식물화학과 초음파 처리: 식물 유래 생리활성 물질의 고효율 초음파 추출
식물화학은 폴리페놀, 플라보노이드, 알칼로이드부터 테르펜, 사포닌, 배당체, 색소, 항산화제, 에센셜 오일 성분까지 식물 유래 화합물을 연구하는 학문입니다. 이러한 식물화학물질은 기능성 식품, 의약품, 화장품, 식품 원료, 천연 색소, 향료, 허브 추출물 및 분석 연구에 유용합니다.
Hielscher 초음파 처리기로 식물화학물질 추출 공정을 개선하세요
더 짧은 시간에 더 많은 생리활성 물질을 추출하세요
Hielscher 프로브형 초음파 처리기는 식물 세포를 파쇄하고 물질 전달을 가속하여 식물 추출 공정을 강화합니다. 이를 통해 허브, 뿌리, 잎, 꽃, 과일, 씨앗, 수피, 조류 및 기타 식물 원료에서 식물화학물질을 높은 수율로 추출할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 추출 시스템을 선택해야 하는 이유
- 더 높은 추출 수율: 동일한 식물 원료에서 더 많은 목표 화합물을 회수하세요.
- 더 짧은 처리 시간: 장시간의 침용이나 열을 많이 사용하는 추출 단계를 신속한 초음파 처리로 대체하세요.
- 온화한 비열 추출: 폴리페놀, 테르펜, 안토시아닌, 비타민, 항산화제 등 열에 민감한 식물화학물질을 보존하세요.
- 유연한 용매 선택: 물, 에탄올, 물과 에탄올의 혼합물, 글리세린, 오일, 심층 공융 용매 또는 기타 적합한 추출 매질을 사용하세요.
- 정밀한 공정 제어: 진폭, 출력, 에너지 투입량, 시간, 온도, 압력 및 유량을 조절하세요.
- 선형 스케일업: 실험실에서 추출 매개변수를 개발하고 이를 파일럿 및 산업 생산에 적용하세요.
- 배치 및 인라인 운전: 비커 규모의 초음파 처리, 교반 탱크 처리 또는 연속 유동식 추출 중에서 선택하세요.
- 견고한 산업용 설계: Hielscher 초음파 처리기는 까다로운 생산 환경, 재현성 있는 운전 및 손쉬운 통합을 위해 설계되었습니다.
초음파 처리기 UIP1000hdT – 식물화학물질 추출용
더 빠르고 깨끗하며 완전한 식물화학물질 추출을 위한 초음파 처리
식물화학물질을 제형, 분석 시험 또는 상용 제품에 사용하려면 먼저 식물 매트릭스에서 방출시켜야 합니다. 이 과정에서 초음파 처리는 가장 효과적인 추출 기술 중 하나로 자리 잡았습니다. 프로브형 초음파 처리기는 액체와 슬러리에서 강력한 음향 캐비테이션을 발생시킵니다. 그 결과 발생하는 미세 난류, 전단력 및 압력 변동은 식물 세포를 파쇄하고 용매 침투를 개선하며 생리활성 분자가 추출 매질로 이동하는 속도를 높입니다.
Hielscher Ultrasonics는 실험실 연구부터 본격적인 산업 생산까지 식물화학물질 추출을 위한 고성능 초음파 처리기를 공급합니다. 식물 추출물을 개발하거나, 분석용 시료 전처리를 최적화하거나, 식물성 원료 공정의 규모를 확대할 때 초음파 처리를 통해 추출 강도, 재현성 및 처리량을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
초음파 처리기 UP200Ht – 식물화학물질 추출용
식물화학에서 초음파 처리란 무엇인가요?
초음파 처리는 액체나 슬러리에 고출력 초음파를 가하는 것입니다. 식물화학에서 초음파 처리는 초음파 보조 추출, 시료 전처리, 세포 파쇄, 분산, 유화 및 공정 강화에 가장 흔히 사용됩니다.
고강도 초음파 프로브가 추출 매질에 음파를 전달하면 고압과 저압이 교대로 반복되면서 음향 캐비테이션이 발생합니다. 캐비테이션 기포는 성장한 후 격렬하게 붕괴합니다. 이 붕괴는 국소적인 전단력, 액체 마이크로제트 및 강력한 혼합 효과를 발생시킵니다.
식물 추출에서 이러한 효과는 다음에 도움이 됩니다:
- 세포벽과 세포막 파열
- 세포 내 화합물에 대한 용매의 접근성 향상
- 식물 입자 주변의 경계층 감소
- 식물화학물질의 용매 내 확산 개선
- 추출 시간 단축
- 재현성 향상
- 과도한 열이나 장시간의 용매 노출 필요성 감소
그 결과, 기존의 침용, 침출, 퍼콜레이션 또는 환류 방식에 비해 더 빠르고 효율적이며, 많은 경우 더 온화한 추출 공정을 구현할 수 있습니다.
현대 식물화학물질 추출에서 초음파 처리가 중요한 이유
식물 원료는 복잡합니다. 생리활성 화합물은 식물 세포 안에 갇혀 있거나, 구조적 구성 성분에 결합되어 있거나, 서로 다른 조직에 분포합니다. 기존 추출 방식은 긴 체류 시간, 많은 양의 용매 또는 높은 온도를 요구하는 경우가 많습니다. 이러한 조건은 비효율적일 수 있으며 열에 불안정한 화합물을 분해할 수 있습니다.
초음파 보조 추출은 식물화학물질의 물리적 방출을 강화하여 이러한 한계를 해결합니다. 초음파 처리는 수동적 확산에만 의존하는 대신 식물 매트릭스를 적극적으로 파쇄하고 물질 전달을 촉진합니다.
따라서 초음파 추출은 가공업체에 다음 사항이 필요할 때 특히 유용합니다:
- 고가의 식물 원료에서 더 높은 수율 확보
- 더 짧은 생산 주기
- 용매 소비량 감소
- 열에 민감한 화합물의 추출 개선
- 품질 관리를 위한 재현성 있는 추출
- 실험실에서 생산 규모까지 확장 가능한 처리
- 친환경 용매 및 클린 라벨 원료와의 호환성
식물화학 연구에서 초음파 처리는 분석용 시료 전처리도 개선합니다. 실험실에서는 HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, 항산화 분석 또는 기타 분석 방법을 적용하기 전에 표적 화합물을 빠르고 일관되게 추출할 수 있습니다.
기존 방식과 추출 방법 – 비교
| 기존 추출 방법 | 기존 방법의 한계 | 초음파 처리의 장점 |
|---|---|---|
| 침용 | 침용은 간단하지만 느립니다. 허용 가능한 추출 수율에 도달하려면 수 시간, 수일 또는 심지어 수 주가 필요할 수 있습니다. | 초음파 처리는 식물 세포를 적극적으로 파쇄하고 확산을 개선하여 동일한 용매 추출 원리가 더 빠르게 작용하도록 합니다. 이를 통해 처리 시간을 대폭 단축할 수 있습니다. |
| 환류 추출 | 환류 추출은 열을 사용하여 용해도와 물질 전달을 개선합니다. 그러나 열은 민감한 식물화학물질을 분해하고 에너지 소비를 증가시킬 수 있습니다. | 초음파 처리는 더 낮은 온도에서 높은 추출 효율을 달성하므로 열에 민감한 식물 화합물에 적합합니다. |
| 속슬렛 추출 | 속슬렛 추출은 실험실에서 널리 사용되지만 용매가 많이 필요하고 시간이 오래 걸립니다. | 초음파 추출은 용매 사용량과 추출 시간을 줄일 수 있어 분석 작업, 연구개발 및 공정 개발에 매력적인 방법입니다. |
| 기계적 교반 | 교반은 혼합을 개선하지만 프로브형 초음파와 같은 캐비테이션에 의한 세포 파쇄 효과를 제공하지는 않습니다. | 초음파 처리는 혼합, 입자 응집 해체 및 세포 파열을 하나의 공정 단계에서 결합하여 추출을 더욱 강화합니다. |
식물 추출물을 위한 배치 및 인라인 초음파 처리
배치 초음파 추출
배치 초음파 처리는 실험실 연구, 제형 개발, 소규모 생산 및 유연한 처리에 이상적입니다. 식물과 용매로 이루어진 슬러리가 담긴 용기에 프로브형 초음파 처리기를 삽입합니다. 배치 처리는 구성이 쉽고 용매 종류, 진폭, 추출 시간 및 온도와 같은 매개변수를 스크리닝하는 데 탁월합니다.
연속 인라인 초음파 추출
생산량이 더 많은 경우에는 연속 인라인 초음파 처리가 선호되는 구성입니다. 식물 슬러리는 펌프를 통해 초음파 플로우 셀을 통과하면서 제어된 캐비테이션에 노출됩니다. 인라인 처리는 재현성, 공정 제어 및 처리량을 개선합니다. 또한 에너지 투입량, 체류 시간 및 유량을 정밀하게 설정할 수 있으므로 스케일업의 예측 가능성도 높아집니다.
Hielscher 산업용 초음파 처리기는 연속 운전용으로 설계되었으며 펌프, 열교환기, 저장 탱크, 여과 시스템, 용매 회수 및 후속 농축 공정과 통합할 수 있습니다.
아래 표는 식물 추출에 사용되는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다
| 배치 부피 | 유량 | 권장 초음파 처리기 |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | 더 높은 유량 | 클러스터로 구성된 UIP16000hdT |
초음파 처리로 추출하는 식물화학물질
초음파 처리는 다양한 계열의 식물화학물질에 적합합니다. 추출 결과는 식물 원료, 입자 크기, 용매, 온도, 초음파 진폭, 체류 시간 및 후속 분리 공정에 따라 달라집니다.
폴리페놀과 플라보노이드
폴리페놀과 플라보노이드는 항산화 특성과 식품, 기능성 식품 및 화장품 제형에서의 중요성으로 인해 가장 많이 연구되는 식물화학물질에 속합니다. 초음파 추출은 잎, 과일, 껍질, 꽃, 씨앗 및 수피에서 페놀산, 카테킨, 퀘르세틴, 루틴, 안토시아닌 및 관련 화합물의 방출을 촉진합니다.
테르펜과 에센셜 오일 성분
테르펜과 향기 성분은 허브 추출물, 향료, 식품 향료 및 대마 또는 헴프 가공에 중요합니다. 초음파 처리는 온도를 온화하게 제어하면서 식물 조직에서의 추출을 개선할 수 있으며, 이러한 온도 제어는 휘발성 화합물과 산화에 민감한 화합물에 중요합니다.
알칼로이드
알칼로이드는 많은 약용 식물에 존재하며 분석, 의약품 또는 기능성 식품 용도로 추출되는 경우가 많습니다. 초음파 처리는 매트릭스 파쇄를 개선하고 알칼로이드가 적합한 용매로 이동하는 속도를 높일 수 있습니다.
사포닌, 배당체 및 탄닌
많은 뿌리, 허브, 콩과 식물 및 약용 식물에는 사포닌, 배당체 및 탄닌이 함유되어 있습니다. 초음파 처리는 섬유질이거나 치밀한 식물 매트릭스에서 이러한 화합물의 방출을 돕고, 추출 수율과 선택성의 균형을 맞추도록 최적화할 수 있습니다.
색소와 항산화 물질
안토시아닌, 엽록소, 카로티노이드 및 베타레인과 같은 천연 색소는 식품, 음료, 화장품 및 분석 분야에서 가치가 있습니다. 많은 색소가 열, 산소 및 pH에 민감하므로 온도가 제어된 조건에서의 초음파 추출은 매우 유리합니다.
칸나비노이드와 헴프 식물화학물질
헴프와 대마에는 칸나비노이드, 테르펜, 플라보노이드 및 기타 식물 성분이 함유되어 있습니다. 초음파 추출은 분쇄된 바이오매스에서 이러한 화합물의 방출을 개선하며 에탄올, 에탄올 수용액 또는 기타 용매 시스템에 맞게 조정할 수 있습니다.
식물화학물질의 초음파 추출
자주 묻는 질문: 초음파 처리와 식물화학
식물화학에서 초음파 처리란 무엇인가요?
식물화학에서 초음파 처리란 고출력 초음파를 사용하여 식물 유래 화합물을 추출, 방출 또는 가공하는 것을 말합니다. 폴리페놀, 플라보노이드, 테르펜, 알칼로이드, 색소, 항산화 물질 및 에센셜 오일 성분과 같은 식물화학물질의 초음파 보조 추출에 흔히 사용됩니다.
초음파 처리는 어떻게 식물에서 식물화학물질을 추출하나요?
초음파 처리는 추출액에서 음향 캐비테이션을 발생시킵니다. 캐비테이션은 전단력, 미세 제트 및 강력한 혼합 작용을 일으켜 식물 세포 구조를 파쇄하고 용매 침투를 개선합니다. 이를 통해 식물 매트릭스에서 용매로 식물화학물질이 이동하는 속도가 빨라집니다.
초음파로 어떤 식물화학물질을 추출할 수 있나요?
초음파 추출은 폴리페놀, 플라보노이드, 안토시아닌, 테르펜, 칸나비노이드, 알칼로이드, 사포닌, 탄닌, 배당체, 엽록소, 카로티노이드, 에센셜 오일 성분 및 기타 많은 식물 유래 화합물에 사용할 수 있습니다.
초음파 추출은 열에 민감한 식물화학물질에 적합한가요?
네. 온도를 적절하게 제어하면 초음파 처리는 온화한 비열 추출 방법으로 간주됩니다. 따라서 항산화 물질, 색소, 테르펜 및 특정 비타민과 같이 열에 민감한 화합물에 적합합니다.
식물화학물질 추출에는 프로브형 초음파 처리가 초음파 수조보다 더 나은가요?
효율적인 추출을 위한 프로브형 초음파 처리는 일반적으로 초음파 수조보다 훨씬 더 강력하며 제어하기도 쉽습니다. 프로브형 초음파 처리기는 액체에 에너지를 직접 전달하여 시료나 공정 유체 흐름에 강력한 캐비테이션을 발생시킵니다. 초음파 수조는 강도가 상당히 낮으며 까다로운 추출 작업에서 결과의 재현성이 부족합니다. 프로브형 초음파 처리기와 초음파 수조의 초음파 추출 결과가 어떻게 다른지 확인해 보세요!
식물화학물질의 초음파 추출에는 어떤 용매를 사용할 수 있나요?
일반적으로 사용하는 용매에는 물, 에탄올, 에탄올과 물의 혼합물, 글리세린, 오일 및 기타 용도별 용매가 있습니다. 분석용 추출에는 메탄올이나 기타 실험실용 용매를 사용할 수 있습니다. 초음파 처리는 심층 공융 용매 및 천연 심층 공융 용매와도 함께 사용할 수 있습니다.
초음파 처리로 추출 시간을 줄일 수 있나요?
네. 초음파 추출은 캐비테이션이 세포 파쇄와 물질 전달을 가속하므로 기존의 침용법, 침출법 또는 용매 추출법에 비해 추출 시간을 크게 단축할 수 있습니다.
초음파 추출의 규모를 확대할 수 있나요?
네. Hielscher 초음파 처리기는 실험실 규모부터 산업 규모까지 제공됩니다. 진폭, 에너지 투입량, 온도, 체류 시간 등의 매개변수를 제어하여 개발한 공정은 더 큰 배치 시스템이나 연속 인라인 시스템으로 이전할 수 있습니다.
초음파 처리는 산업용 식물 추출에 적합한가요?
네. 유통식 반응기를 갖춘 산업용 초음파 처리기는 식물성 슬러리를 연속으로 처리할 수 있습니다. 따라서 초음파 처리는 기능성 식품용 추출물, 허브 팅크제, 화장품 활성 성분, 식품 원료 및 식물 유래 생리활성 물질의 상업적 생산에 적합합니다.
식물화학 분야에서 Hielscher 초음파 처리기의 주요 장점은 무엇인가요?
Hielscher 초음파 처리기는 강력한 캐비테이션, 정밀한 매개변수 제어, 재현성 있는 추출, 배치 및 인라인 운전, 규모 확장이 가능한 장비 옵션, 다양한 용매 및 식물 원료와의 호환성을 제공합니다. 연구, 공정 개발 및 본격적인 생산에 적합합니다.
적합한 초음파 추출기는 어떻게 선택하나요?
가장 적합한 초음파 추출기는 식물 원료, 목표 화합물, 용매, 부피, 고형분 함량, 온도 한계 및 필요한 처리량에 따라 달라집니다. Hielscher는 추출 공정을 바탕으로 적합한 실험실용, 파일럿용 또는 산업용 초음파 처리기를 추천할 수 있습니다.
문헌 / 참고문헌
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
- Turrini, F.; Beruto, M.; Mela, L.; Curir, P.; Triglia, G.; Boggia, R.; Zunin, P.; Monroy, F. (2021): Ultrasound-Assisted Extraction of Lavender (Lavandula angustifolia Miller, Cultivar Rosa) Solid By-Products Remaining after the Distillation of the Essential Oil. Applied Sciences 11, 2021.
- 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.
- 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.
- 높은 효율
- 최첨단 기술
- 신뢰성 및 견고성
- 조절 가능한 정밀한 공정 제어
- 배치 및 인라인
- 모든 부피에 대응
- 지능형 소프트웨어
- 스마트 기능(예: 프로그래밍, 데이터 기록, 원격 제어)
- 쉽고 안전한 조작
- 적은 유지보수
- CIP(정치 세정)
Hielscher Ultrasonics는 고성능 초음파 균질기를 실험실 규모에서 시작하여 산업 규모까지 제조합니다.