식물 추출에서 더 높은 수율을 얻기 위한 전략
식물에서 고품질 추출물을 높은 효율로 생산하려면, 즉 짧은 추출 시간 내에 고품질 추출물을 높은 수율로 얻으려면 고성능 추출 기술이 필요합니다. 초음파 추출은 다양한 원료를 사용할 수 있으며, 우수한 추출물을 신속하고 비용 효율적으로 높은 수율로 생산하는 공정 강화 기술입니다.
고출력 초음파를 이용한 고품질 식물 추출물
식물에서 특정 생리활성 화합물이나 생리활성 분획을 추출할 때는 다양한 요인이 추출 공정에 영향을 미칩니다. 추출 기술(예: 초음파 추출) 외에도 용매의 극성, 원료와 그 전처리, 고체 / 액체 비율(즉, 식물 원료 / 용매 비율), 추출 시간 및 온도는 신중하게 고려해야 할 중요한 공정 요인입니다. 초음파 보조 추출(UAE)은 온화함과 높은 효율을 동시에 갖춘 이상적인 처리 조건을 제공합니다. 온화한 용매를 자유롭게 선택하거나 냉수 추출을 적용할 수 있고, 낮은 온도와 짧은 처리 시간을 사용할 수 있어 초음파 추출은 생리활성 분자의 열적 또는 화학적 분해를 방지하는 우수한 추출 기술입니다. 또한 UAE는 식물 원료에서 추출 가능한 생리활성 분자의 전량을 방출할 수 있습니다. 이러한 이유로 초음파 처리는 고효능 추출물 생산에 가장 널리 사용되는 추출 기술입니다.
식물 추출에 사용되는 UP400St (400W, 24kHz)
초음파 추출이 우수한 이유는 무엇일까요?
초음파 보조 추출(UAE)은 순수한 기계적 힘에 기반한 매우 효율적인 추출 기술입니다. 초음파 또는 음향 캐비테이션은 강한 전단력과 국소적으로 발생하는 높은 온도 및 압력 차이를 특징으로 합니다. 이러한 매우 강한 캐비테이션 힘은 세포막에 새로운 기공을 생성하고 기존 기공을 확대하는 이른바 소노포레이션을 일으키며, 식물 세포 구조도 파괴합니다. 초음파로 강화된 세포 안팎의 용매 흐름은 식물 성분의 신속하고 완전한 방출에 기여합니다. UAE는 오직 기계적 힘만 사용하므로 화학물질이나 강한 열처리를 통해 식물 분자를 변형시키지 않으며, 이에 따라 식물에 함유된 생리활성 물질의 화학적 또는 열에 의한 변화를 방지합니다. 그 결과 초음파 추출은 식물 성분들이 결합하여 나타내는 효과, 즉 이른바 앙투라지 효과를 온전히 제공하는 고품질 풀 스펙트럼 추출물을 생산합니다.
초음파 추출: 온화한 비열적 방식이면서도 고품질 추출물을 높은 수율로 얻을 수 있는 매우 효율적인 기술입니다.
초음파 추출과 다른 기술의 비교
초음파 추출은 식물 원료에서 항산화제, 폴리페놀, 다당류, 단백질, 지질, 칸나비노이드 및 기타 식물성 화학물질과 같은 생리활성 화합물을 방출하고 분리하는 데 널리 사용되는 기술입니다.
초음파 처리는 높은 / 완전한 추출 수율, 신속한 비열적 처리, 거의 모든 용매(예: 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 식물성 오일, 글리세린 등)와의 호환성, 간단하고 안전한 작동, 적은 유지보수 등 수많은 장점 덕분에 선호되는 방법입니다.
아래 표는 초음파 추출을 다른 기존 추출 방법과 비교하여 UAE의 장점을 보여줍니다.
Hielscher의 초음파 추출기는 효율성, 신뢰성 및 사용자 편의성이 뛰어납니다
| 초음파 추출 | 침용 | CO2 추출 | 속슬렛 | 침출 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 용매 | 거의 모든 용매와 호환 | 물, 수성 및 비수성 용매 | CO2 | 물, 수성 및 비수성 용매 | 유기 용매 |
| 온도 | 비열적 추출, 정밀한 온도 제어 |
주위 온도 | 가열 조건 | 주위 온도, 경우에 따라 가열 |
임계 온도인 31°C 초과 |
| 압력 | 대기압 또는 가압 조건 모두 가능 |
대기압 | 대기압 | 대기압 | 매우 높은 압력 (임계 압력인 74 bar 초과) |
| 처리 시간 | 빠름 | 매우 느림 | 느림 | 매우 느림 | 보통 |
| 용매 사용량 | 적음, 특히 플로우 셀 구성을 사용하는 경우 용매 내 식물 원료의 고형분 부하가 높음 |
많음 | 보통 | 많음 | 다량의 초임계 CO2 |
| 천연 추출물의 극성 | 용매에 따라 달라짐; 비극성 및 극성 화합물을 추출하려면 두 가지 용매를 사용하는 이단계 추출이 권장됨 |
용매에 따라 달라짐 | 용매에 따라 달라짐 | 용매에 따라 달라짐 | 압력에 따라 달라짐 (압력이 높을수록 극성이 높아짐) |
| 유연성 / 확장성 | 배치 및 인라인 추출에 사용 가능, 선형 확장성 |
배치 추출만 가능, 제한적인 확장성 |
배치 추출만 가능, 제한적인 확장성 |
배치 추출만 가능, 제한적인 확장성 |
배치 추출만 가능, 제한적인 선형 확장성, 매우 높은 비용 |
초음파 추출은 왜 이토록 효율적일까요?
고출력 초음파의 추출 강화 메커니즘은 주로 음향 캐비테이션 현상에 기인합니다. 초음파 캐비테이션은 식물 바이오매스 입자 간의 충돌을 일으켜 입자 간 분쇄와 입자 크기 감소를 유도합니다. 캐비테이션 기포가 식물성 고형물 표면에서 붕괴하면 침식과 초음파 천공으로 입자의 표면적이 더욱 증가합니다. 이로 인해 강화된 물질 전달은 단백질, 지질, 당, 비타민, 항산화제, 식물화학물질 및 식이섬유와 같은 분자의 방출을 촉진합니다. 초음파로 생성된 전단력은 용매가 식물 원료의 세포 기질로 침투하는 것을 촉진하고 세포막의 투과성을 높입니다. 이러한 고출력 초음파의 메커니즘 덕분에 식물 추출에 초음파 처리를 적용하면 공정이 크게 강화됩니다.
- 높은 수율
- 최상급 품질의 추출물
- 매우 효율적이고 신속한 공정
- 낮은 운영 비용
- 재현 가능한 결과
- 선형 확장성
- 간편하고 안전한 작동
- 견고성
Hielscher 초음파 추출기와 그 장점에 관한 기술 정보를 확인하세요!
Hielscher Ultrasonics는 모든 생산 규모에서 배치 및 연속 처리에 사용할 수 있는 고성능 초음파 추출기를 설계, 제조 및 공급합니다. Hielscher 초음파 처리기는 최고의 기술 표준과 탁월한 견고성을 갖추고 고효율 운전을 위해 24/7/365 가동이 가능하며, 쉽고 안정적으로 작동할 수 있습니다. 높은 효율, 스마트 소프트웨어, 직관적인 메뉴, 자동 데이터 기록 및 브라우저 원격 제어는 Hielscher 추출기를 다른 추출 장비와 차별화하는 기능 중 일부에 불과합니다.
Hielscher 초음파 추출기의 장점
효율성
- 더 높은 수율
- 신속한 추출 공정 – 수 분 이내
- 고품질 추출물 – 온화한 비열 추출
- 친환경 용매(물, 에탄올, 글리세린, 식물성 오일 등)
간편성
- 플러그 앤 플레이 – 수 시간 이내에 설치 및 교육 완료
- 높은 처리량 – 대규모 추출물 생산용
- 배치 방식 또는 연속 인라인 작동
- 간편한 설치 – 여러 전압을 지원하며 호스 네 개만 연결하면 됨
- 이동 가능
- 선형 규모 확장 – 초음파 시스템을 하나 더 병렬로 추가하여 처리 용량 증대
- 원격 모니터링 및 제어 – PC, 스마트폰 또는 태블릿 이용
- 공정 감시 불필요 – 설치 후 가동
- 고성능 – 24/7 연속 생산용으로 설계
- 견고하며 유지보수 부담이 적음
- 고품질 – 독일에서 설계 및 제작
- 배치 간 신속한 투입 및 배출
- 간편한 세척
안전성
- 간편하고 안전한 운전
- 무용매 또는 용매 기반 추출(물, 에탄올, 식물성 오일, 글리세린 등)
- 고압 및 고온 불필요
- ATEX 인증 방폭 시스템 제공 가능
- 간편한 제어(원격 제어도 가능)
초음파 추출용 용매
추출 공정에 이상적인 용매를 선택하십시오. 물, 물–알코올 혼합물, 이소프로필알코올, 헥산, 에탄올, 메탄올, 부탄, 식물성 오일, 글리세린,
무독성 용매뿐만 아니라 기타 모든 표준 용매도 초음파 추출에 사용할 수 있습니다.
초음파 냉수 추출: 물은 엄밀히 말하면 이른바 만능 용매인 용매이지만, 물을 이용한 추출은 일반적으로 무용매 추출로 간주됩니다. 초음파 무용매 추출에는 외부 물질을 첨가할 필요가 없습니다. 물과 식물 원료로 이루어진 슬러리에 초음파를 가하여 식물의 세포벽을 파괴하면 생리활성 분자가 물(용매)로 방출됩니다. 초음파 처리는 원료와 추출물을 화학적으로 변화시키지 않는 순수한 기계적 방법입니다. 따라서 초음파 추출은 고품질 식물 추출물 생산에 선호되는 기술입니다.
프로브형 초음파 처리기 UIP1000hdT 및 교반기를 이용한 칸나비노이드(예: CBD, THC, CBG) 등의 식물 추출물 생산
아래 표는 당사 초음파 추출기의 대략적인 처리 용량(배치 및 통과식 처리)을 보여 줍니다:
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장비 |
|---|---|---|
| 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 |
| 해당 없음 | 10–100L/min | UIP16000 |
| 해당 없음 | 더 큰 유량 | 클러스터로 구성된 UIP16000 |
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산업 현장에 설치된 초음파 추출기 UIP4000hdT – 식물 추출물 생산용.
Hielscher Ultrasonics는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 고성능 초음파 추출기를 제조하고 공급합니다.
문헌 / 참고문헌
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Hielscher Ultrasonics는 실험실 규모부터 산업 규모까지 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.