Estrazione ad ultrasuoni della materia cellulare

L'estrazione ad ultrasuoni o sono-estrazione è una tecnologia di intensificazione del processo, che funziona mediante l'accoppiamento di ultrasuoni ad alta potenza in un impasto di tessuto vegetale o cellulare. Hielscher Ultrasonics fornisce ultrasuoni affidabili per l'interruzione delle celle e l'estrazione da piccole dimensioni. campioni di laboratorio fino a volumi elevati in trasformazione industriale. Il fascino dell'estrazione assistita da ultrasuoni risiede nel trattamento non termico del materiale, nella sua facile applicazione e nella scalabilità dal test alla scala di produzione.

I dispositivi ad ultrasuoni di Hielscher generano ultrasuoni ad alta intensità che possono essere esattamente controllati in base alle vostre esigenze di processo.

L'elenco che segue fornisce vari protocolli di elaborazione ad ultrasuoni, che dimostrano l'ampio campo di applicazione degli ultrasuoni di potenza nella biologia, nell'industria alimentare e nella produzione farmaceutica.

Gli omogeneizzatori ad ultrasuoni sono potenti strumenti per l'estrazione. (Clicca per ingrandire!)

Tipo di sonda ad ultrasuoni UP50H

L'estrazione ad ultrasuoni viene utilizzata per produrre isolati da piante botaniche. Il video mostra l'efficiente estrazione dei composti aromatici dai fiocchi di peperoncino con l'UP100H.

Estrazione ad ultrasuoni di scaglie di peperoncino usando l'UP100H

Boldine da foglie di Boldo (Peumus boldus Molina)

Applicazione ad ultrasuoni:
Un importante composto attivo del boldo è la boldina ((S)-2,9-diidrossi-1,10-dimetossiaporfina), che oltre alla catechina ((2S,3R)-2-(3,4-diidrossi-fenil)-3,4-diidro-1(2H)-benzopiran-3,5,7-triolo) sono i principali componenti della frazione alcaloide e flavonoide delle foglie di boldo. Il boldine è un forte agente antiossidante che subisce danni perossidativi mediato dai radicali liberi e agisce come un efficace scavenger di radicali idrossile.
Procedura di estrazione: Per una tipica procedura di estrazione, i campioni di foglie di boldo sono stati estratti con 1 litro di acqua distillata a pressione atmosferica utilizzando l'ultrasuoni. UIP1000hd in modalità batch e flow-through. Il tempo di estrazione varia da 10 a 40 min. con un'intensità ultrasonica da 10 a 23 W/cm.2e una gamma di temperature da 10 a 70°C. I migliori risultati sono stati raggiunti nelle seguenti condizioni: intensità ultrasonica di 23 W/cm2 per 40 min. alla temperatura di 36°C
Risultati I risultati dell'analisi mostrano che la sonicazione ad alta potenza aumenta il rilascio dell'analita di materiale della matrice vegetale di Boldo a tassi significativamente migliori rispetto al metodo convenzionale: la stessa resa è stata rilasciata dalla sonicazione in 30 min. mentre il tempo di estrazione convenzionale era di 2 ore.
Chemat (2013) e collaboratori hanno dimostrato che l'estrazione assistita da ultrasuoni migliora l'efficienza dell'estrazione delle piante e riduce i tempi di estrazione ad una maggiore concentrazione degli estratti (stessa quantità di solvente e materiale vegetale). L'analisi ha rivelato che le condizioni ottimizzate erano: potenza di sonicazione 23 W/cm2 con UIP1000hd per 40 min. e una temperatura di 36°C. I parametri ottimizzati dell'estrazione ad ultrasuoni consentono una migliore estrazione rispetto ad una macerazione convenzionale in termini di tempo di processo (30 min. invece di 120 min.), maggiore resa, maggiore efficienza energetica, migliore pulizia, maggiore sicurezza e migliore qualità del prodotto.
Raccomandazione dispositivo:
UIP1000hd con sonotrodo BS2d34 e cella di flusso
Riferimento/ Documento di ricerca:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Estrazione di foglie di Boldo (Peumus boldus boldus Mol.). Rivista Internazionale di Scienze Molecolari 14, 2013. 5750-5764.

Acido clorogenico dalle foglie di tabacco

Applicazione ad ultrasuoni:
Per gli esperimenti di estrazione, le foglie di tabacco di Nicotiana tabacum sono state macinate per ottenere particelle di dimensioni più piccole di circa >4 x ≧2 mm. Per le prove di estrazione ad ultrasuoni, sono stati estratti 20 g di campioni di materiali secchi in foglie di tabacco con acqua distillata a temperature comprese tra i 5°C e i 30°C. Sono stati condotti esperimenti di estrazione per cicli di estrazione con intervalli di tempo che variano da 5 minuti a 30 minuti per ciclo. Al volume ottimale calcolato di 256 ml di acqua distillata necessaria per estrarre tutto l'acido clorogenico solubile da 20 g di campioni di foglie di tabacco essiccate, sono state aggiunte da 10 a 15 gocce di etanolo. Il volume ottimale di 256 ml di acqua distillata è stato poi suddiviso in volumi frazionari del solvente di estrazione da utilizzare in ogni ciclo di estrazione a ultrasuoni.
Per l'irradiazione ultrasonica, un processore ad ultrasuoni UP400S (400 watt, 24 kHz) con un sonotrodo H7 in titanio, che aveva un diametro della punta di 7 mm. Il sonotrodo H7 è stato inserito a metà altezza della miscela di estrazione.
Protocollo: Come condizioni ottimali per l'estrazione ad ultrasuoni dell'acido clorogenico dalle foglie di tabacco sono state trovate: 20g di foglie di tabacco essiccate in acqua distillata (rapporto ottimale tra liquido e solido: 12,8mL/g) a 20°C di temperatura di lavorazione, dispositivo ad ultrasuoni. UP400S (400W, 24kHz) per 3 cicli di sonicazione di ogni 15min (durata totale della sonicazione: 45 min).
Raccomandazione dispositivo:
UP400S con sonotrodo H7
Riferimento/ Documento di ricerca:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Ottimizzazione e progettazione ortogonale di un processo di estrazione acquosa ultrasonica assistita per l'estrazione dell'acido clorogenico dalle foglie di tabacco secco. Giornale Cinese di Medicine Naturali 2011.

Acilazione della mangiferina

Applicazione ad ultrasuoni:
Mangiferina (1,3,6,7-Tetraidrossi-2-[3,4,5-triidrossi-6-(idrossimetil)ossian-2-il]xanten-9-one; formula: C19H18O11) è un polifenolo di struttura C-glycosylxanthone che si trova in molte specie vegetali. Mangiferin mostra varie attività farmacologiche. L'acilazione regioselettiva della mangiferina può essere catalizzata in modo molto efficiente dalla lipasi sotto ultrasonicazione. Rispetto ai metodi convenzionali, la catalisi assistita da ultrasuoni eccelle per i vantaggi di tempi di reazione più brevi e rendimenti più elevati. Le condizioni ottimali per l'acilazione ultrasonica della mangiferina sono state le seguenti:
lipasi: PCL, donatore di acil: acetato di vinile; solvente di reazione: DMSO, temperatura di reazione: 45 gradi C, potenza ultrasonica: 200W; rapporto substrato: acil donatore/mangiferina 6/1, caricamento enzimatico: 6 mg/ml
Il rendimento di acilazione regioselettiva era fino all'84%.
Raccomandazione dispositivo:
UP200St o UP200Ht
Riferimento/ Documento di ricerca:
cp...: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): L'effetto dell'ultrasuono su lipase-catalizzata acilazione regioselettiva della mangiferina in solventi non acquosi. J. Asian Nat Prod. Ris. 12/1, 2010. 56-63.

Capsaicinoidi

Applicazione ad ultrasuoni:
Estrazione di capsaicinoidi (capsaicina, nordiidrocapsaicina) dal peperoncino: Capsaicinoidi da Capsicum frutescens peperoni è stato ottenuto mediante estrazione ad ultrasuoni nelle seguenti condizioni: solvente: 95% (v/v) di etanolo, rapporto solvente/massa di 10 ml/g, 40 min. tempo di estrazione di sonicazione, 45°C temperatura di estrazione. Rendimento dell'estratto: 85% dei capsaicinoidi
Raccomandazione dispositivo:
UP400S

Silimarina da semi di cardo mariano

Applicazione ad ultrasuoni:
L'estrazione assistita da ultrasuoni è stata effettuata utilizzando un ultrasuono. UP400S. In questo studio è stata utilizzata una sonda a ultrasuoni di tipo a corno con un diametro di 1,5 cm. 10 g di cardo mariano non grasso in polvere sono stati pesati con precisione e disciolti in 100 ml di metanolo. Il becher è stato conservato in un bagno d'acqua e mantenuto ad una temperatura di 25°C. Il cardo mariano in polvere disciolto in solvente è stato sonicato per diversi intervalli di tempo (30, 60, 90, 90, 120 e 150 min.) Dopo ogni intervallo di tempo, la soluzione è stata filtrata attraverso una carta da filtro Whatman e ogni filtrato (circa 80mL) è stato evaporato con evaporatore rotativo fino a raggiungere una soluzione di 30 mL e l'assorbanza dei composti fenolici è stata misurata con spettrofotometro UV-Visible Spectrofotometro alla lunghezza d'onda di 517 nm secondo il metodo DPPH. Come previsto, l'aumento dei tempi di estrazione ha portato ad un aumento del contenuto di silimarina.
Gli autori dello studio hanno scoperto che l'estrazione ad ultrasuoni per ottenere gli estratti alcolici è una delle migliori tecniche per sostituire le tecniche convenzionali. L'estrazione ad ultrasuoni ha dimostrato di ottenere una migliore qualità di estrazione. Ulteriori vantaggi sono il risparmio di tempo, la maggiore efficienza, ecc.
Raccomandazione dispositivo:
UP400S
Riferimento/ Documento di ricerca:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Estrazione ultrasonica di componenti della silimarina da semi di cardo mariano del latte (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311-318.

Stevioside

Applicazione ad ultrasuoni:
Campioni di 10g di foglie di stevia secche e macinate sono stati estratti in 100mL di acqua con agitazione continua (con agitatore magnetico). Il valore di pH è stato controllato con 0,01 M pH 7 fosfato di sodio. Il campione è stato messo in un bicchiere di vetro da 150 ml e sonicato con un ultrasuoni a sonda (UIP500hd, 20kHz, 500W). La punta del sonotrodo è stata immersa per circa 1,5 cm nel fango di foglie di stevia. Il dispositivo a ultrasuoni è stato impostato per una potenza di 350W. Un trattamento di sonicazione leggera di 350 W per 5-10 min. ad una temperatura di processo costante di 30°C ha dato un rebaudioside A resa di 30-34g per 100g di campione. Dopo la sonicazione, la soluzione di 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. Il rendimento dell'estrazione del contenuto totale di rebaudioside A è stato analizzato da HPLC.
Grazie all'estrazione senza solventi e senza ultrasuoni, è stato ottenuto un alto rendimento di rebaudioside A rispetto ai metodi di estrazione tradizionali come l'estrazione a caldo o la macerazione.
Raccomandazione dispositivo:
UIP500hd

terpeni

Applicazione ad ultrasuoni:
L'estrazione di composti volatili, come i terpeni, dalle infiorescenze di una varietà di fibra di Cannabis sativa L. può essere potenziata in modo ultrasonico. Studi hanno dimostrato che dopo una breve sonicazione i terpeni bersaglio sono già rilasciati dal materiale vegetale.
I risultati mostrano che un trattamento ad ultrasuoni non più lungo di 5 minuti permette di ottenere una maggiore concentrazione di terpeni rispetto alla macerazione. Invece, un trattamento ultrasonico più lungo di 5 minuti ha aumentato la concentrazione di δ-9-tetraidrocannabinolo (THC).
Protocollo di sonicazione:
L'estrazione dei terpeni con l'ausilio di ultrasuoni è stata effettuata utilizzando un ultrasuoni a sonda 200W ad ultrasuoni. Il dispositivo a ultrasuoni è stato impostato al 25% di ampiezza. Sono state aggiunte tre aliquote di 50 g di infiorescenze essiccate, ciascuna con 250 ml di etanolo al 70% v/v, che è stato utilizzato per l'estrazione del solvente. Ogni bicchiere e il suo contenuto erano immersi in un bagno di ghiaccio. L'sonicazione è stata effettuata per 5, 10 e 15 minuti. Durante il estrazione ad ultrasuoni è stata assicurata una rapida e continua dissipazione del calore per mantenere la temperatura di processo al di sotto dei 30°C. Dopo l'estrazione, le miscele sono state filtrate sotto vuoto attraverso la carta Whatman No. 3, e il solvente è stato rimosso da un'evaporazione sotto vuoto rotante. Ogni prova di estrazione è stata eseguita in triplice copia utilizzando tre campioni diversi.
L'ecografia è stata trovata un'interessante alternativa alla macerazione per estrarre composti volatili dall'infiorescenza della cannabis, ma mostra anche che il trattamento ad ultrasuoni non deve durare più di 5 minuti per ottenere un migliore recupero dei terpeni. Invece, un trattamento ultrasonico di durata superiore a 5 minuti ha aumentato la concentrazione di δ-9-tetraidrocannabinolo (THC). L'estratto di Cannabis sativa infiorescenze ottenuto mediante estrazione ad ultrasuoni effettuata per 5 minuti potrebbe essere utilizzato come ingrediente per profumi o aromi per bevande. Può essere utilizzato come alternativa alla canapa industriale, dove gli steli sono utilizzati per l'industria delle fibre e gli estratti di infiorescenze per l'industria cosmetica e alimentare.
Raccomandazione dispositivo:
UP200St o UP200Ht con sonotrodo/sonda S26d14
Riferimento/ Documento di ricerca:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Estrazione ultrasonica di composti volatili da infiorescenze industriali di Cannabis sativa L. Cannabis sativa L.”. IJARNP 2014, 7/1. 8-14.

Estrazione della vanillina dai semi di vaniglia secchi

Applicazione ad ultrasuoni:
L'estrazione della vanillina è stata ottimizzata con la sonicazione. Pertanto, il dispositivo a ultrasuoni da 100 watt (20kHz) è stato azionato in modalità pulsata (cicli: 5 sec. on seguiti da 5 sec. off).
I migliori risultati sono stati ottenuti per l'estrazione ad ultrasuoni con il 40% di etanolo per 1 ora a 30°C. Per confrontare i risultati con i metodi di estrazione convenzionali, sono state effettuate anche estrazioni a bagno d'acqua e a ultrasuoni. I risultati hanno dimostrato che l'ottimizzazione dell'estrazione della vanillina mediante corno ad ultrasuoni con 40% di etanolo per 1 ora a 30°C è stata comparativa all'estrazione a bagnomaria con 40% di etanolo a 56°C per 15 ore.
Raccomandazione dispositivo:
UP100H
Riferimento/ Documento di ricerca:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Miglioramento dell'estrazione di Vanillina 4-Idrossi-3-metossibenzaldeide da Fagioli di Vaniglia Cured Vanilla utilizzando l'estrazione assistita da ultrasuoni: Un confronto tra l'estrazione assistita dagli ultrasuoni e l'estrazione del bagno d'acqua calda. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6-12.

Ziziphus Jujube - estrazione di composti fenolici del giuggiolo

Applicazione ad ultrasuoni:
Per l'estrazione ultrasonicamente assistita di composti fenolici del giuggiolo (Ziziphus Jujube), un ultrasonografo a sonda ad alta intensità. UP200H con una potenza di 200W e una frequenza di 24kHz. Il dispositivo ad ultrasuoni è stato equipaggiato con il micropunta sonotrodo S2 (diametro punta 2 mm), che è stato immerso in un bagno d'acqua in cui è stato posto un vetro precipitato con 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) e la potenza acustica di 0,171402 W e l'intensità di 21,8346 W/cm2. L'intensità ultrasonica è stata determinata calorimetricamente misurando l'aumento tempo-temperatura della sospensione in condizioni adiabatiche. La procedura di estrazione ad ultrasuoni è stata utilizzata per l'estrazione di fenoli totali da campioni secondo il progetto sperimentale (per l'ottimizzazione).
Raccomandazione dispositivo:
UP200H con sonotrodo S2
Riferimento/ Documento di ricerca:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Ottimizzare l'estrazione di composti fenolici del giuggiolo (Ziziphus Jujube) utilizzando il metodo di estrazione assistita da ultrasuoni. IECFP 2013.

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L'estrazione ad ultrasuoni può essere effettuata in modalità batch e a flusso continuo. (Clicca per ingrandire!)

Configurazione dell'sonicazione con UIP1000hd per l'estrazione dalle foglie di Boldo in un lotto. [Petigny et al. 2013]

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Particolarità / Cose da sapere

Gli omogeneizzatori di tessuto ad ultrasuoni sono spesso indicati come sonda sonicator, sonic lyser, ultrasuoni disgregatore, macinatore ad ultrasuoni, sono-ruptor, sonifier, dismembratore sonico, distruttore cellulare, dispersore ad ultrasuoni o dissolutore. I diversi termini derivano dalle varie applicazioni che possono essere soddisfatte dalla sonicazione.