Fitoķīmija un apstrāde ar ultraskaņu: augstas efektivitātes augu bioaktīvo savienojumu ekstrakcija ar ultraskaņu
Fitoķīmija ir zinātne par augu izcelsmes ķīmiskajiem savienojumiem – no polifenoliem, flavonoīdiem un alkaloīdiem līdz terpēniem, saponīniem, glikozīdiem, pigmentiem, antioksidantiem un ēterisko eļļu sastāvdaļām. Šie fitoķīmiskie savienojumi ir vērtīgi nutraceitisko līdzekļu, farmaceitisko preparātu, kosmētikas, pārtikas sastāvdaļu, dabisko krāsvielu, smaržvielu un augu ekstraktu ražošanā, kā arī analītiskajos pētījumos.
Pilnveidojiet fitoķīmisko savienojumu ekstrakciju ar Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīcēm
Ekstrahējiet vairāk bioaktīvo savienojumu īsākā laikā
Hielscher zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces intensificē augu ekstrakciju, pārraujot augu šūnas un paātrinot masas pārnesi. Tas ļauj iegūt augstu fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijas iznākumu no lakstaugiem, saknēm, lapām, ziediem, augļiem, sēklām, mizas, aļģēm un citiem augu materiāliem.
Kāpēc izvēlēties Hielscher ultraskaņas ekstrakcijas sistēmas
- Augstāks ekstrakcijas iznākums: Iegūstiet vairāk mērķsavienojumu no tā paša augu izejvielu daudzuma.
- Īsāks apstrādes laiks: Aizstājiet ilgstošu macerāciju vai ekstrakcijas posmus, kuros nepieciešama intensīva karsēšana, ar ātru apstrādi ar ultraskaņu.
- Saudzīga, netermiska ekstrakcija: Saglabājiet siltumjutīgus fitoķīmiskos savienojumus, piemēram, polifenolus, terpēnus, antociānus, vitamīnus un antioksidantus.
- Elastīga šķīdinātāju izvēle: Izmantojiet ūdeni, etanolu, ūdens un etanola maisījumus, glicerīnu, eļļas, dziļi eitektiskos šķīdinātājus vai citas piemērotas ekstrakcijas vides.
- Precīza procesa kontrole: Regulējiet amplitūdu, jaudu, ievadīto enerģiju, laiku, temperatūru, spiedienu un plūsmas ātrumu.
- Lineāra mēroga palielināšana: Izstrādājiet ekstrakcijas parametrus laboratorijā un pārnesiet tos uz pilotražošanu un rūpniecisko ražošanu.
- Darbība porciju režīmā un plūsmas līnijā: Izvēlieties apstrādi ar ultraskaņu laboratorijas vārglāzē, apstrādi tvertnē ar maisītāju vai nepārtrauktu caurplūdes ekstrakciju.
- Izturīga rūpnieciskā konstrukcija: Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir konstruētas prasīgai ražošanas videi, reproducējamai darbībai un vienkāršai integrācijai.
Ultraskaņas apstrādes ierīce UIP1000hdT fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijai
Apstrāde ar ultraskaņu ātrākai, tīrākai un pilnīgākai fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijai
Lai fitoķīmiskos savienojumus izmantotu formulējumos, analīzēs vai komerciālos produktos, tie vispirms jāatbrīvo no augu matricas. Šajā jomā apstrāde ar ultraskaņu ir kļuvusi par vienu no efektīvākajām ekstrakcijas tehnoloģijām. Zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces rada intensīvu akustisko kavitāciju šķidrumos un suspensijās. Tās radītā mikroturbulence, bīdes spēki un spiediena svārstības sagrauj augu šūnas, uzlabo šķīdinātāja iekļūšanu un paātrina bioaktīvo molekulu pārnesi ekstrakcijas vidē.
Hielscher Ultrasonics piegādā augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīces fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijai – no laboratorijas pētījumiem līdz pilna mēroga rūpnieciskajai ražošanai. Neatkarīgi no tā, vai izstrādājat augu ekstraktu, optimizējat analītisko paraugu sagatavošanu vai palielināt augu izcelsmes sastāvdaļas ražošanas procesa mērogu, apstrāde ar ultraskaņu ļauj precīzi kontrolēt ekstrakcijas intensitāti, reproducējamību un apstrādes ražīgumu.
Ultraskaņas apstrādes ierīce UP200Ht fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijai
Kas ir apstrāde ar ultraskaņu fitoķīmijā?
Apstrāde ar ultraskaņu ir lieljaudas ultraskaņas iedarbība uz šķidrumu vai suspensiju. Fitoķīmijā apstrādi ar ultraskaņu visbiežāk izmanto ultraskaņas veicinātai ekstrakcijai, paraugu sagatavošanai, šūnu sagraušanai, disperģēšanai, emulģēšanai un procesu intensifikācijai.
Kad augstas intensitātes ultraskaņas zonde pārraida skaņas viļņus ekstrakcijas vidē, mainīgi augsta un zema spiediena cikli rada akustisko kavitāciju. Kavitācijas burbuļi aug un strauji sabrūk. Šī sabrukšana rada lokalizētus bīdes spēkus, šķidruma mikrostrūklas un intensīvu sajaukšanos.
Augu ekstrakcijā šie efekti palīdz:
- pārraut šūnu sieniņas un membrānas
- palielināt šķīdinātāja piekļuvi intracelulārajiem savienojumiem
- samazināt robežslāņus ap augu daļiņām
- uzlabot fitoķīmisko savienojumu difūziju šķīdinātājā
- saīsināt ekstrakcijas laiku
- palielināt reproducējamību
- samazināt nepieciešamību pēc pārmērīgas karsēšanas vai ilgstošas šķīdinātāja iedarbības
Rezultāts ir ātrāks, efektīvāks un bieži vien saudzīgāks ekstrakcijas process salīdzinājumā ar tradicionālajām macerācijas, uzlējuma pagatavošanas, perkolācijas vai atteces ekstrakcijas metodēm.
Kāpēc apstrāde ar ultraskaņu ir svarīga mūsdienīgā fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijā
Augu izejvielas ir sarežģītas. Bioaktīvie savienojumi atrodas augu šūnās, ir saistīti ar struktūras komponentiem vai izkliedēti dažādos audos. Tradicionālai ekstrakcijai bieži nepieciešams ilgs uzturēšanās laiks, liels šķīdinātāja tilpums vai paaugstināta temperatūra. Šie apstākļi var būt neefektīvi un var izraisīt termolabilu savienojumu noārdīšanos.
Ultraskaņas veicināta ekstrakcija novērš šos ierobežojumus, pastiprinot fitoķīmisko savienojumu fizisku atbrīvošanu. Apstrāde ar ultraskaņu nepaļaujas tikai uz pasīvu difūziju, bet aktīvi sagrauj augu matricu un veicina masas pārnesi.
Tas padara ultraskaņas ekstrakciju īpaši noderīgu, ja pārstrādātājiem nepieciešams:
- lielāks ekstrakcijas iznākums no dārgām augu izejvielām
- īsāki ražošanas cikli
- mazāks šķīdinātāja patēriņš
- uzlabota siltumjutīgu savienojumu ekstrakcija
- atkārtojama ekstrakcija kvalitātes kontrolei
- mērogojama apstrāde no laboratorijas līdz ražošanai
- saderība ar videi draudzīgiem šķīdinātājiem un tīra marķējuma sastāvdaļām
Fitoķīmiskajos pētījumos apstrāde ar ultraskaņu uzlabo arī paraugu sagatavošanu analīzēm. Laboratorijas var ātri un konsekventi ekstrahēt mērķa savienojumus pirms HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, antioksidantu aktivitātes testiem vai citām analītiskajām metodēm.
Tradicionālās metodes un ekstrakcijas metodes – salīdzinājums
| Tradicionālā ekstrakcijas metode | Tradicionālās metodes ierobežojumi | Apstrādes ar ultraskaņu priekšrocība |
|---|---|---|
| Macerācija | Macerācija ir vienkārša, bet lēna. Lai sasniegtu pieņemamu ekstrakcijas iznākumu, var būt nepieciešamas stundas, dienas vai pat nedēļas. | Apstrāde ar ultraskaņu paātrina ekstrakciju, kuras pamatā ir tas pats šķīdinātāja izmantošanas princips, aktīvi sagraujot augu šūnas un uzlabojot difūziju. Tas var krasi samazināt apstrādes laiku. |
| Ekstrakcija ar atteci | Ekstrakcijā ar atteci izmanto siltumu, lai uzlabotu šķīdību un masas pārnesi. Tomēr siltums var noārdīt jutīgus fitoķīmiskos savienojumus un palielināt enerģijas patēriņu. | Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina augstu ekstrakcijas efektivitāti zemākā temperatūrā, tāpēc tā ir piemērota siltumjutīgiem augu savienojumiem. |
| Soksleta ekstrakcija | Soksleta ekstrakciju plaši izmanto laboratorijās, taču tai nepieciešams daudz šķīdinātāja un laika. | Ultraskaņas ekstrakcija var samazināt šķīdinātāja tilpumu un ekstrakcijas laiku, padarot to pievilcīgu analītiskajam darbam, pētniecībai un izstrādei, kā arī procesu izstrādei. |
| Mehāniskā maisīšana | Maisīšana uzlabo sajaukšanos, taču nenodrošina tādu pašu kavitācijas izraisītu šūnu sagraušanu kā ultraskaņas apstrāde ar zondi. | Apstrāde ar ultraskaņu vienā procesa posmā apvieno maisīšanu, daļiņu deaglomerāciju un šūnu pārraušanu, nodrošinot intensīvāku ekstrakciju. |
Augu ekstraktu apstrāde ar ultraskaņu partijās un plūsmā
Ultraskaņas ekstrakcija partijās
Apstrāde ar ultraskaņu partijās ir ideāli piemērota laboratorijas pētījumiem, formulējumu izstrādei, neliela apjoma ražošanai un elastīgai apstrādei. Ultraskaņas zondi ievieto traukā, kas satur augu materiāla suspensiju šķīdinātājā. Partiju apstrādi ir viegli organizēt, un tā ir lieliski piemērota tādu parametru kā šķīdinātāja veids, amplitūda, ekstrakcijas laiks un temperatūra sākotnējai izvērtēšanai.
Nepārtraukta ultraskaņas ekstrakcija plūsmā
Lielākiem ražošanas apjomiem vēlamais risinājums ir nepārtraukta apstrāde ar ultraskaņu plūsmā. Augu materiāla suspensiju sūknē caur ultraskaņas plūsmas šūnu, kur to pakļauj kontrolētai kavitācijai. Apstrāde plūsmā uzlabo atkārtojamību, procesa kontroli un ražīgumu. Tā arī padara mērogošanu paredzamāku, jo var precīzi noteikt ievadītās enerģijas daudzumu, uzturēšanās laiku un plūsmas ātrumu.
Hielscher rūpnieciskās ultraskaņas iekārtas ir paredzētas nepārtrauktai darbībai, un tās var integrēt ar sūkņiem, siltummaiņiem, uzglabāšanas tvertnēm, filtrēšanas sistēmām, šķīdinātāja atgūšanas un turpmākas koncentrēšanas procesiem.
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu augu ekstrakcijā
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamā ultraskaņas iekārta |
|---|---|---|
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200mL/min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 līdz 20L | 0,2 līdz 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 līdz 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | lielāks | iekārtu grupa UIP16000hdT |
Ar ultraskaņu ekstrahēti fitoķīmiskie savienojumi
Apstrāde ar ultraskaņu ir piemērota daudzām fitoķīmisko savienojumu klasēm. Ekstrakcijas rezultāts ir atkarīgs no augu materiāla, daļiņu izmēra, šķīdinātāja, temperatūras, ultraskaņas amplitūdas, uzturēšanās laika un turpmākās atdalīšanas.
Polifenoli un flavonoīdi
Polifenoli un flavonoīdi ir vieni no visvairāk pētītajiem fitoķīmiskajiem savienojumiem to antioksidatīvo īpašību un nozīmes pārtikas produktu, nutraceitisko līdzekļu un kosmētikas sastāvos dēļ. Ultraskaņas ekstrakcija veicina fenolskābju, katehīnu, kvercetīna, rutīna, antocianīnu un radniecīgu savienojumu izdalīšanos no lapām, augļiem, mizām, ziediem, sēklām un koku mizas.
Terpēni un ēterisko eļļu sastāvdaļas
Terpēni un aromātvielas ir svarīgi augu ekstraktiem, smaržvielām, aromatizētājiem un kanabisa vai kaņepju pārstrādē. Apstrāde ar ultraskaņu var uzlabot ekstrakciju no augu audiem, vienlaikus ļaujot uzturēt saudzīgus temperatūras apstākļus, kas ir svarīgi gaistošiem un pret oksidēšanos jutīgiem savienojumiem.
Alkaloīdi
Alkaloīdi ir sastopami daudzos ārstniecības augos, un tos bieži ekstrahē analītiskiem, farmaceitiskiem vai nutraceitiskiem mērķiem. Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo matricas sagraušanu un var paātrināt alkaloīdu pāreju piemērotos šķīdinātājos.
Saponīni, glikozīdi un tanīni
Daudzu augu saknes, lakstaugi, pākšaugi un ārstniecības augi satur saponīnus, glikozīdus un tanīnus. Apstrāde ar ultraskaņu palīdz atbrīvot šos savienojumus no šķiedrainām vai blīvām augu matricām, un to var optimizēt, lai līdzsvarotu ekstrakcijas iznākumu un selektivitāti.
Pigmenti un antioksidanti
Dabiskie pigmenti, piemēram, antocianīni, hlorofili, karotinoīdi un betalaīni, ir vērtīgi izmantošanai pārtikā, dzērienos, kosmētikā un analītikā. Tā kā daudzi pigmenti ir jutīgi pret karstumu, skābekli un pH, ultraskaņas ekstrakcija kontrolētos temperatūras apstākļos sniedz būtiskas priekšrocības.
Kanabinoīdi un kaņepju fitoķīmiskie savienojumi
Kaņepes un kanabiss satur kanabinoīdus, terpēnus, flavonoīdus un citas augu sastāvdaļas. Ultraskaņas ekstrakcija uzlabo šo savienojumu izdalīšanos no sasmalcinātas biomasas, un to var pielāgot etanola, etanola un ūdens maisījumu vai citām šķīdinātāju sistēmām.
Fitoķīmisko savienojumu ekstrakcija ar ultraskaņu
Bieži uzdotie jautājumi: apstrāde ar ultraskaņu un fitoķīmija
Kas ir apstrāde ar ultraskaņu fitoķīmijā?
Apstrāde ar ultraskaņu fitoķīmijā ir lieljaudas ultraskaņas izmantošana augu izcelsmes ķīmisko savienojumu ekstrahēšanai, atbrīvošanai vai apstrādei. To parasti izmanto tādu fitoķīmisko savienojumu kā polifenolu, flavonoīdu, terpēnu, alkaloīdu, pigmentu, antioksidantu un ēterisko eļļu sastāvdaļu ekstrakcijai ar ultraskaņas palīdzību.
Kā apstrāde ar ultraskaņu ekstrahē fitoķīmiskos savienojumus no augiem?
Apstrāde ar ultraskaņu rada akustisko kavitāciju ekstrakcijas šķidrumā. Kavitācija rada bīdes spēkus, mikrostrūklas un intensīvu sajaukšanos, kas sagrauj augu šūnu struktūras un uzlabo šķīdinātāja iekļūšanu tajās. Tas paātrina fitoķīmisko savienojumu pāreju no augu matricas šķīdinātājā.
Kādus fitoķīmiskos savienojumus var ekstrahēt ar ultraskaņu?
Ultraskaņas ekstrakciju var izmantot polifenolu, flavonoīdu, antocianīnu, terpēnu, kanabinoīdu, alkaloīdu, saponīnu, tanīnu, glikozīdu, hlorofilu, karotinoīdu, ēterisko eļļu sastāvdaļu un daudzu citu augu izcelsmes savienojumu ekstrahēšanai.
Vai ultraskaņas ekstrakcija ir piemērota pret karstumu jutīgiem fitoķīmiskajiem savienojumiem?
Jā. Ja temperatūra tiek pienācīgi kontrolēta, apstrāde ar ultraskaņu tiek uzskatīta par saudzīgu, netermisku ekstrakcijas metodi. Tāpēc tā ir piemērota pret karstumu jutīgiem savienojumiem, piemēram, antioksidantiem, pigmentiem, terpēniem un noteiktiem vitamīniem.
Vai apstrāde ar ultraskaņas zondi fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijai ir labāka nekā ultraskaņas vanna?
Efektīvai ekstrakcijai apstrāde ar ultraskaņas zondi parasti ir daudz jaudīgāka un labāk kontrolējama nekā apstrāde ultraskaņas vannā. Zondes tipa ultraskaņas ierīce ievada enerģiju tieši šķidrumā, radot intensīvu kavitāciju paraugā vai procesa plūsmā. Ultraskaņas vannu darbība ir ievērojami mazāk intensīva, un tās nenodrošina reproducējamus rezultātus sarežģītos ekstrakcijas uzdevumos. Apskatiet ultraskaņas ekstrakcijas rezultātu atšķirības, salīdzinot zondes tipa ultraskaņas ierīci ar ultraskaņas vannu!
Kādus šķīdinātājus var izmantot fitoķīmisko savienojumu ekstrakcijai ar ultraskaņu?
Bieži izmantotie šķīdinātāji ir ūdens, etanols, etanola un ūdens maisījumi, glicerīns, eļļas un citi konkrētajam lietojumam piemēroti šķīdinātāji. Analītiskajai ekstrakcijai var izmantot metanolu vai citus laboratorijas šķīdinātājus. Apstrādi ar ultraskaņu var arī kombinēt ar dziļi eitektiskiem šķīdinātājiem un dabīgiem dziļi eitektiskiem šķīdinātājiem.
Vai apstrāde ar ultraskaņu var samazināt ekstrakcijas laiku?
Jā. Ekstrakcija ar ultraskaņu var ievērojami saīsināt ekstrakcijas laiku salīdzinājumā ar tradicionālo macerāciju, uzlējuma pagatavošanu vai ekstrakciju ar šķīdinātājiem, jo kavitācija paātrina šūnu sagraušanu un masas pārnesi.
Vai ekstrakciju ar ultraskaņu var mērogot?
Jā. Hielscher ultraskaņas ierīces ir pieejamas gan laboratorijas, gan rūpnieciskā mērogā. Procesus, kas izstrādāti ar kontrolētiem parametriem, piemēram, amplitūdu, ievadīto enerģiju, temperatūru un uzturēšanās laiku, var pārnest uz lielākām periodiskas darbības vai nepārtrauktas darbības sistēmām ražošanas līnijā.
Vai apstrāde ar ultraskaņu ir piemērota rūpnieciskai augu izcelsmes vielu ekstrakcijai?
Jā. Rūpnieciskās ultraskaņas ierīces ar caurplūdes reaktoriem var nepārtraukti apstrādāt augu materiāla suspensijas. Tādēļ apstrāde ar ultraskaņu ir piemērota nutraceitisko ekstraktu, ārstniecības augu tinktūru, kosmētikas aktīvo vielu, pārtikas sastāvdaļu un augu izcelsmes bioaktīvo vielu komerciālai ražošanai.
Kādas ir Hielscher ultraskaņas ierīču galvenās priekšrocības fitoķīmijā?
Hielscher ultraskaņas ierīces nodrošina spēcīgu kavitāciju, precīzu parametru kontroli, reproducējamu ekstrakciju, periodisku darbību un darbību ražošanas līnijā, mērogojamas aprīkojuma iespējas un saderību ar daudziem šķīdinātājiem un augu materiāliem. Tās ir piemērotas pētniecībai, procesu izstrādei un pilna mēroga ražošanai.
Kā izvēlēties piemērotu ultraskaņas ekstraktoru?
Vispiemērotākais ultraskaņas ekstraktors ir atkarīgs no augu materiāla, mērķa savienojumiem, šķīdinātāja, tilpuma, cietvielu satura, temperatūras ierobežojumiem un nepieciešamās apstrādes ražības. Pamatojoties uz jūsu ekstrakcijas procesu, Hielscher var ieteikt piemērotu laboratorijas, pilotmēroga vai rūpniecisko ultraskaņas ierīci.
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
- vismodernākā tehnoloģija
- uzticamība un izturība
- regulējama, precīza procesa kontrole
- periodiska darbība un darbība ražošanas līnijā
- jebkuram tilpumam
- vieda programmatūra
- viedās funkcijas (piemēram, programmējamība, datu protokolēšana, tālvadība)
- vienkārša un droša lietošana
- neliela nepieciešamība pēc apkopes
- CIP (tīrīšana uz vietas)
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas mēroga līdz rūpnieciskam mērogam.