Ļoti efektīva ekstrakcija ar ūdeni, izmantojot lieljaudas ultraskaņu

Augu savienojumu ekstrakciju ar ūdeni (piemēram, ekstrakciju ar aukstu vai karstu ūdeni, ekstrakciju ar ūdeni paaugstinātā spiedienā un ekstrakciju ar subkritisku ūdeni) var efektīvi uzlabot, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu. Salīdzinājumā ar tradicionālajām ekstrakcijas metodēm ekstrakcija ar ūdeni ultraskaņas iedarbībā ne tikai nodrošina lielāku iznākumu un samazina apstrādes laiku, bet arī samazina enerģijas patēriņu, ļauj izmantot saudzīgākus ekstrakcijas apstākļus un iegūt augstas kvalitātes ekstraktus. Ekstrakciju ar ūdeni ultraskaņas iedarbībā veiksmīgi izmanto daudzu augu izcelsmes savienojumu, tostarp alkaloīdu, flavonoīdu, glikozīdu, fenola savienojumu un polisaharīdu, ekstrakcijai.

Bioaktīvo savienojumu ekstrakcija ar ūdeni ultraskaņas iedarbībā

Ūdens ir vispolārākais šķīdinātājs, tādēļ tas ir lielisks šķīdinātājs polāriem savienojumiem. Tā kā ūdens nav toksisks un ir videi draudzīgs, tas būtu ideāls šķīdinātājs jebkura augu ekstrakta iegūšanai. Tomēr mazāk polāri un nepolāri komponenti ūdenī šķīst slikti vai nešķīst nemaz. Turklāt bez masas pārneses veicināšanas ekstrakcijas process ūdenī būtu ārkārtīgi lēns un līdz ar to neekonomisks. Augstas intensitātes zemfrekvences ultraskaņa ir ļoti efektīva ekstrakcijas metode, kas nodrošina intensīvu sajaukšanu un masas pārnesi. Tādēļ ultraskaņas ekstrakcija ir plaši pazīstama ar būtiskām priekšrocībām salīdzinājumā ar tradicionālajām ekstrakcijas metodēm. Šīs priekšrocības ietver lielāku iznākumu, ātru apstrādi, strauju partiju apriti, kā arī nepārtrauktu ekstrakciju plūsmā, videi draudzīgu šķīdinātāju izmantošanu, saudzīgus ekstrakcijas apstākļus, kas saglabā ekstrakta savienojumus, drošu ekspluatāciju un vienkāršu mērogošanu līdz lielai ražībai komerciālajā ražošanā. (sal. Zabot et al., 2021)

Ekstrakcijas ar karstu ūdeni uzlabošana, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Parametri, kas nosaka augu vielu ekstrakciju, izmantojot ūdeni, ir temperatūra, laiks, spiediens un augu materiāla virsmas laukums. Augstās ūdens temperatūras dēļ ekstraktu ar karstu ūdeni var pagatavot salīdzinoši īsā laikā.
Risinājums: Iznākumu un ekstrakcijas ātrumu var ievērojami palielināt, izmantojot maisīšanu ar ultraskaņu. Karstam ūdenim vienam pašam ir tikai ierobežota spēja sagraut šūnu struktūras, un augsta temperatūra bieži bojā vai iznīcina termolabilus savienojumus, tādēļ cieš ekstrakta kvalitāte. Apvienojot ultraskaņas ekstrakciju ar ekstrakciju karstā ūdenī, temperatūru var krasi samazināt (piemēram, no 100°C līdz 50°C), novēršot ekstrahēto augu sastāvdaļu termisko noārdīšanos, palielinot kopējo iznākumu un ietaupot enerģiju. Ultraskaņas kavitācija ir ultraskaņas ekstrakcijas parādības pamatā. Ultraskaņas (jeb akustiskās) kavitācijas iedarbību veido tikai mehāniski spēki, kas sagrauj šūnu sieniņas, atbrīvo mērķsavienojumus un uzlabo masas pārnesi starp šūnas iekšieni un ūdeni (šķīdinātāju). Tādējādi ekstrakcija ar ūdeni ultraskaņas iedarbībā nodrošina izcilus ekstrakcijas rezultātus.

Ekstrakcijas ar aukstu ūdeni uzlabošana, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Ekstrakcija ar aukstu ūdeni (uzlējuma gatavošana ar aukstu ūdeni) ir ievērojami neefektīvāka, jo netiek izmantots karsts ūdens. Auksts ūdens vai ūdens istabas temperatūrā augu savienojumus ekstrahē ne pārāk labi, jo auksts ūdens augu materiālā iesūcas ļoti lēni un masas pārnese ir gandrīz nenozīmīga. Ekstrakcijas ar aukstu ūdeni priekšrocība ir tā, ka tiek novērsta jebkāda temperatūras paaugstināšanās, tādējādi nepieļaujot karstumjutīgu savienojumu termisko noārdīšanos. Tomēr ļoti vājā ekstrakcijas dinamika padara tradicionālo ekstrakciju ar aukstu ūdeni praktiski neīstenojamu komerciālajā ražošanā. Tādēļ uzlējumu gatavošanu ar aukstu ūdeni tās lēnuma un neefektivitātes dēļ izmanto gandrīz tikai eksperimentālajā posmā.
Risinājums: Iekļaujot apstrādi ar ultraskaņu ekstrakcijā ar aukstu ūdeni, var viegli pārvarēt aukstās mērcēšanas lēnumu un neefektivitāti. Ar ultraskaņu intensificēta ekstrakcija ar aukstu ūdeni ļauj uzturēt zemu ekstrakcijas temperatūru, vienlaikus ievadot intensīvus bīdes spēkus cietās un šķidrās fāzes vidē. Ultraskaņas ekstrakcijas mehānisma iedarbībā šūnu sieniņas tiek atvērtas, un augu savienojumi strauji izdalās ūdenī. Ekstrakcija un uzlēšana ar aukstu ūdeni, izmantojot ultraskaņu, pārvērš auksto mērcēšanu ļoti efektīvā procesā, kas īsā ekstrakcijas laikā nodrošina augstu iznākumu un augstas kvalitātes ekstraktus.

Ekstrakcija ar ūdeni paaugstinātā spiedienā apvienojumā ar apstrādi ar ultraskaņu

Ultraskaņas ekstrakcijai raksturīga mikrosajaukšana, kas ar vibrāciju palīdzību veicina pastiprinātu šķīdinātāja difūziju daļiņā un no daļiņas iekšienes uz tās virsmu, intensificējot masas pārnesi. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu samazina šūnu materiāla daļiņu izmēru, tādējādi uzlabojot ar ultraskaņu veicinātas ekstrakcijas ar šķidrumu paaugstinātā spiedienā rezultātus. Mazākas daļiņas, kuru izmērs ir aptuveni 0,68 mm, nodrošina augstāku iznākumu nekā lielākas daļiņas (aptuveni 1,05 mm), jo lielāks virsmas laukums ļauj ievērojami palielināt masas pārnesi un tādējādi uzlabot ekstrakcijas iznākumu. (sal. Zabot et al., 2021)

Efektīva ekstrakcija ar aukstu ūdeni paaugstinātā spiedienā, izmantojot jaudas ultraskaņu

Augstā spiedienā tiek atvieglota auksta ūdens iespiešanās augu audos, un ūdenī šķīstošās fitoķīmiskās vielas tiek izšķīdinātas, neizraisot termisku sadalīšanos. Ekstrakciju ar aukstu ūdeni augstā spiedienā var apvienot ar ultraskaņu, lai uzlabotu polāru un nepolāru augu sastāvdaļu izdalīšanu. Ūdens kā netoksisks, lēts un videi draudzīgs šķīdinātājs ir pievilcīga alternatīva organiskajam šķīdinātājam, īpaši augu izcelsmes pārtikas, ārstniecības līdzekļu un uztura bagātinātāju ražošanā.
Lai veiktu ar ultraskaņu intensificētu ekstrakciju ar aukstu ūdeni paaugstinātā spiedienā, ekstrakcijas tvertnē vai plūsmas šūnā tiek integrēta ultraskaņas zonde (sonotrode). Tvertnē vai plūsmas šūnā parasti nodrošina spiedienu no 5 līdz 100 barg atkarībā no mērķa savienojumiem, kurus paredzēts ekstrahēt. Hielscher Ultrasonics piegādā pat īpaši pielāgotus rūpnieciskos ultraskaņas reaktorus un plūsmas šūnas, kurās var nodrošināt spiedienu līdz 300barg, ļaujot iestatīt optimālo spiedienu jūsu ekstrakcijas procesam.
 

Ekstrakcija ar superkritisku ūdeni, kas uzlabota ar apstrādi ar ultraskaņu

Ar ultraskaņu uzlabota ekstrakcija ar subkritisku ūdeni ir vēl viena sinerģiska metode, kurā lieljaudas ultraskaņa uzlabo masas pārnesi starp cieto vielu un šķidrumu. Ekstrakcija ar subkritisku ūdeni (SWE) – pazīstama arī kā ekstrakcija ar karstu ūdeni zem spiediena vai ekstrakcija ar pārkarsētu ūdeni – ir retāk izmantota metode zemākas polaritātes augu savienojumu ekstrakcijai. Ekstrakcijā ar subkritisku ūdeni kā šķīdinātāju izmanto ūdeni superkritiskā stāvoklī.
Kas ir subkritisks ūdens, un kāpēc tas ir labs šķīdinātājs mazāk polāru augu savienojumu ekstrakcijai? „Ūdenim piemīt daudzas termodinamiskās īpašības, kuras būtiski ietekmē temperatūra un spiediens. Atkarībā no apstākļiem var mainīties tā agregātstāvoklis (ciets, šķidrs vai gāzveida), termiskā uzvedība, blīvums vai viskozitāte. Paaugstinot temperatūru un spiedienu virs punkta, ko sauc par kritisko punktu (definēts pie 221 bar un 374 °C), ūdens var sasniegt superkritisku stāvokli. Subkritiskos apstākļos, kas atbilst temperatūrai starp 100°C un kritisko temperatūru (374°C) un spiedienam starp 1 bar un kritisko spiedienu (221 bar), lai novērstu iztvaikošanu, ūdens polaritāte samazinās; tas padara ūdeni par labāku šķīdinātāju dažādu organisku bioaktīvu savienojumu ekstrakcijai.” (Li and Chemat, 2019)
Apvienojot apstrādi ar ultraskaņu ar ekstrakciju ar subkritisku ūdeni, var uzlabot ekstrakcijas efektivitāti, palielinot ekstrakta iznākumu un saīsinot ekstrakcijas laiku. Optimālu rezultātu sasniegšanai spiedienam slēgtā periodiskas darbības reaktorā vai plūsmas šūnas reaktorā zem spiediena jābūt vismaz divreiz lielākam par ūdens tvaika spiedienu. (Ūdens tvaika spiediena tabulu varat atrast šīs lapas beigās.)
Huang et al. (2010) pētīja zemas frekvences lieljaudas ultraskaņas ietekmi uz ekstrakciju, to apvienojot ar ekstrakciju ar subkritisku ūdeni. Šim nolūkam subkritiskā ūdens ekstrakcijas ierīces katlā tiek ievadīta ultraskaņas zonde, lai ekstrahētu gaistošo eļļu no Lithospermum erythrorhizon. Rezultāti parādīja, ka ultraskaņas veicinošā iedarbība pie 20 KHz bija labāka nekā pie 36 KHz un pieauga līdz ar izejas jaudu (no 0 līdz 250 W). Ekstrakcijas ar subkritisku ūdeni iznākums ultraskaņas svārstību (250 W, 20 KHz) ietekmē palielinājās no 1,87% līdz 2,39% 25 minūšu ekstrakcijas procesā 160°C temperatūrā un 5 MPa spiedienā. Apstrāde ar ultraskaņu varēja uzlabot ne tikai ekstrakcijas iznākumu, bet arī ekstrakcijas ātrumu, tādējādi ietaupot laiku.
Ar ultraskaņu veicinātu ekstrakciju ar subkritisku ūdeni var veikt zemākā spiedienā (piem., 5barg) nekā tradicionālo ekstrakciju ar subkritisku ūdeni (piem., 10MPa), tādējādi samazinot enerģijas izmaksas un padarot ekstrakcijas procesu drošāku.

Augu vielu ekstrakcijas ar ultraskaņu priekšrocības

Gan zinātniskie pētījumi, gan rūpnieciskais lietojums apliecina, ka ar ultraskaņu veicināta ekstrakcija ir uzticama un viegli izmantojama metode, kurai nav nepieciešama tehniskā izglītība vai intensīva apmācība. Ļoti augsta ekstrakcijas efektivitāte, augsts iznākums, zemas ekspluatācijas izmaksas, kā arī zemas ieguldījumu izmaksas (īpaši salīdzinājumā ar citām tehnoloģijām, piemēram, CO₂ ekstraktoriem) un zemas enerģijas izmaksas ir galvenās zondes tipa ultraskaņas ekstraktoru priekšrocības.
Papildu priekšrocības, kas padara ultraskaņas ekstrakcijas tehnoloģiju par vēlamo metodi, ir augstas kvalitātes ekstrakti, pateicoties zemai ekstrakcijas temperatūrai, uzticami rezultāti (atkārtojamība / reproducējamība), pilnīgi lineāra mērogojamība līdz jebkuram ražošanas apjomam, kā arī nelielas apkopes prasības.
„Citas priekšrocības, kas saistītas ar zondes tipa ultraskaņas ekstrakcijas izmantošanu, ir vienkārša rīkošanās ar ekstraktu, ātra izpilde, atlikumu neesamība, augsts iznākums, videi draudzīgs process, uzlabota kvalitāte un ekstrakta noārdīšanās novēršana.”
(sal. Chemat and Khan, 2011)

Ekstrakcijas iekārtu komplekts augu savienojumu izdalīšanai: Zondes tipa ultraskaņas ierīce UP400St, Büchi vakuuma filtrs un rotācijas iztvaicētājs fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijai.

Augstas veiktspējas ultraskaņas ierīces ekstrakcijai ar ūdeni

Hielscher Ultrasonics ekstraktori ir plaši atzīti augu ekstrakcijas jomā neatkarīgi no izmantotā šķīdinātāja. Ekstraktu ražotāji – gan nelieli ekskluzīvu nišas ekstraktu ražotāji, gan liela mēroga masveida ražotāji – Hielscher plašajā iekārtu klāstā atrod savām ražošanas prasībām ideāli piemērotas ultraskaņas ekstrakcijas iekārtas. Gan porciju apstrādes, gan nepārtrauktas apstrādes plūsmas līnijā iekārtas ir viegli pieejamas un var tikt piegādātas no noliktavas. Ultraskaņas ekstrakcija ir piemērota darbam ar jebkuru šķīdinātāju, un to var elastīgi izmantot jebkura augu materiāla ekstrakcijai. Izmantojot ūdeni kā šķīdinātāju, var ražot bioloģiski sertificētus ekstraktus, neizmantojot ļoti dārgu “bioloģisko” etanolu. (Protams, lai iegūtu bioloģisku ūdens ekstraktu, augu materiālam jābūt audzētam bioloģiski).

Augstas efektivitātes ekstrakcija ar Hielscher Ultrasonics

Hielscher ultraskaņas ekstraktori efektīvi sagrauj augu šūnas, palielina augu materiāla virsmas laukumu šķīdinātāja iespiešanai un uzlabo masas pārnesi fitoķīmisko savienojumu (sekundāro metabolītu) atbrīvošanai. Hielscher ekstraktori ir izstrādāti, ņemot vērā lietošanas ērtumu, ir ātri uzstādāmi un droši un intuitīvi lietojami.

Atbilstība visaugstākajiem kvalitātes standartiem – projektēts un ražots Vācijā

Hielscher ultraskaņas ierīču modernā aparatūra un viedā programmatūra ir izstrādāta, lai garantētu uzticamu jūsu augu izcelsmes izejvielu ekstrakciju ar ultraskaņu, nodrošinot reproducējamus rezultātus un lietotājam ērtu, drošu ekspluatāciju. Izturība, uzticamība, darbība 24/7 ar pilnu slodzi un vienkārša lietošana no darbinieka skatpunkta ir papildu kvalitātes faktori, kas padara Hielscher ultraskaņas ierīces par pievilcīgu izvēli.
Hielscher Ultrasonics ekstraktorus visā pasaulē izmanto augstas kvalitātes fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijai. Hielscher ultraskaņas ekstraktoru spēja iegūt augstas kvalitātes augu savienojumus ir pierādīta, un tos izmanto ne tikai nelieli specializētu un ekskluzīvu ekstraktu amatnieciski ražotāji, bet galvenokārt plaši tirdzniecībā pieejamu ekstraktu, uztura bagātinātāju un ārstniecības līdzekļu rūpnieciskajā ražošanā. Pateicoties izturīgajai aparatūrai un viedajai programmatūrai, Hielscher ultraskaņas procesorus var viegli darbināt un uzraudzīt.

Automātiska datu reģistrēšana

Lai izpildītu pārtikas produktu, uztura bagātinātāju un ārstniecības līdzekļu ražošanas standartus, ražošanas procesi ir detalizēti jāuzrauga un jāreģistrē. Hielscher Ultrasonics digitālās ultraskaņas ierīces nodrošina automātisku datu reģistrēšanu. Pateicoties šai viedajai funkcijai, visi svarīgie procesa parametri, piemēram, ultraskaņas enerģija (kopējā un neto enerģija), temperatūra, spiediens un laiks, tiek automātiski saglabāti iebūvētajā SD kartē, tiklīdz ierīce tiek ieslēgta. Procesa uzraudzība un datu reģistrēšana ir svarīga nepārtrauktai procesa standartizācijai un produktu kvalitātes nodrošināšanai. Piekļūstot automātiski reģistrētajiem procesa datiem, varat pārskatīt iepriekšējās apstrādes reizes ar ultraskaņu un novērtēt rezultātu.
Vēl viena lietotājam ērta funkcija ir mūsu digitālo ultraskaņas sistēmu tālvadība pārlūkprogrammā. Izmantojot tālvadību pārlūkprogrammā, varat attālināti no jebkuras vietas iedarbināt, apturēt, regulēt un uzraudzīt savu ultraskaņas procesoru.
Vēlaties uzzināt vairāk par priekšrocībām, ko sniedz augu materiālu ekstrakcija ar ūdeni, izmantojot ultraskaņu? Sazinieties ar mums jau tagad, lai apspriestu jūsu augu ekstraktu ražošanas procesu! Mūsu pieredzējušie darbinieki labprāt sniegs plašāku informāciju par ekstrakciju ar ultraskaņu, mūsu ultraskaņas sistēmām un cenām!

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas ierīču aptuveno apstrādes jaudu:

Tehniskā informācija par ekstrakciju ar ūdeni ultraskaņas iedarbībā

Tradicionālās ekstrakcijas metodes, piemēram, macerāciju, uzlējuma gatavošanu, perkolāciju, novārījuma gatavošanu, ekstrakciju ar atteci, destilāciju ar ūdens tvaiku, sublimāciju un presēšanu, plaši izmanto ārstniecisko savienojumu ekstrakcijai no augiem. Šo metožu trūkumi ir laikietilpīgs process, zema tīrība un zema efektivitāte.

Procesa parametri, kas ietekmē ultraskaņas ekstrakciju

Ultraskaņas veicināta ekstrakcija ir pazīstama ar savām unikālajām īpašībām un priekšrocībām, kas padara apstrādi ar ultraskaņu par pārāku ekstrakcijas paņēmienu salīdzinājumā ar tradicionālajām augu savienojumu ekstrakcijas metodēm. Būtiska ultraskaņas veicinātas ekstrakcijas priekšrocība ir iespēja precīzi pielāgot ultraskaņas apstrādes faktorus (piemēram, amplitūdu, laiku, temperatūru, spiedienu), kas ļauj optimāli pieskaņot ultraskaņas procesu mērķsavienojumam. Katram augu materiālam ir ideāli ekstrakcijas parametri, ar kuriem tiek sasniegts vislabākais iznākums, kvalitāte un ekstrakcijas ātrums. Ultraskaņas ekstrakcijas process ļauj pilnībā nodrošināt šos optimālos ekstrakcijas apstākļus.

Ultraskaņas amplitūda

Amplitūda ir ultraskaņas zondes (sonotrodes) svārstību pārvietojums. Jo lielāka amplitūda, jo intensīvākas ir svārstības un kavitācija ar ultraskaņu apstrādātajā šķidrumā. Hielscher Ultrasonics specializējas augstas veiktspējas zondes tipa ultraskaņas ierīcēs, kas spēj nodrošināt precīzi regulējamu amplitūdu. Pielāgotas zondes, kas nepārtrauktā darbībā 24/7 spēj nodrošināt amplitūdu līdz 200µm, ir pieejamas uzreiz no noliktavas. Vēl lielākām amplitūdām var viegli izgatavot arī pielāgotas ultraskaņas sonotrodes.
Amplitūda ir viens no svarīgākajiem parametriem – ja ne pats svarīgākais – efektīvai ekstrakcijai no augiem. Lielas amplitūdas rada nepieciešamos spēkus šūnu sieniņu sagraušanai un šūnu iekšējā materiāla atbrīvošanai. Tādējādi augstas veiktspējas apstrāde ar ultraskaņu kļūst tik iedarbīga augu ekstrakcijā.

Ultraskaņas apstrādes laiks / ilgums

Ultraskaņas veicināta ekstrakcija parasti ir daudz īsāka nekā tradicionālās metodes, jo apstrāde ar ultraskaņu atbrīvo augu savienojumus ar ievērojami lielāku ekstrakcijas ātrumu. Apstrāde ar ultraskaņu ļauj saīsināt ekstrakcijas procedūras, tādējādi pasargājot ekstrahētos savienojumus no pārmērīgas apstrādes. Īsāka apstrāde, pateicoties ultraskaņai, nozīmē lielāku ražību un augstāku ekstrakta kvalitāti.

Impulsveida apstrāde ar ultraskaņu

Ultraskaņas pulsācija ir apstrādes režīms, kurā ultraskaņas apstrādi pārtrauc noteikti paužu cikli (piemēram, 50% darbības cikls: 30 sek. IESLĒGTS, 30 sek. IZSLĒGTS; 100% darbības cikls: nepārtraukta apstrāde ar ultraskaņu bez pauzēm). Ultraskaņas darbības cikls (pazīstams arī kā impulsu režīms vai ultraskaņas pulsācijas cikli) apzīmē viena impulsa perioda laika procentuālo daļu, kurā ultraskaņa tiek ievadīta vidē (impulsa ilgums). Piemēram, 50% cikla režīms būtu 30 sek. IESLĒGTS, 30 sek. IZSLĒGTS. Darbības cikla pauzes laikā ar ultraskaņu apstrādātais šķidrums uz noteiktu laiku (piemēram, 30 sek.) atgriežas netraucētā stāvoklī, kas veicina siltuma izkliedi, lai uzturētu mērķa apstrādes temperatūru. Apstrādes ar ultraskaņu darbības ciklam ir mazāka nozīme ekstrakcijas efektivitātē, taču to izmanto noteiktas procesa temperatūras uzturēšanai.

Hidrostatiskais spiediens

Spiediens ir vēl viens ļoti svarīgs ultraskaņas procesu parametrs. Hidrostatiskā spiediena piemērošana ar ultraskaņu apstrādājamajai videi ietekmē kavitācijas intensitāti. Paaugstināta spiediena apstākļos ultraskaņas (akustiskās) kavitācijas intensitāte palielinās. Hielscher Ultrasonics piedāvā dažādu veidu ultraskaņas periodiskas darbības reaktorus un plūsmas šūnas, kurās var paaugstināt spiedienu, lai pastiprinātu ultraskaņas apstrādes iedarbību.

Ekstrakcijas temperatūra

Tāpat kā jebkura mehāniska apstrāde, arī apstrāde ar ultraskaņu izraisa temperatūras paaugstināšanos, kas atbilst termodinamikas 2. likumam. Tomēr apstrāde ar ultraskaņu ir netermiska apstrādes metode, jo ultraskaņas veicinātas apstrādes pamatā ir tikai mehāniski spēki (saukti arī par sonomehāniskiem spēkiem). Ekstrakcijas temperatūru ultraskaņas ekstrakcijas laikā var efektīvi kontrolēt un uzturēt noteiktā izvēlētā temperatūras diapazonā. Visi Hielscher digitālie ultraskaņas procesori ir aprīkoti ar pievienojamu temperatūras sensoru un viedu programmatūru, kurā procesam var iestatīt noteiktu temperatūras diapazonu. Ikreiz, kad šis temperatūras diapazons tiek pārsniegts, ultraskaņas procesors pārtrauc darbību, līdz temperatūra atkal ir izvēlētajā diapazonā, un pēc tam automātiski turpina apstrādi ar ultraskaņu. Šī Hielscher ultraskaņas procesoru viedā funkcija ļauj precīzi kontrolēt apstrādi ar ultraskaņu un sasniegt ideālus rezultātus.
Tā kā ekstrakcijas temperatūra dažādiem augu izcelsmes savienojumiem un augiem var atšķirties, temperatūra ir svarīgs faktors, ko nedrīkst atstāt novārtā ultraskaņas procesa optimizācijas laikā. Piemēram, tika konstatēts, ka 80°C ir ideāla temperatūra, lai iegūtu maksimālu flavonoīdu iznākumu no Sophora flavescens, savukārt arabinoksilāna ekstrakcijā no kviešu klijām labākie rezultāti tika iegūti 50°C temperatūrā.

Izmantojiet jebkuru šķīdinātāju ultraskaņas ekstrakcijai

Dažādiem augu izcelsmes savienojumiem ir atšķirīga polaritāte, kas ietekmē to šķīdību dažādos šķīdinātājos. Piemēram, saponīni un polisaharīdi ir polārāki, tāpēc tie labi šķīst ūdenī, jo ūdens ir ļoti polārs. Savukārt fenola savienojumi, piemēram, antociāni un hlorogēnskābe, ir samērā nepolāri, tāpēc tie labāk šķīst mazāk polārā šķīdinātājā, piemēram, etanolā. Tādēļ, lai panāktu augstu ekstrakcijas efektivitāti, šķīdinātājs jāizvēlas atbilstoši mērķa savienojumu šķīdībai. Piemēram, ūdens ir labs šķīdinātājs polāru savienojumu, piemēram, psilocibīna, ekstrakcijai no sēnēm, kā arī oligosaharīdu, glikozīdu un flavonoīdu ekstrakcijai; savukārt etanola un ūdens maisījums ar etanola koncentrāciju 60% (v/v) ir piemērots, piemēram, apigenīna, baikalīna un luteolīna savienojumu ekstrakcijai ar ultraskaņas palīdzību.
Lasiet vairāk par šķīdinātājiem, šķīdinātāju polaritāti un ultraskaņas ekstrakcijai vispiemērotākajiem šķīdinātājiem!

Ūdens kā ekstrakcijas šķīdinātājs

Ūdens ir vispolārākais šķīdinātājs un ir piemērots plaša polāru savienojumu klāsta ekstrakcijai. Viena no tā galvenajām priekšrocībām ir spēja šķīdināt plašu vielu klāstu. Turklāt tas ir lēts, netoksisks, drošs un neuzliesmojošs. Pie tā trūkumiem pieder izteikta selektivitāte pret polāriem savienojumiem tā augstās polaritātes dēļ. Tā kā ūdenim ir augsta viršanas temperatūra – 100°C –, ekstrakta koncentrēšanai (piemēram, ar destilāciju vai rotācijas iztvaicēšanu) nepieciešams liels enerģijas daudzums. Turklāt ūdenī viegli vairojas baktērijas un pelējums.

Ultraskaņas frekvence

Ir atzīts, ka ultraskaņas frekvence ap 20kHz ir visjaudīgākā un visefektīvākā augu izcelsmes vielu ekstrakcijai. Tā ietekmē ultraskaņas veicinātas ekstrakcijas efektivitāti, ekstrahējot ārstnieciskus savienojumus no augiem. Kopumā zema ultraskaņas frekvence (t. i., aptuveni 20kHz) rada intensīvāku kavitāciju (sonomehāniskus efektus), kas palielina ekstrakcijas procesa efektivitāti.

Augu materiāls

Augu materiāli var ievērojami atšķirties pēc šūnu struktūras un stingrības. Atkarībā no šūnapvalku sastāva, kas var ietvert celulozi, hemicelulozes, lignīnu, pektīna polisaharīdus, olbaltumvielas, fenolu un necelulozes savienojumus un ūdeni, šūnapvalki var būt izturīgi vai mīksti. Dažādu veidu augi un to daļas satur dažādus šo šūnapvalku komponentu veidus un daudzumus. Tāpēc katram augu veidam nepieciešami īpaši apstrādes parametri, lai iegūtu optimālus ekstrakcijas rezultātus.
Tā kā intensitāti var precīzi regulēt, Hielscher ultraskaņas ekstraktori var droši sašķelt gan mīkstus, gan cietus šūnapvalkus. Mīkstiem šūnapvalkiem var būt nepieciešama mazāk intensīva apstrāde ar ultraskaņu, savukārt izturīgām šūnu struktūrām efektīvāka ir intensīvāka apstrāde.
Augu ekstrakcijas izejvielas var būt svaigi novāktas (mitras) vai kaltētas. Ultraskaņas ekstrakcija ir piemērota gan svaigiem/mitriem, gan kaltētiem augiem. Augu cieto daļiņu izmērs ir vēl viens svarīgs faktors: liels virsmas laukums (t. i., mazs daļiņu izmērs) ir izdevīgs, jo nodrošina lielu saskares laukumu ultraskaņas kavitācijas radīto bīdes spēku iedarbībai, tādējādi paaugstinot efektivitāti. Tāpēc augu materiālu macerē vai samaļ mazos gabaliņos (aptuveni 3–5mm).

Kāpēc ultraskaņas ekstrakcija ir labākā metode?

Efektivitāte

• Lielāks iznākums
• Ātrs ekstrakcijas process – dažu minūšu laikā
• Augstas kvalitātes ekstrakti – saudzīga, netermiska ekstrakcija
• Videi draudzīgi šķīdinātāji (ūdens, etanols, glicerīns, augu eļļas, NADES u. c.)

Vienkāršība

• Pievieno un lieto – uzstādīšana un darba sākšana dažu minūšu laikā
• Augsta ražība – ekstraktu ražošanai lielā mērogā
• Darbība pa partijām vai nepārtraukti plūsmas līnijā
• Vienkārša uzstādīšana un palaišana
• Pārnēsājamas / pārvietojamas – pārnēsājamas iekārtas vai iekārtas uz riteņiem
• Lineāra mēroga palielināšana – pievienojiet vēl vienu ultraskaņas sistēmu paralēli, lai palielinātu jaudu
• Attālināta uzraudzība un vadība – ar personālo datoru, viedtālruni vai planšetdatoru
• Procesa uzraudzība nav nepieciešama – uzstādiet un palaidiet
• Augsta veiktspēja – paredzētas nepārtrauktai ražošanai 24/7
• Izturība un neliela apkopes nepieciešamība
• Augsta kvalitāte – projektētas un izgatavotas Vācijā
• Ātra ielāde un izkraušana starp partijām
• Viegli tīrāmas

Drošība

• Vienkārša un droša lietošana
• Ekstrakcija bez šķīdinātājiem vai ar šķīdinātājiem (ūdeni, etanolu, augu eļļām, glicerīnu u. c.)
• Bez augsta spiediena un augstas temperatūras
• Pieejamas ATEX sertificētas sprādziendrošas sistēmas
• Viegli vadāmas (arī attālināti)

Literatūra / atsauces

• Ping-ping Huang, Ri-fu Yang, Tai-qiu Qiu, Wei Zhang & Chun-mei Li (2010): Ultrasound-Enhanced Subcritical Water Extraction of Volatile Oil from Lithospermum erythrorhizon. Separation Science and Technology, 45:10, 1433-1439.
• Zabot, G. L., Viganó, J., & Silva, E. K. (2021): Low-Frequency Ultrasound Coupled with High-Pressure Technologies: Impact of Hybridized Techniques on the Recovery of Phytochemical Compounds. Molecules, 26(17), 2021. 5117.
• Li, Ying; Chemat, Farid (2019): Plant Based “Green Chemistry 2.0”: Moving from Evolutionary to Revolutionary. Springer Science 2019.
• 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.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
• 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.