Aromatizējošo sastāvdaļu ražošana ar ultraskaņu

Aromatizējošo vielu ekstrakcija ar ultraskaņu ir ļoti efektīvs un ilgtspējīgs process, kas palielina iznākumu, vienlaikus ievērojami saīsinot apstrādes laiku. Izmantojot drošus, videi draudzīgus šķīdinātājus, ultraskaņas tehnoloģija piedāvā videi draudzīgu ekstrakcijas metodi ar paaugstinātu energoefektivitāti, padarot to par videi saudzīgu alternatīvu tradicionālajām ekstrakcijas metodēm.

Augu ekstrakti – uzlaboti ar ultraskaņas apstrādi

Ekstrakcija ar ultraskaņu ir komerciāli izmantota metode augstas kvalitātes ekstraktu ražošanai pārtikas un dzērienu, farmācijas un kosmētikas rūpniecībai.
“Izmantojot ultraskaņu, pilnīgu ekstrakciju tagad var veikt dažu minūšu laikā ar augstu reproducējamību, samazinot šķīdinātāja patēriņu, vienkāršojot darbības un pēcapstrādi, iegūstot augstāku galaprodukta tīrību, novēršot nepieciešamību pēc notekūdeņu pēcapstrādes un patērējot tikai nelielu daļu no fosilās enerģijas, kas parasti nepieciešama tradicionālai ekstrakcijas metodei, piemēram, Soksleta ekstrakcijai, macerācijai vai Klevendžera destilācijai. Vairākas pārtikas sastāvdaļu grupas, piemēram, aromātvielas, pigmenti, antioksidanti un citi organiskie un minerālie savienojumi, ir efektīvi ekstrahētas no dažādām matricām (galvenokārt dzīvnieku audiem, mikroaļģēm, raugiem, pārtikas un augu materiāliem), analizētas un izmantotas preparātu izstrādē.” [Chemat et al. 2017]

Ultraskaņas ekstrakciju izmanto izolātu iegūšanai no augu materiāla. Video parādīta efektīva garšas un aromāta savienojumu ekstrakcija no čili pārslām, izmantojot UP200Ht.

Kā tirgus līderis Hielscher Ultrasonics ir izveidojis plašu zināšanu datubāzi par ekstrakcijas procesiem ar ultraskaņu, tostarp garšvielu, garšaugu, ziedu, augļu un dārzeņu ekstrakciju aromatizējošo vielu un smaržvielu ražošanai. Hielscher Ultrasonics ir ieguvis padziļinātas zināšanas par ekstrakciju no dažādiem augu materiāliem, piemēram, kafijas, safrāna, vīnogām (vīna), ozola, tējas lapām, lavandas, piparmētrām, stēvijas, čili pipariem, vaniļas, kakao, boldo lapām, un daudziem citiem.
Ekstrakcijas procesus ar ultraskaņu var veikt ar gandrīz jebkuru šķīdinātāju, piemēram, ūdeni, spirtu, etanola ūdens šķīdumu, glicerīnu, eļļām, izopropanolu, heksānu, benzolu utt.
Aromatizējošo vielu, smaržvielu un aktīvo sastāvdaļu ražošanā, kuras izmantos kā sastāvdaļas pārtikas un dzērienu, farmācijas, kosmētikas un parfimērijas rūpniecībā, nekaitīgu, videi draudzīgu šķīdinātāju, piemēram, ūdens un spirta, izmantošana ir liela priekšrocība.

Ekstrakcijas ar ultraskaņu veidi:

Apstrāde ar ultraskaņu
Apstrāde ar ultraskaņu paaugstinātā temperatūrā
Apstrāde ar ultraskaņu paaugstinātā spiedienā
Apstrāde ar ultraskaņu paaugstinātā temperatūrā un spiedienā
Soksleta ekstrakcija ar ultraskaņu (Sono-Soxhet)
Superkritiskā ekstrakcija ar ultraskaņu

Ultraskaņas metode nodrošina labāku ekstrakciju salīdzinājumā ar lielāko daļu tradicionālo ekstrakcijas procesu, piemēram, macerāciju, attiecībā uz procesa ilgumu, lielāku iznākumu, lielāku enerģijas ietaupījumu, tīrību, drošību un produkta kvalitāti. Īpaši pārtikas un dzērienu piedevu, kā arī farmācijas un kosmētikas piedevu ražošanā videi draudzīgā ekstrakcijas metode ar ultraskaņu sniedz lielas priekšrocības produktu drošības ziņā.

Caurspīdīgas aromatizējošās emulsijas

Emulsijas ir izplatīta piedeva pārtikas produktu un dzērienu garšas, uzturvērtības un stabilitātes uzlabošanai. Īpaši dzērienu izstrādē dzidrums ir svarīgs faktors, jo galaproduktam jāatbilst ne tikai kvalitātes un uzturvērtības standartiem, bet arī optiskajām prasībām. Dzidru dzērienu un pārtikas produktu gadījumā tas nozīmē, ka emulsijas piedeva nedrīkst traucēt sasniegt paredzēto galaprodukta kvalitāti. Turklāt dzidru emulsiju ir vieglāk apstrādāt. Nanoemulsijas to izmēra dēļ ir caurspīdīgas un caurspīdošas (vismaz ar neapbruņotu aci). Augstās kinētiskās stabilitātes, zemās viskozitātes, augstās caurspīdības un augstās noturības pret sedimentāciju, krēmošanos, koalescenci un flokulāciju dēļ tās plaši izmanto kā sastāvdaļas.
Jo lielāks ir pilienu / daļiņu izmērs, jo lielāka ir galaprodukta necaurspīdība. Dzidru dzērienu izstrādē vislabākos rezultātus nodrošina dzidras emulsijas izmantošana ar nanopilieniem. Emulģēšana ar ultraskaņu ļauj iegūt W/O, O/W un inversās emulsijas, kā arī dubultās vai daudzkārtējās W/O/W emulsijas ar nanometru diapazona pilieniem (tā sauktās miniemulsijas, nanoemulsijas, ultrasmalkās emulsijas vai submikronu emulsijas). Pilienu izmēru var pielāgot un kontrolēt, izmantojot ultraskaņas procesa parametrus. Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ir precīzi vadāmas, lai nodrošinātu optimālus un reproducējamus procesa rezultātus.

Izstrādājot MultiPhaseCavitator, Hielscher ir radījis unikālu plūsmas šūnas ieliktni, lai vēl vairāk uzlabotu emulģēšanu ar ultraskaņu.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par MultiPhaseCavitator!
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par emulģēšanu ar ultraskaņu!

Garšas vielu iekapsulēšana ar ultraskaņu

Liposomu izmantošana farmaceitiskajos un pārtikas produktos nepārtraukti pieaug. Liposomas var izmantot kā aktīvo molekulu, piemēram, uzturvielu un zāļvielu, nesējus. Izmantojot apstrādi ar ultraskaņu, liposomas var veidot, emulģējot lipīdu/ūdens suspensiju vai apstrādājot daudzslāņu vezikulas (MLVs) ar ultraskaņu. Emulģēšanas procesā ar ultraskaņu lipīdu dubultslāņi tiek sadalīti mazākos fragmentos, kas pēc tam paši veido nelielas vienslāņa vezikulas (SUVs), kuras sastāv no fosfolipīdiem. Apstrādes laikā ar ultraskaņu aktīvās sastāvdaļas var iekapsulēt liposomās.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par liposomu ražošanu ar ultraskaņu!

Ultraskaņas ekstrakcijas sistēmas

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu populārāko ultraskaņas ekstrakcijas sistēmu aptuveno apstrādes jaudu:

Partijas tilpums	Plūsmas ātrums	Ieteicamās iekārtas
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	UIP4000
n.a.	10 līdz 100L/min	UIP16000
n.a.	lielāks	iekārtu kopa UIP16000

Superkritiskā ekstrakcija ar ultraskaņu

Ekstrakcija ar superkritiskiem fluīdiem un superkritisku CO2 ir viena no svarīgākajām ekstrakcijas metodēm garšas un smaržvielu ražošanā.
Superkritisks oglekļa dioksīds ir selektīvs šķīdinātājs ar regulējamu blīvumu. Tā selektivitāte un šķīdināšanas spēja ir atkarīga no mainīgā blīvuma, ko var ietekmēt ar spiedienu un temperatūru.
Apvienojot superkritisko ekstrakciju ar apstrādi ar ultraskaņu, kļūst iespējams izmantot pārtikas kvalitātes šķīdinātājus, piemēram, spirtu vai ūdeni, un vienlaikus sasniegt lielu ekstrakcijas ātrumu un augstu iznākumu.
Izmantojiet tālāk esošo veidlapu, lai iegūtu vairāk informācijas par mūsu ultraskaņas ekstrakcijas sistēmām un to pielietojumu!

Tālāk redzamajā video skatieties salīdzinājumu starp svaigu šaurlapu ceļtekas lapu ekstrakciju ūdenī ar ultraskaņu un tradicionālo macerāciju. Apstrāde ar ultraskaņu ne tikai dažu sekunžu laikā ļauj iegūt spēcīgu šaurlapu ceļtekas ekstraktu, bet arī ekstrakta krāsa norāda uz kvalitātes atšķirību. Ar ultraskaņu iegūtajam ekstraktam ir piesātināti zaļa krāsa, savukārt 20 dienas macerētajam ekstraktam ir brūngana krāsa, kas norāda uz bioaktīvo savienojumu oksidatīvu noārdīšanos.

Šajā īsajā video salīdzinām ekstrakciju aukstā ūdenī ar Hielscher UP200Ht ultraskaņas zondes ierīci un tradicionālo macerāciju 20 dienu garumā. Tradicionālajai macerācijai nepieciešamas vairākas nedēļas, lai ekstrahētu bioaktīvos savienojumus no svaigām šaurlapu ceļtekas lapām, savukārt ekstrakcija ar ultraskaņas zondi tos atbrīvo dažu sekunžu laikā. Salīdzinot tradicionāli macerēto ekstraktu ar ultraskaņas ekstraktu, redzams, ka ar ultraskaņu iegūtajam ekstraktam ir intensīvi zaļa krāsa, savukārt macerētajam ekstraktam ir brūngana nokrāsa, kas liecina par bioaktīvo savienojumu oksidatīvu noārdīšanos. Ar ultraskaņu iegūtā šaurlapu ceļtekas ekstrakta intensīvi zaļā krāsa apliecina ultraskaņas tehnoloģijas augstāko efektivitāti pilna spektra ekstrakta iegūšanā. Augu izejvielu ekstrakcija ar ultraskaņu ir ātrāka, iedarbīgāka un efektīvāka. Augsti efektīvā ultraskaņas ekstrakcija ar UP200Ht ļauj iegūt pilna spektra šaurlapu ceļtekas ekstraktu.

Saistītās tēmas

Literatūra / Atsauces

Dent, M.; Dragović-Uzelac, V; Elez Garofulić, I.; Bosiljkov, T.; Ježek, D.; Brnčić, M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound-assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from Sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q., 29 (3), 2015. 475–484.
Djenni, Z.; Pingret, D.; Mason, T.J.; Chemat, F. (2013): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Anal. Methods 6, 2013. 1229-1233.
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 5750-5764.
Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
Šic Žlabur, J.; Voća, S.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Dujmić, F.; Rimac Brnčić, S. (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of functional ingredients from Stevia rebaudiana Bertoni leaves. Int. Agrophys. 29, 2015. 231-237.

Vairāk par ultraskaņas ekstrakciju

Ultraskaņas ekstrakcija ir labi pazīstama un uzticama metode ekstraktu iegūšanai no dažādām augu izcelsmes izejvielām. Lieljaudas ultraskaņa palielina masas pārnesi starp izejvielu un šķīdinātāju, iespiežot šķīdinātāju šūnu struktūrā un izskalojot to ārā ar biežumu aptuveni 20 000 reižu sekundē (pie 20kHz). Ir pierādīts, ka apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti saudzīga, tomēr ļoti efektīva metode – tā nodrošina lielāku iznākumu un augstākas kvalitātes ekstraktus īsākā apstrādes laikā!
Ar ultraskaņu jau ir ļoti veiksmīgi ekstrahēti šādi materiāli:
Garšvielas: safrāns, čili pipari (piem., kapsaicīns), ingvers, kanēlis, vanilīns / vaniļa, rozmarīnskābe, salvija, rozmarīns, majorāns, baziliks u. c.
Garšaugi un ārstniecības augi: piparmētra, tējas (piem., melnā, zaļā, Pai Mu Tan, jasmīnu, roibosa, meduskrūma), krūzmētra, stēvija, kaņepes u. c.
Ziedi: lavanda, pačūlija, ilangilangs, roze u. c.
Augļi un dārzeņi: vīns, vīnogas / vīnogu sēklas, kafija, kakao, olīvas, apelsīns / apelsīna miza, tomāts, guarānas sēklas, eļļas augu sēklas (mandeles, sojas pupas, papaijas sēklas, linsēklas, saulespuķu sēklas, rapšu sēklas), granātābola miza, spināti, zīdkoka augļi, saknes u. c.
Mikroorganismi: jūras aļģes, spirulīna, mikroaļģes (Nannochloropsis spp mikroaļģes, Nannochloropsis oculata mikroaļģes, Dunaliella salina mikroaļģes), Synechococcus sp. cianobaktērijas, Xanthophyllomyces dendrorhous raugs, Trichosporon oleaginosisus raugs, eļļu uzkrājoša sēne, Cordyceps sinensis sēne

Mērķa ekstrakti, ko iegūst ar apstrādi ar ultraskaņu, ir ēteriskās eļļas, vitamīni, lipīdi, olbaltumvielas un fitokompleksi, piemēram, fenolu savienojumi, antioksidanti, polisaharīdi, oleosveķi, esteri, esences, olbaltumvielu hidrolizāti, aminoskābes, saponīni, flavonoīdi, alkaloīdi (piem., morfīns, kodeīns, tebaīns), pigmenti / krāsvielas (karotinoīdi, hlorofils, fikocianīns), antociāni, limonēns, alantolaktons, izoalantolaktons un citas aktīvās vielas.

Par videi draudzīgu ekstrakciju

Videi draudzīga ekstrakcija ir vērsta uz videi saudzīgām, ilgtspējīgām metodēm. Tāpēc procesa enerģijas patēriņa samazināšana, alternatīvu šķīdinātāju un atjaunojamu dabisko izejvielu izmantošana ir videi draudzīgas ekstrakcijas galvenie faktori. Mērķis ir nodrošināt drošu un kvalitatīvu ekstraktu. Lai iegūtu drošu, kvalitatīvu produktu, ir svarīgi izmantot alternatīvus, atkārtoti pārstrādājamus un drošākus šķīdinātājus. Samazinot procesa un galaproduktu kopējo toksiskumu, patērētāji iegūst veselīgāku, drošāku produktu, un ražotāji rada drošāku apstrādes vidi saviem darbiniekiem.