura di estrazione, i campioni di foglie di boldo sono stati estratti con 1L di acqua distillata a pressione atmosferica utilizzando il sonicatore UIP1000hd in modalità batch e a flusso continuo. Il tempo di estrazione varia tra 10 e 40 min., con un’intensità ultrasonica da 10 a 23 W/cm², e un intervallo di temperatura da 10 a 70°C. I risultati migliori sono stati ottenuti nelle seguenti condizioni: intensità ultrasonica di 23 W/cm² per 40 min. a una temperatura di 36°C
Risultati: I risultati delle analisi mostrano che la sonicazione ad alta potenza migliora il rilascio degli analiti dalla matrice vegetale del boldo a velocità significativamente superiori rispetto al metodo convenzionale: la stessa resa è stata ottenuta mediante sonicazione in 30 min., mentre il tempo di estrazione convenzionale era di 2h.
Chemat (2013) e collaboratori hanno dimostrato che l’estrazione assistita da ultrasuoni migliora l’efficienza dell’estrazione vegetale, riducendo al contempo il tempo di estrazione e aumentando la concentrazione degli estratti (a parità di quantità di solvente e materiale vegetale). L’analisi ha rivelato che le condizioni ottimizzate erano: potenza di sonicazione di 23 W/cm² con UIP1000hd per 40 min. e una temperatura di 36°C. I parametri ottimizzati dell’estrazione a ultrasuoni offrono un’estrazione migliore rispetto alla macerazione convenzionale in termini di tempo di processo (30 min. anziché 120 min.), resa più elevata, maggiore efficienza energetica, migliore pulizia, maggiore sicurezza e migliore qualità del prodotto.
Dispositivo consigliato:
UIP1000hdT con sonotrodo BS2d34 e cella di flusso
Riferimento / Articolo di ricerca:
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.

Estrazione a ultrasuoni dell’acido clorogenico dalle foglie di tabacco

Applicazione degli ultrasuoni:
Per gli esperimenti di estrazione, le foglie di tabacco di Nicotiana tabacum sono state macinate fino a ottenere particelle di dimensioni ridotte, pari a circa >4 x ≧2 mm. Per le prove di estrazione a ultrasuoni, campioni di 20g di materiale essiccato di foglie di tabacco sono stati estratti con acqua distillata a temperature comprese tra 5°C e 30°C. Gli esperimenti di estrazione sono stati condotti con intervalli di durata del ciclo di estrazione variabili da 5 minuti a 30 minuti per ciclo. Sono state aggiunte circa 10–15 gocce di etanolo al volume ottimale calcolato di 256 ml di acqua distillata necessario per estrarre tutto l’acido clorogenico solubile da campioni di 20 g di foglie di tabacco essiccate. Il volume ottimale di 256 ml di acqua distillata è stato quindi suddiviso in frazioni del volume del solvente di estrazione da utilizzare in ciascun ciclo di estrazione a ultrasuoni.
Per l’irradiazione ultrasonica è stato utilizzato un processore a ultrasuoni UP400S (400 watts, 24 kHz) con un sonotrodo H7 in titanio, con un diametro della punta di 7mm. Il sonotrodo H7 è stato inserito a metà altezza della miscela di estrazione.
Protocollo: Sono state individuate le seguenti condizioni ottimali per l’estrazione a ultrasuoni dell’acido clorogenico dalle foglie di tabacco: 20g di foglie di tabacco essiccate in acqua distillata (rapporto ottimale liquido/solido: 12,8mL/g) a una temperatura di trattamento di 20 degC, dispositivo a ultrasuoni UP400S (400W, 24kHz) per 3 cicli di sonicazione di 15min ciascuno (durata totale della sonicazione: 45 min).
Dispositivo consigliato:
UP400S con sonotrodo H7
Riferimento / Articolo di ricerca:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Ottimizzazione e progettazione ortogonale di un processo di estrazione acquosa assistita da ultrasuoni per l’estrazione di acido clorogenico dalle foglie secche di tabacco. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
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Estrazione a ultrasuoni della mangiferina

Applicazione degli ultrasuoni:
La mangiferina (1,3,6,7-tetraidrossi-2-[3,4,5-triidrossi-6-(idrossimetil)ossan-2-il]xanten-9-one; formula: C₁₉H₁₈O₁₁) è un polifenolo con struttura di C-glicosilxantone presente in molte specie vegetali. La mangiferina mostra diverse attività farmacologiche. L’acilazione regioselettiva della mangiferina può essere catalizzata dalla lipasi in modo molto efficiente mediante sonicazione. Rispetto ai metodi convenzionali, la catalisi assistita da ultrasuoni si distingue per i vantaggi di tempi di reazione più brevi e rese più elevate. Le condizioni ottimali per l’acilazione a ultrasuoni della mangiferina sono risultate le seguenti:
lipasi: PCL, donatore acilico: acetato di vinile; solvente di reazione: DMSO, temperatura di reazione: 45 degC, potenza ultrasonica: 200W; rapporto tra i substrati: donatore acilico/mangiferina 6/1, carico enzimatico: 6 mg/ml
La resa dell’acilazione regioselettiva ha raggiunto l’84%.
Dispositivo consigliato:
UP200St o UP200Ht
Riferimento / Articolo di ricerca:
cfr.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): The effect of ultrasound on lipase-catalyzed regioselective acylation of mangiferin in non-aqueous solvents. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Estrazione a ultrasuoni dei capsaicinoidi

Applicazione degli ultrasuoni:
Estrazione dei capsaicinoidi (capsaicina, nordiidrocapsaicina) dai peperoncini: i capsaicinoidi dei peperoncini di Capsicum frutescens sono stati ottenuti mediante estrazione a ultrasuoni nelle seguenti condizioni: solvente: etanolo al 95% (v/v), rapporto solvente/massa di 10 ml/g, tempo di estrazione mediante sonicazione di 40 min., temperatura di estrazione di 45°C. Resa di estrazione: 85% dei capsaicinoidi
Dispositivo consigliato:
UP400St
Scoprite di più sull’estrazione assistita da ultrasuoni dei capsaicinoidi dai peperoncini!

Estrazione a ultrasuoni della silimarina dai semi di cardo mariano

Applicazione degli ultrasuoni:
L’estrazione assistita da ultrasuoni è stata eseguita utilizzando un sonicatore UP400S. In questo studio è stata utilizzata una sonda ultrasonica a corno con un diametro di 1,5 cm. Sono stati pesati accuratamente 10 g di polvere sgrassata di cardo mariano e disciolti in 100 mL di metanolo. Il becher è stato tenuto in un bagno d’acqua e mantenuto a una temperatura di 25°C. La polvere di cardo mariano disciolta nel solvente è stata sottoposta a sonicazione per diversi intervalli di tempo (30, 60, 90, 120 e 150 min.). Dopo ciascun intervallo di tempo, la soluzione è stata filtrata attraverso carta da filtro Whatman e ciascun filtrato (circa 80mL) è stato evaporato utilizzando un evaporatore rotante fino a ottenere 30 mL di soluzione; l’assorbanza dei composti fenolici è stata misurata con uno spettrofotometro UV-visibile alla lunghezza d’onda di 517 nm secondo il metodo DPPH. Come previsto, l’aumento dei tempi di estrazione ha comportato un aumento del contenuto di silimarina.
Gli autori dello studio hanno riscontrato che l’estrazione a ultrasuoni per ottenere estratti alcolici è una delle migliori tecniche per sostituire quelle convenzionali. È stato dimostrato che l’estrazione a ultrasuoni consente di ottenere una migliore qualità dell’estratto. Ulteriori vantaggi includono il risparmio di tempo e una maggiore efficienza, ecc.
Dispositivo consigliato:
UP400St
Riferimento / Articolo di ricerca:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ultrasound-Assisted Extraction of Silymarin Components from Milk Thistle Seeds (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311–318.
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Estrazione a ultrasuoni dello stevioside

Applicazione degli ultrasuoni:
Campioni di 10g di foglie di stevia essiccate e macinate sono stati estratti in 100mL di acqua sotto agitazione continua (con un agitatore magnetico). Il valore del pH è stato controllato con fosfato di sodio 0,01 M a pH 7. Il campione è stato posto in un becher di vetro da 150 mL e sottoposto a sonicazione con un sonicatore a sonda UIP500hT (20kHz, 500W). La punta del sonotrodo è stata immersa per circa 1,5 cm nella sospensione di foglie di stevia. Il dispositivo a ultrasuoni è stato impostato su una potenza di uscita di 350W. Un trattamento di sonicazione delicato a 350 W per 5–10 min., a una temperatura di processo costante di 30°C, ha fornito una resa di rebaudioside A di 30–34g per 100g di campione. Dopo la sonicazione, la soluzione dell’estratto è stata centrifugata e filtrata attraverso una membrana microporosa da 0,45 μm; il filtrato è stato prelevato per l’analisi del contenuto totale di rebaudioside A. La resa di estrazione del contenuto totale di rebaudioside A è stata analizzata mediante HPLC.
Con l’estrazione assistita da ultrasuoni senza solventi è stata ottenuta una resa elevata di rebaudioside A rispetto ai metodi di estrazione tradizionali, come l’estrazione a caldo o la macerazione.
Dispositivo consigliato:
UIP500hdT
Scoprite di più sull’estrazione a ultrasuoni della stevia!

Estrazione a ultrasuoni dei terpeni

Applicazione degli ultrasuoni:
L’estrazione di composti volatili, come i terpeni, dalle infiorescenze di una cultivar di Cannabis sativa L. da fibra può essere migliorata mediante ultrasuoni. Gli studi hanno dimostrato che già dopo una breve sonicazione i terpeni di interesse vengono rilasciati dal materiale vegetale.
I risultati mostrano che un trattamento a ultrasuoni di durata non superiore a 5 min consente di ottenere una concentrazione di terpeni maggiore rispetto alla macerazione. Un trattamento a ultrasuoni di durata superiore a 5 min ha invece aumentato la concentrazione di δ-9-tetraidrocannabinolo (THC).
Protocollo di sonicazione:
L’estrazione assistita da ultrasuoni dei terpeni è stata effettuata utilizzando un sonicatore a sonda da 200W. Il dispositivo a ultrasuoni è stato impostato su un’ampiezza del 25%. A ciascuna di tre aliquote di 50g di infiorescenze essiccate sono stati aggiunti 250mL di etanolo al 70% v/v, utilizzato come solvente di estrazione. Ogni becher e il relativo contenuto sono stati immersi in un bagno di ghiaccio. La sonicazione è stata effettuata per 5, 10 e 15 min. Durante la procedura di estrazione a ultrasuoni è stata garantita una dissipazione del calore rapida e continua per mantenere la temperatura di processo al di sotto di 30°C. Dopo l’estrazione, le miscele sono state filtrate sotto vuoto attraverso carta Whatman n. 3 e il solvente è stato rimosso mediante evaporazione rotante sotto vuoto. Ogni prova di estrazione è stata eseguita in triplicato utilizzando tre campioni diversi.
La sonicazione si è rivelata un’interessante alternativa alla macerazione per estrarre composti volatili dalle infiorescenze di cannabis, ma ha anche mostrato che il trattamento a ultrasuoni non deve durare più di 5 minuti per ottenere un maggiore recupero dei terpeni. Un trattamento a ultrasuoni di durata superiore a 5 minuti ha invece aumentato la concentrazione di δ-9-tetraidrocannabinolo (THC). L’estratto delle infiorescenze di Cannabis sativa ottenuto mediante estrazione a ultrasuoni effettuata per 5 min potrebbe essere utilizzato come ingrediente per profumi o come aroma per bevande. Può essere utilizzato come alternativa alla canapa industriale, i cui steli sono impiegati nell’industria delle fibre e i cui estratti delle infiorescenze sono destinati all’industria cosmetica e alimentare.
Dispositivo consigliato:
UP200St o UP200Ht con sonotrodo/sonda S26d14
Riferimento / Articolo di ricerca:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ultrasound-assisted extraction of volatile compounds from industrial Cannabis sativa L. inflorescences”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8–14.
Scoprite di più sull’estrazione dei terpeni assistita da ultrasuoni!

Configurazione di estrazione per l’isolamento di sostanze vegetali: sonicatore a sonda UP400ST, filtro sotto vuoto Büchi ed evaporatore rotante per l’estrazione di sostanze fitochimiche.

Estrazione a ultrasuoni della vanillina dai baccelli di vaniglia trattati

Applicazione degli ultrasuoni:
L’estrazione della vanillina è stata ottimizzata mediante sonicazione. A questo scopo, il dispositivo a ultrasuoni da 100 watts è stato utilizzato in modalità pulsata (cicli: 5 sec. di funzionamento seguiti da 5 sec. di pausa).
I risultati migliori per l’estrazione a ultrasuoni sono stati ottenuti con etanolo al 40% per 1h a 30°C. Per confrontare i risultati con i metodi di estrazione convenzionali, sono state effettuate anche estrazioni in bagno d’acqua e in bagno a ultrasuoni. I risultati hanno mostrato che l’estrazione ottimizzata della vanillina mediante sonda ultrasonica a corno con etanolo al 40% per 1h a 30°C era paragonabile all’estrazione in bagno d’acqua con etanolo al 40% a 56°C per 15h.
Dispositivo consigliato:
UP100H
Riferimento / Articolo di ricerca:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Improved Extraction of Vanillin 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde from Cured Vanilla Beans Using Ultrasound-Assisted Extraction: A Comparison of Ultrasound-Assisted and Hot Water Bath Extraction. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6–12.
Scoprite di più sui vantaggi dell’estrazione a ultrasuoni della vanillina!

Estrazione a ultrasuoni dei composti fenolici da Ziziphus Jujube

Applicazione degli ultrasuoni:
Per l’estrazione assistita da ultrasuoni dei composti fenolici del giuggiolo (Ziziphus Jujube), è stato utilizzato un sonicatore a sonda ad alta intensità UP200H con una potenza di 200W e una frequenza di 24kHz. Il dispositivo a ultrasuoni era dotato del sonotrodo a micropunta S2 (diametro della punta 2 mm), immerso in un bagno d’acqua nel quale era stato posto un becher contenente il campione (dimensioni interne: 280:195:135 mm). L’ampiezza delle vibrazioni ultrasoniche era pari al 100% della potenza nominale (ampiezza massima di 260 μm), con una potenza acustica di 0,171402 W e un’intensità di 21,8346 W/cm2. L’intensità ultrasonica è stata determinata calorimetricamente misurando l’aumento della temperatura della sospensione nel tempo in condizioni adiabatiche. La procedura di estrazione a ultrasuoni è stata utilizzata per l’estrazione dei fenoli totali dai campioni secondo il disegno sperimentale (per l’ottimizzazione).
Dispositivo consigliato:
UP200H con sonotrodo S2
Riferimento / Articolo di ricerca:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Ottimizzazione dell’estrazione dei composti fenolici del giuggiolo (Ziziphus Jujube) con il metodo di estrazione assistito da ultrasuoni. IECFP 2013.

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