Fitoķīmija un ultraskaņas apstrāde: augstas efektivitātes augu bioaktīvo vielu ekstrakcija ar ultraskaņu
Fitoķīmija ir zinātne par augu izcelsmes ķīmiskajiem savienojumiem – sākot no polifenoliem, flavonoīdiem un alkaloīdiem līdz terpeniem, saponīniem, glikozīdiem, pigmentiem, antioksidantiem un ēterisko eļļu sastāvdaļām. Šīs fitoķīmiskās vielas ir vērtīgas uztura bagātinātāju, farmaceitisko preparātu, kosmētikas, pārtikas sastāvdaļu, dabisko krāsvielu, smaržvielu, augu ekstraktu un analītisko pētījumu jomā.
Uzlabojiet fitoķīmisko ekstrakciju ar Hielscher ultraskaņas iekārtām
Iegūstiet vairāk bioloģiski aktīvo vielu īsākā laikā
Hielscher zondes tipa ultraskaņas iekārtas paātrina augu ekstraktu iegūšanu, sadalot augu šūnas un paātrinot vielu pārnesi. Tas ļauj ar augstu iznākumu iegūt fitoķīmiskās vielas no zālēm, saknēm, lapām, ziediem, augļiem, sēklām, mizas, aļģēm un citiem augu materiāliem.
Kāpēc izvēlēties Hielscher ultraskaņas ekstrakcijas sistēmas
- Augstāks ekstrakcijas iznākums: No tās pašas augu izcelsmes izejvielas iegūt vairāk mērķa savienojumu.
- Īsāks apstrādes laiks: Aizstājiet ilgstošu macerāciju vai energoietilpīgus ekstrakcijas posmus ar ātru ultraskaņas apstrādi.
- Maiga, bezsiltuma ekstrakcija: Saglabājiet siltumjutīgus fitoķīmiskos savienojumus, piemēram, polifenolus, terpenus, antokianīnus, vitamīnus un antioksidantus.
- Šķīdinātāju pielāgojamība: Izmantojiet ūdeni, etanolu, etanola un ūdens maisījumus, glicerīnu, eļļas, dziļos eutektiskos šķīdinātājus vai citus piemērotus ekstrahēšanas šķīdinātājus.
- Precīza procesa kontrole: Noregulējiet amplitūdu, jaudu, enerģijas patēriņu, laiku, temperatūru, spiedienu un plūsmas ātrumu.
- Lineāra mēroga palielināšana: Laboratorijā izstrādāt ekstrakcijas parametrus un tos pārnest uz eksperimentālo un rūpniecisko ražošanu.
- Partiju un nepārtraukta darbība: Izvēlieties ultraskaņas apstrādi ar mēģeni, apstrādi maisītājrezervuārā vai nepārtrauktu caurplūdes ekstrakciju.
- Izturīgs rūpnieciskais dizains: Hielscher ultraskaņas iekārtas ir izstrādātas, lai nodrošinātu darbību prasīgās ražošanas vidēs, atkārtojamu darbību un vieglu integrāciju.
Sonicator UIP1000hdT fitoķīmisko vielu ekstrakcijai
Ultraskaņas ribwort ekstrakta dziļi zaļā krāsa izceļ ultraskaņas tehnoloģijas augstāko efektivitāti, ražojot pilna spektra ekstraktu. Ultraskaņas botāniskā ekstrakcija ir ātrāka, spēcīgāka un efektīvāka. Augstas efektivitātes ultraskaņas ekstrakcija ar UP200Ht rada pilna spektra ribu ekstraktu.
Ultraskaņas ribwort ekstrakta dziļi zaļā krāsa izceļ ultraskaņas tehnoloģijas augstāko efektivitāti, ražojot pilna spektra ekstraktu. Ultraskaņas botāniskā ekstrakcija ir ātrāka, spēcīgāka un efektīvāka. Augstas efektivitātes ultraskaņas ekstrakcija ar UP200Ht rada pilna spektra ribu ekstraktu.
Ultraskaņas apstrāde ātrākai, tīrākai un pilnīgākai fitoķīmisko vielu ekstrakcijai
Lai fitoķīmiskās vielas varētu izmantot preparātos, testos vai komerciālos produktos, tās vispirms ir jāatbrīvo no augu matricas. Tieši šajā jomā ultraskaņas apstrāde ir kļuvusi par vienu no visefektīvākajām ekstrakcijas tehnoloģijām. Zondes tipa ultraskaņas ģeneratori šķidrumos un suspensijās rada intensīvu akustisko kavitāciju. Rezultātā radušās mikroturbulences, šķēres spēki un spiediena svārstības izjauc augu šūnas, uzlabo šķīdinātāja iekļūšanu un paātrina bioaktīvo molekulu pārnesi ekstrakcijas vidē.
Uzņēmums „Hielscher Ultrasonics“ piedāvā augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas fitoķīmiskajai ekstrakcijai — sākot no laboratorijas pētījumiem līdz pilnvērtīgai rūpnieciskai ražošanai. Neatkarīgi no tā, vai jūs izstrādājat augu ekstraktu, optimizējat analītisko paraugu sagatavošanu vai palielināt augu izcelsmes sastāvdaļu ražošanas apjomus, ultraskaņas apstrāde nodrošina precīzu kontroli pār ekstrakcijas intensitāti, atkārtojamību un ražīgumu.
Sonicator UP200Ht fitoķīmisko vielu ekstrakcijai
Kas ir ultraskaņas apstrāde fitoķīmijā?
Ultraskaņošana ir lieljaudas ultraskaņas iedarbība uz šķidrumu vai šķidruma-cieta vielas maisījumu. Fitoķīmijā ultraskaņošanu visbiežāk izmanto ultraskaņas palīdzībā veiktai ekstrakcijai, paraugu sagatavošanai, šūnu sadrupināšanai, dispersijai, emulgēšanai un procesa intensificēšanai.
Kad augstas intensitātes ultraskaņas zonde raidīta skaņas viļņus ekstrakcijas vidē, augsta un zema spiediena ciklu mijiedarbība izraisa akustisko kavitāciju. Kavitācijas burbuļi strauji palielinās un sabrūk. Šī sabrukšana rada lokālas šķērsspēkus, šķidruma mikrostrūklas un intensīvu sajaukšanos.
Botāniskajā ekstrakcijā šīs īpašības palīdz:
- saspiest šūnu sienas un membrānas
- uzlabot šķīdinātāja piekļuvi šūnu iekšējiem savienojumiem
- samazināt robežslāņus ap augu daļiņām
- uzlabot fitoķīmisko vielu difūziju šķīdinātājā
- saīsināt ekstrakcijas laiku
- uzlabot reproducējamību
- samazināt nepieciešamību pēc pārmērīgas siltuma iedarbības vai ilgstošas saskares ar šķīdinātāju
Rezultātā tiek iegūts ātrāks, efektīvāks un bieži vien saudzīgāks ekstrakcijas process salīdzinājumā ar tradicionālajām macerācijas, infūzijas, filtrācijas vai refluksa metodēm.
Kāpēc ultraskaņas apstrāde ir svarīga mūsdienu fitoķīmisko vielu ekstrakcijā
Augu izcelsmes izejvielas ir sarežģītas. Bioaktīvās vielas atrodas augu šūnās, ir saistītas ar struktūras komponentiem vai izkliedētas dažādos audos. Tradicionālajai ekstrakcijai bieži vien nepieciešams ilgs uzturēšanās laiks, liels šķīdinātāja daudzums vai paaugstināta temperatūra. Šādi apstākļi var būt neefektīvi un var izraisīt termolabilu vielu noārdīšanos.
Ultraskaņas palīdzībā veikta ekstrakcija novērš šos ierobežojumus, pastiprinot fitoķīmisko vielu fizisko atbrīvošanos. Tā vietā, lai paļautos tikai uz pasīvo difūziju, ultraskaņas apstrāde aktīvi sadala augu matrici un veicina vielu pārnesi.
Tāpēc ultraskaņas ekstrakcija ir īpaši noderīga gadījumos, kad pārstrādātājiem ir nepieciešams:
- lielāks ražīgums no dārgām augu izcelsmes izejvielām
- īsāki ražošanas cikli
- Mazāks šķīdinātāju patēriņš
- uzlabota termiski jutīgu savienojumu ekstrakcija
- atkārtojama ekstrakcija kvalitātes kontrolei
- mērogojama apstrāde no laboratorijas līdz ražošanai
- saderība ar videi draudzīgiem šķīdinātājiem un „clean-label“ sastāvdaļām
Fitoķīmiskajos pētījumos ultraskaņas apstrāde uzlabo arī analītisko paraugu sagatavošanu. Laboratorijas var ātri un precīzi ekstrahēt mērķa savienojumus pirms HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, antioksidantu analīžu vai citu analītisko metožu veikšanas.
Tradicionālās metodes salīdzinājumā ar ekstrakcijas metodēm – Salīdzinājums
| Tradicionālā ekstrakcijas metode | Tradicionālās metodes ierobežojumi | Ultraskaņas apstrādes priekšrocības |
|---|---|---|
| macerācija | Macerācija ir vienkārša, bet lēna. Lai sasniegtu pieņemamu ekstraktu iznākumu, var būt nepieciešamas stundas, dienas vai pat nedēļas. | Ultraskaņas apstrāde paātrina šo pašu šķīdinātāja ekstrakcijas principu, aktīvi sadalot augu šūnas un uzlabojot difūziju. Tas var ievērojami samazināt apstrādes laiku. |
| Refluxa ekstrakcija | Refluksa ekstrakcijā tiek izmantota siltuma iedarbība, lai uzlabotu šķīdību un vielu pārnesi. Tomēr siltums var izraisīt jutīgu fitoķīmisko vielu noārdīšanos un palielināt enerģijas patēriņu. | Ultraskaņas apstrāde nodrošina augstu ekstrakcijas efektivitāti zemākās temperatūrās, tādēļ tā ir piemērota siltumjutīgiem augu savienojumiem. |
| Soksleta ekstrakcija | Soxhlet ekstrakcija tiek plaši izmantota laboratorijās, taču tā ir saistīta ar lielu šķīdinātāju patēriņu un ir laikietilpīga. | Ultraskaņas ekstrakcija ļauj samazināt šķīdinātāja daudzumu un ekstrakcijas laiku, tādējādi padarot to pievilcīgu analītiskajiem darbiem, R&D un procesu izstrāde. |
| mehāniska uzbudinājums | Maisīšana uzlabo sajaukšanu, taču nenodrošina tādu pašu kavitācijas izraisītu šūnu sadrupināšanu kā zondes tipa ultraskaņa. | Ultraskaņas apstrāde vienā procesa posmā apvieno sajaukšanu, daļiņu deaglomerāciju un šūnu sadrupināšanu, nodrošinot intensīvāku ekstrakciju. |
Botānisko ekstraktu apstrāde ar ultraskaņu partiju un nepārtrauktas darbības režīmā
Ultraskaņas ekstrakcija partijās
Partiju ultraskaņošana ir ideāli piemērota laboratorijas pētījumiem, preparātu izstrādei, neliela apjoma ražošanai un elastīgai apstrādei. Zondes ultraskaņotāju ievieto traukā, kurā atrodas augu un šķīdinātāja suspensija. Partiju apstrāde ir viegli organizējama un lieliski piemērota tādu parametru kā šķīdinātāja veids, amplitūda, ekstrakcijas laiks un temperatūra pārbaudei.
Nepārtraukta ultraskaņas ekstrakcija līnijas režīmā
Lielākiem ražošanas apjomiem priekšroka tiek dota nepārtrauktai ultraskaņas apstrādei ražošanas līnijā. Augu izcelsmes šķidrumu sūknē caur ultraskaņas plūsmas kameru, kur tas tiek pakļauts kontrolētai kavitācijai. Apstrāde ražošanas līnijā uzlabo rezultātu atkārtojamību, procesa kontroli un caurlaidspēju. Tā arī padara ražošanas mēroga palielināšanu prognozējamāku, jo enerģijas patēriņu, uzturēšanās laiku un plūsmas ātrumu var precīzi noteikt.
Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas iekārtas ir paredzētas nepārtrauktai darbībai un tās var integrēt ar sūkņiem, siltummainiem, uzglabāšanas tvertnēm, filtrēšanas sistēmām, šķīdinātāju reģenerācijas un turpmākas koncentrēšanas iekārtām.
Zemāk esošajā tabulā ir norādīta mūsu ultraskaņas iekārtu aptuvenā jauda augu ekstraktu iegūšanai
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamais ultraskaņas ģenerators |
|---|---|---|
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000hdT |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000hdT |
Ar ultraskaņas palīdzību ekstrahēti fitoķīmiskie savienojumi
Ultraskaņas apstrāde ir piemērota plašam fitoķīmisko vielu klāstam. Ekstrahēšanas rezultāts ir atkarīgs no augu izejvielas, daļiņu izmēra, šķīdinātāja, temperatūras, ultraskaņas amplitūdas, uzturēšanās laika un turpmākās atdalīšanas.
Polifenoli un flavonoīdi
Polifenoli un flavonoīdi ir vieni no visplašāk pētītajiem fitoķīmiskajiem savienojumiem to antioksidantu īpašību un nozīmes dēļ pārtikas, uztura bagātinātāju un kosmētikas preparātos. Ultraskaņas ekstrakcija veicina fenolskābju, katehīnu, kvercetīna, rutīna, antokianīnu un citu saistītu savienojumu atbrīvošanos no lapām, augļiem, mizām, ziediem, sēklām un mizas.
Terpeni un ēterisko eļļu sastāvdaļas
Terpeni un aromātiskie savienojumi ir svarīgi augu ekstraktu, smaržu, garšvielu, kā arī kaņepju vai kaņepju pārstrādes procesā. Ultraskaņas apstrāde var uzlabot ekstrakciju no augu audiem, vienlaikus nodrošinot maigu temperatūras kontroli, kas ir svarīgi gaistošiem un pret oksidāciju jutīgiem savienojumiem.
Alkaloīdi
Alkaloīdi ir sastopami daudzos ārstniecības augos, un tos bieži ekstrahē analītiskiem, farmaceitiskajiem vai uztura bagātinātāju ražošanas mērķiem. Ultraskaņas apstrāde uzlabo matricas sadalīšanos un var paātrināt alkaloīdu pārnesi piemērotos šķīdinātājos.
Saponīni, glikozīdi un tanīni
Daudzas saknes, garšaugi, pākšaugi un ārstniecības augi satur saponīnus, glikozīdus un tanīnus. Ultraskaņas apstrāde palīdz atbrīvot šos savienojumus no šķiedrainām vai blīvām augu matricām, un to var optimizēt, lai panāktu līdzsvaru starp ekstrakcijas iznākumu un selektivitāti.
Pigmenti un antioksidanti
Dabiskie pigmenti, piemēram, antokianīni, hlorofili, karotinoīdi un betalaīni, ir vērtīgi pārtikas, dzērienu, kosmētikas un analītiskajos pielietojumos. Tā kā daudzi pigmenti ir jutīgi pret siltumu, skābekli un pH līmeni, ultraskaņas ekstrakcija kontrolētos temperatūras apstākļos ir ļoti izdevīga.
Kanabinoīdi un kaņepju fitoķīmiskās vielas
Kaņepēs un marihuanā ir kanabinoīdi, terpeni, flavonoīdi un citas augu sastāvdaļas. Ultraskaņas ekstrakcija uzlabo šo savienojumu atbrīvošanos no sasmalcinātas biomasas un to var pielāgot etanola, hidroetanola vai citu šķīdinātāju sistēmām.
Fitoķīmisko vielu ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību
FAQ: Ultraskaņas apstrāde un fitoķīmija
Kas ir ultraskaņas apstrāde fitoķīmijā?
Ultraskaņas izmantošana fitoķīmijā ir jaudīga ultraskaņas pielietošana, lai ekstrahētu, atbrīvotu vai pārstrādātu augu izcelsmes ķīmiskos savienojumus. To parasti izmanto ultraskaņas palīdzībā veiktā fitoķīmisko vielu, piemēram, polifenolu, flavonoīdu, terpeņu, alkaloīdu, pigmentu, antioksidantu un ēterisko eļļu sastāvdaļu, ekstrakcijai.
Kā ultraskaņas apstrāde palīdz ekstrahēt fitoķīmiskās vielas no augiem?
Ultraskaņas apstrāde izraisa akustisko kavitāciju ekstrakcijas šķidrumā. Kavitācija rada šķēres spēkus, mikrostrūklas un intensīvu sajaukšanos, kas izjauc augu šūnu struktūras un uzlabo šķīdinātāja iekļūšanu. Tas paātrina fitoķīmisko vielu pārnesi no augu matricas uz šķīdinātāju.
Kādas fitoķīmiskās vielas var ekstrahēt ar ultraskaņas palīdzību?
Ultraskaņas ekstrakciju var izmantot polifenolu, flavonoīdu, antokianīnu, terpeņu, kanabinoīdu, alkaloīdu, saponīnu, tanīnu, glikozīdu, hlorofilu, karotinoīdu, ēterisko eļļu sastāvdaļu un daudzu citu augu izcelsmes savienojumu iegūšanai.
Vai ultraskaņas ekstrakcija ir piemērota termiski jutīgiem fitoķīmiskajiem savienojumiem?
Jā. Ja temperatūra tiek pareizi kontrolēta, ultraskaņas apstrāde tiek uzskatīta par maigu, netermisku ekstrakcijas metodi. Tādēļ tā ir piemērota siltumjutīgiem savienojumiem, piemēram, antioksidantiem, pigmentiem, terpeņiem un noteiktiem vitamīniem.
Vai ultraskaņas apstrāde ar zondi ir labāka nekā ultraskaņas vannas izmantošana fitoķīmisko vielu ekstrakcijai?
Lai nodrošinātu efektīvu ekstrakciju, zondes tipa ultraskaņas iekārta parasti ir daudz jaudīgāka un labāk kontrolējama nekā ultraskaņas vannas. Zondes tipa ultraskaņas iekārta enerģiju pārvada tieši šķidrumā, radot intensīvu kavitāciju paraugā vai procesa plūsmā. Ultraskaņas vannas ir ievērojami mazāk intensīvas, un tām trūkst reproducējamu rezultātu sarežģītu ekstrakcijas uzdevumu veikšanai. Iepazīstieties ar ultraskaņas ekstrakcijas rezultātu atšķirībām, salīdzinot zondes tipa ultraskaņas iekārtu ar ultraskaņas vannu!
Kādus šķīdinātājus var izmantot fitoķīmisko vielu ekstrakcijai ar ultraskaņu?
Parasti izmanto šādus šķīdinātājus: ūdeni, etanolu, etanola un ūdens maisījumus, glicerīnu, eļļas un citus konkrētai lietošanai paredzētus šķīdinātājus. Analītiskai ekstrakcijai var izmantot metanolu vai citus laboratorijas šķīdinātājus. Ultraskaņas apstrādi var apvienot arī ar dziļajiem eitektiskajiem šķīdinātājiem un dabīgiem dziļajiem eitektiskajiem šķīdinātājiem.
Vai ultraskaņas apstrāde var samazināt ekstrakcijas laiku?
Jā. Ultraskaņas ekstrakcija var ievērojami saīsināt ekstrakcijas laiku salīdzinājumā ar tradicionālo macerāciju, infūziju vai šķīdinātāja ekstrakciju, jo kavitācija paātrina šūnu sadrupināšanu un vielu pārnesi.
Vai ultraskaņas ekstrakciju var īstenot lielākā mērogā?
Jā. Hielscher ultraskaņas iekārtas ir pieejamas gan laboratorijas, gan rūpnieciskā mērogā. Procesus, kas izstrādāti, kontrolējot tādus parametrus kā amplitūda, enerģijas patēriņš, temperatūra un uzturēšanās laiks, var pārnest uz lielākiem partiju vai nepārtrauktas darbības sistēmu risinājumiem.
Vai ultraskaņas apstrāde ir piemērota augu izcelsmes vielu ekstrakcijai rūpnieciskā mērogā?
Jā. Rūpnieciskie ultraskaņas iekārtas ar caurplūdes reaktoriem spēj nepārtraukti apstrādāt augu izcelsmes šķidros maisījumus. Tādējādi ultraskaņas apstrāde ir piemērota uztura bagātinātāju ekstraktu, augu tinktūru, kosmētisko aktīvo vielu, pārtikas sastāvdaļu un augu izcelsmes bioaktīvo vielu ražošanai komerciālā mērogā.
Kādas ir galvenās Hielscher ultraskaņas iekārtu priekšrocības fitoķīmijā?
Hielscher ultraskaņas iekārtas nodrošina spēcīgu kavitāciju, precīzu parametru kontroli, reproducējamu ekstrakciju, darbību gan partiju, gan nepārtrauktas plūsmas režīmā, paplašināmas iekārtu konfigurācijas un saderību ar daudziem šķīdinātājiem un augu izcelsmes materiāliem. Tās ir piemērotas pētniecībai, procesu izstrādei un ražošanai pilnā apjomā.
Kā izvēlēties piemērotu ultraskaņas ekstrakcijas iekārtu?
Labākais ultraskaņas ekstraktors ir atkarīgs no jūsu augu izejmateriāla, mērķa savienojumiem, šķīdinātāja, tilpuma, cietvielu satura, temperatūras robežām un nepieciešamās caurlaidspējas. Uzņēmums „Hielscher“ var ieteikt piemērotu laboratorijas, eksperimentālo vai rūpniecisko ultraskaņas iekārtu, ņemot vērā jūsu ekstrakcijas procesu.
Literatūra / Atsauces
- 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.
- augsta efektivitāte
- vismodernākās tehnoloģijas
- uzticamība & Stabilitāti
- regulējama, precīza procesa vadība
- Partijas & Iekļautās
- jebkuram sējumam
- inteliģenta programmatūra
- viedās funkcijas (piemēram, programmējamas, datu protokolēšana, tālvadība).
- viegli un droši lietojams
- zema apkope
- CIP (tīrā vietā)
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.