추출 속도에서 다른 추출 방법을 능가하는 초음파 처리
초음파 추출의 신속한 공정과 그에 따른 추출물 생산 시간 절약은 식물에서 생리활성 화합물을 초음파로 추출할 때 얻을 수 있는 많은 장점 중 하나입니다. 초음파 추출은 초임계 CO2 추출, 침용, 가열 환류, 속슬렛 추출, 마이크로파 추출 등의 다른 추출 기법과 과학적으로 비교되었으며, 연구 결과는 추출 속도와 수율 측면에서 초음파 처리의 뚜렷한 우수성을 입증합니다.
신속한 추출 공정으로서의 초음파 처리
생리활성 화합물의 초음파 추출은 높은 수율, 고품질 추출물, 짧은 추출 시간, 낮은 에너지 소비량, 매우 온화한 용매를 사용할 수 있는 능력으로 잘 알려져 있습니다. 이러한 모든 요인은 식물 원료에서 생리활성 성분을 초음파로 추출할 때의 탁월한 종합 효율에 기여합니다.
아래에서는 초음파 추출(초음파 보조 추출 / UAE라고도 함)을 침용, 속슬렛 추출, 가열 환류, 초임계 CO2 추출 및 마이크로파 추출 등의 다른 추출 기법과 비교한 과학 연구 보고서 일부를 확인하실 수 있습니다.
초음파 처리기 UP400St – 배치 방식의 고속 식물 원료 추출용
| 추출 응용 분야 | 초음파 추출 시간 | 다른 추출 방법의 소요 시간 | 추가 정보 | 출처 |
|---|---|---|---|---|
| 도금양 열매에서 안토시아닌 추출 | 5 min | 15 min 마이크로파 |
초음파 처리기 UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| 볼도 잎 추출 | 5–30 min | 15–90 min 침용 |
초음파 처리기 UIP1000hdT “5–30 min 동안 초음파 처리했을 때의 수율이 15–90 min 동안 기존 방식으로 침용했을 때의 수율과 같다는 것을 알 수 있습니다: UAE 는 잎의 가용성 물질을 추출하는 데 기존 침용 시간의 삼분의 일이 필요합니다.” |
Petigny et al., 2013 |
| 세이지에서 총 페놀류 및 플라보노이드 추출 | 11 min | 30 min 60ºC에서 진탕 항온 수조를 사용한 기존 추출 |
초음파 추출기 UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| 올리브 잎 폴리페놀 추출 | 21 min | 60min 기존 가열 환류 추출 |
초음파 처리기 UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Malva sylvestris 잎에서 생리활성 페놀성 화합물 추출 | 49 min 110W에서 48°C |
5 h 150 rpm에서 교반층 추출 |
초음파 처리기 UP200S HPLC 분석 결과, 생리활성 페놀성 화합물의 농도가 유의하게 증가했으며(p≺0.05), 이는 최적의 UAE 조건에서 나타났습니다. |
Bimakr et al., 2017 |
| 동아(Benincasa hispida) 종자에서 지질 추출 | ∼36 min | 압력 스윙 기법을 결합한 초임계 이산화탄소 추출(SCE-PST) (∼50 min), 초임계 CO2 (∼97 min) 및 기존 속슬렛 추출(∼360 min) | 초임계 이산화탄소(sCO2), 초음파 보조 추출(UAE), 압력 스윙 기법을 결합한 초임계 이산화탄소 추출(SCE-PST) 및 속슬렛 추출을 비교한 결과, UAE가 가장 효율적이고 신속한 추출 기법인 것으로 나타났습니다. | Bimakr et al. (2015) |
초임계 이산화탄소(sCO2), 초음파 보조 추출(UAE), 압력 스윙 기법을 결합한 초임계 이산화탄소 추출(SCE-PST) 및 속슬렛 추출을 비교한 결과, UAE 가 가장 효율적이고 신속한 추출 기법인 것으로 나타났습니다.
- 높은 추출 효율
- 우수한 추출 수율
- 신속한 공정
- 낮은 온도
- 열에 불안정한 화합물 추출에 적합
- 모든 용매와 호환
- 낮은 에너지 소비량
- 친환경 추출 기법
- 쉽고 안전한 작동
- 낮은 투자비 및 운영비
- 고부하 조건에서 24/7 가동
화합물의 신속한 분리를 위한 고성능 초음파 추출기
Hielscher의 최첨단 초음파 장비는 식물에서 고품질 생체분자를 신속하게 추출할 수 있게 합니다. 진폭, 온도, 압력, 에너지 투입량 등의 공정 매개변수를 완전히 제어하면 가장 효율적이고 가장 온화한 추출 조건을 구현하여 손상되지 않고 생리활성이 높은 추출물을 생산할 수 있습니다. 원료 입자 크기, 용매 종류, 고체 대 용매 비율, 추출 시간 등의 초음파 추출 매개변수를 최적화하면 최고의 효율과 최상의 종합 결과를 얻을 수 있습니다. 초음파 추출은 비열적 추출 방법이므로 생리활성 성분의 열분해를 방지하여 우수한 품질의 추출물을 얻을 수 있습니다.
종합적으로 높은 수율, 짧은 추출 시간, 낮은 추출 온도, 용매 소요량 감소 등의 장점으로 인해 초음파 처리는 선호되는 추출 방법입니다.
도금양 열매에서 안토시아닌을 추출할 때 초음파 처리는 마이크로파보다 우수합니다. 초음파 처리는 마이크로파 추출보다 세 배 빠릅니다.
초음파 추출과 진탕 항온 수조를 사용하는 기존 추출을 비교한 결과, 초음파 추출을 사용하면 세이지에서 총 페놀류와 플라보노이드를 추출하는 시간이 크게 단축되는 것으로 나타났습니다. 초음파 추출에는 진탕 항온 수조를 이용한 추출 시간의 삼분의 일만 필요합니다.
초음파 추출: 실험실과 산업 현장에 정착한 기술
초음파 추출은 식물 원료, 균류, 조류, 세균 및 포유류 세포에서 모든 종류의 생리활성 화합물을 추출하는 데 널리 적용됩니다. 초음파 추출은 더 높은 추출 수율과 더 짧은 처리 시간으로 다른 전통적 추출 기법을 능가하는 간단하고 비용 효율적이며 매우 효율적인 방법으로 자리 잡았습니다.
실험실용, 벤치탑형 및 완전한 산업용 초음파 시스템을 쉽게 구할 수 있는 오늘날, 초음파 추출은 확고하게 정착한 신뢰받는 기술입니다. Hielscher 초음파 추출기는 식품 등급 및 의약품 등급 생리활성 화합물을 생산하기 위해 전 세계 산업용 처리 시설에 설치되어 있습니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다:
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 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 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | 더 큰 유량 | 클러스터 구성: UIP16000 |
연락하세요! / 문의하세요!
Hielscher Ultrasonics는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 혼합 응용, 분산, 유화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.
문헌 / 참고문헌
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
알아두면 좋은 사실
초음파 추출의 작동 원리
초음파 추출은 식물 원료에서 생리활성 성분을 단리하고 분리하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 초음파 처리는 모든 종류의 용매와 호환되므로 생리활성 화합물(즉, 표적 화합물), 해당 화합물의 극성, 용해도, 열 민감도 및 기타 요인을 고려하여 초음파 추출 공정을 최적으로 설계할 수 있습니다. 특정 화합물 또는 여러 화합물에 맞게 초음파 처리 공정을 조정하면 탁월하게 높은 품질의 추출물을 얻기 위한 가장 이상적인 구성을 선택할 수 있습니다.
액체 또는 슬러리에 전달된 초음파는 강한 진동과 음향 캐비테이션을 생성합니다. 음향 캐비테이션, 즉 초음파 캐비테이션은 국소적으로 발생하는 극도로 높은 압력 차이, 전단력 및 액체 제트에 의해 결정됩니다. 이러한 힘은 세포벽을 파괴하고 식물 세포를 파쇄하며 세포 내부와 용매 사이의 물질 전달을 강화합니다. 이에 따라 생리활성 성분이 주변 용매로 효율적으로 방출되며, 이 용매에서 표적 분자를 쉽게 단리하고 정제할 수 있습니다(예: 회전 증발, 수증기 증류 또는 HPLC).
식물 세포에서의 초음파 추출: 현미경 횡단면(TS)은 세포에서 초음파로 추출하는 동안의 작용 기전을 보여줍니다(배율 2000x).
[출처: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics는 실험실 규모부터 산업 규모까지 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.