Terpēnu ekstrakcija ar ultraskaņu
Ir pierādīts, ka terpēnu ekstrakcija ar ultraskaņu nodrošina augstu terpēna kariofilēna oksīda iznākumu, piemēram, no kaņepēm un apiņiem. Kariofilēna oksīds ir terpēns, kas sastopams kaņepēs, apiņos, piparos, bazilikā un rozmarīnā. Ekstrahēto terpēnu kariofilēna oksīdu kā aktīvo savienojumu izmanto kā aromatizējošu piedevu un uztura bagātinātāju.
Ekstrahētā kariofilēna oksīda izmantošana
Kariofilēna oksīds izceļas ar aromātisku smaržu un garšu (proti, garšaugu smaržu un garšu). Intensīvās aromātiskās smaržas un garšas dēļ to bieži izmanto kā aromatizējošu piedevu pārtikā, kā arī kā smaržvielu sastāvdaļu. Turklāt tas spēj saistīties ar endokrīnajiem CB2 receptoriem cilvēka organismā, kas padara to par interesantu farmaceitisku sastāvdaļu.
Kariofilēna oksīda ekstrakcija ar ultraskaņu
Terpēna kariofilēna oksīda ekstrakcija ar ultraskaņu ir lieliska metode augsta iznākuma iegūšanai, piemēram, no kaņepēm un apiņiem. Lasiet vairāk par akustisko kavitāciju, kas ir ultraskaņas ekstrakcijas darbības pamatprincips!
Piemēram, β-kariofilēna oksīds tika ekstrahēts ar ultraskaņu, izmantojot ultraskaņas ierīci UP100H (100W, 30kHz) no kaltētiem apiņu rogas pumpuriem.
Gāzu hromatogrāfijas (GC) analīzes dati parāda β-kariofilēna oksīda ekstrakcijas iznākumu, ekstrahējot to ar Hielscher ierīci UP100H no apiņiem.
UP400St – jaudīgs 400W ultraskaņas procesors ar maisītāju terpēnu ekstrakcijai
Ar ultraskaņu iegūta apiņu ekstrakta gāzu hromatogrāfijas analīze: β-kariofilēna oksīds, α-kariofilēns, α-pinēns, mycrene, limonēns, α-caryophylene, kariofilēna oksīds un citi savienojumi.
Papildus β-kariofilēna oksīdam tika veiksmīgi ekstrahēti arī citi terpēni, piemēram, α-kariofilēns, α-pinēns, mycrene, limonēns un α-caryophylene.
Kā terpēnus ekstrahē no augiem, izmantojot apstrādi ar ultraskaņas zondi? Norādījumi soli pa solim!
- Vispirms augu materiālu samaļ vai sasmalcina mazos gabaliņos, lai palielinātu ekstrakcijai pieejamo virsmas laukumu.
- Pēc tam augu materiālu sajauc ar šķīdinātāju (piemēram, etanolu vai ūdeni), lai ekstrahētu terpēnus.
- Pēc tam ekstrakcijas procesa veicināšanai izmanto apstrādi ar ultraskaņas zondi, ievadot suspensijā augstas intensitātes zemfrekvences ultraskaņas viļņus ar aptuveni 20kHz frekvenci. Tas izraisa akustisko kavitāciju un straujas šķīdinātāja svārstības, kas veicina augu šūnu sairšanu un sagraušanu, kā arī terpēnu izdalīšanos.
- Pēc tam maisījumu filtrē, lai atdalītu cieto augu materiālu no šķidruma, kas satur ekstrahētos terpēnus.
- Pēc tam šķidrumu iztvaicē vai pakļauj turpmākai apstrādei, lai atdalītu šķīdinātāju un koncentrētu terpēnus.
- Galaprodukts ir ar terpēniem bagāts ekstrakts, ko var izmantot dažādos produktos, piemēram, uztura bagātinātājos, funkcionālajā pārtikā un kosmētikā.
Terpēnu ultraskaņas ekstrakcijas protokols
Apiņus samala ar parastām kafijas dzirnaviņām, lai iegūtu viendabīgāku apiņu parauga daļiņu izmēru.
Flakonā ievietoja 4,5mg apiņu un pēc tam pievienoja 5mL etanola. Flakonu ievietoja vārglāzē ar ledusūdeni siltuma novadīšanai. Pēc tam paraugu apstrādāja ar ultraskaņas ierīci UP100H, kas aprīkota ar sonotrodi MS7, ar amplitūdas iestatījumu 50% un apstrādes ilgumu 90sec.
Ar ultraskaņu iegūta apiņu ekstrakta gāzu hromatogrāfijas analīze:
Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina intensīvu masas pārnesi starp šūnu matricu un šķīdinātāju, tādējādi panākot ļoti augstu augstas kvalitātes ekstrakta iznākumu.
- augstas kvalitātes terpēnu ekstrakti (bez termiskās noārdīšanās)
- augsts iznākums
- ātra procedūra
- ātra ieguldījumu atmaksāšanās
- saudzīgāki šķīdinātāji
- mazāks šķīdinātāja patēriņš
- droša un vienkārša lietošana
- nelielas apkopes prasības
- zaļa, videi draudzīga terpēnu ekstrakcija
Terpēnu ekstrakcija ar ultraskaņu izceļas kā zaļa ekstrakcijas metode, kas ļauj ievērojami paātrināt terpēnu ekstrakcijas procedūru, vienlaikus patērējot mazāk enerģijas nekā citas tradicionālās ekstrakcijas metodes (proti, ekstrakcija ar superkritisko CO2, Soksleta ekstrakcija u. c.). Citas ar terpēnu ultraskaņas ekstrakcijas izmantošanu saistītās priekšrocības ir vienkārša ultraskaņas ekstraktora lietošana, ātrs process, ķīmisko atkritumu neesamība, augsts iznākums, draudzīgums videi, uzlabota kvalitāte saudzīgo apstrādes apstākļu dēļ un termiskās noārdīšanās novēršana.
Ultraskaņas ekstraktori terpēniem
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par to, kura ultraskaņas ierīce varētu būt vispiemērotākā jūsu terpēnu ekstrakcijas prasībām.
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 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 | ierīču grupa: UIP16000 |
Lieljaudas ultraskaņas homogenizatori no laboratorijas līdz rūpnieciskam mērogam.
Literatūra/atsauces
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Noderīgi fakti
Kariofilēns
Kariofilēns jeb (−)-β-kariofilēns ir dabisks biciklisks seskviterpēns, kas sastopams daudzās ēteriskajās eļļās. Par labiem kariofilēna avotiem ir zināmi šādi augi: kaņepes, sējas kaņepes (Cannabis sativa), melnās ķimenes (Carum nigrum), krustnagliņas (Syzygium aromaticum), apiņi (Humulus lupulus), baziliks (Ocimum spp.), raudene (Origanum vulgare), melnie pipari (Piper nigrum), lavanda (Lavandula angustifolia), rozmarīns (Rosmarinus officinali) un kopaibas eļļa (Copaifera spp.). β-kariofilēns ir fitokanabinoīds ar spēcīgu afinitāti pret 2. tipa kanabinoīdu receptoru (CB 2), bet ne pret 1. tipa kanabinoīdu receptoru (CB 1).
Kariofilēna oksīds
Kariofilēna oksīds (arī β-kariofilēna oksīds) ir β-kariofilēna oksidācijas atvasinājums un balts kristālisks ciets pulveris ar kušanas temperatūru aptuveni 62°C.
To augstu vērtē pretiekaisuma, vietējās anestēzijas un antioksidatīvās iedarbības dēļ. Sākotnējie pētījumi liecina, ka kariofilēna oksīds varētu būt potenciāls medikaments arī vēža ārstēšanai. Kariofilēna oksīds ir daļa no ciklobutāna gredzena, ko jau izmanto medicīniskajos pētījumos, lai sintezētu plaši lietoto ķīmijterapijas medikamentu karboplatīnu.
Kariofilēna oksīds, kurā kariofilēna olefīns ir pārvērties par epoksīdu, ir apstiprināta pārtikas aromatizētāju sastāvdaļa.
Gan β-kariofilēnam, gan β-kariofilēna oksīdam ir zema šķīdība ūdenī, kas kavē to uzsūkšanos šūnā. Lai šos seskviterpēnus izmantotu kā medikamentus vai uztura bagātinātājus, iekapsulēšana liposomās novērš šo seskviterpēnu vājās šķīdības problēmu ūdens vidē un nodrošina biopieejamību un bioloģisko aktivitāti. Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par bioloģiski aktīvo savienojumu iekapsulēšanu ar ultraskaņu!
Kariofilēna oksīds kaņepēs
Sējas kaņepju augā kariofilēna oksīds ir sastopams kā seskviterpēns, kas sastāv no trim izoprēna vienībām. Kariofilēna oksīds ir viens no lielākajiem un visbagātīgāk sastopamajiem terpēniem kaņepju augā un nosaka kaņepēm raksturīgo aromātu un smaržu. Ekstrakciju ar ultraskaņu veiksmīgi izmanto, lai ražotu pilna spektra kanabidiola eļļas, tādējādi nodrošinot daudzveidīgo savienojumu kopiedarbības efektu.
Ultraskaņas kavitācija ekstrakcijai
Kad šķidrumā ievada lieljaudas ultraskaņas viļņus, tajā rodas saspiešanas un izplešanās (retinājuma) cikli. Retinājuma laikā šķidrumā veidojas dobumi jeb tā sauktie kavitācijas burbuļi. Šie kavitācijas burbuļi, kas ir sīki vakuuma burbuļi, rodas negatīva spiediena iedarbībā, kad tiek pārsniegta šķidruma lokālā stiepes izturība. Vakuuma burbuļi aug vairāku saspiešanas / retinājuma ciklu laikā, līdz tie vairs nespēj absorbēt vairāk enerģijas un kavitācijas burbulis implozīvi sabrūk. Šo parādību sauc par kavitāciju. Saskaņā ar prof. Suslick pētījumu (1990) kavitācijas burbuļos valda ekstremāli apstākļi ar temperatūru līdz 5000 K, 1000 atmosfēru spiedienu, sasilšanas un atdzišanas ātrumu virs 1010 K/s un šķidruma strūklām ar ātrumu līdz 280m/s, kas kavitācijas zonā izpaužas kā ļoti liels bīdes spēks un turbulence. Šo faktoru (spiediena, siltuma, bīdes un turbulences) kombināciju izmanto, lai paātrinātu masas pārnesi ekstrakcijas procesā. Turklāt šos lokāli radušos apstākļus izmanto arī ultraskaņas procesos, piemēram, homogenizācijā, emulģēšanā vai disperģēšanā.
Ekstrakcija ar ultraskaņu balstās uz akustisko kavitāciju un tās hidrodinamiskajiem bīdes spēkiem
Terpēnu ekstrakcija ar ultraskaņu
Ultraskaņas ekstrakcijas princips balstās uz divām iedarbībām, kas rodas, kad šķidrumā vai suspensijā ievada lieljaudas ultraskaņas viļņus:
Pirmkārt, šķīdinātājs (apkārtējā šķidrā vide) tiek iespiests šūnu matricā. Atkarībā no kavitācijas amplitūdas un stipruma šķidruma spiediens perforē vai sagrauj šūnas sieniņu.
Otrkārt, retinājuma cikla laikā šūnas saturs (proti, intracelulārais materiāls) tiek izskalots no šūnas iekšienes. Pēc ekstrakcijas ar ultraskaņu mērķa savienojumi atrodas šķīdinātājā, un tos var atdalīt no šķīdinātāja (piemēram, iztvaicējot šķīdinātāju), tādējādi beigās iegūstot tīru ekstraktu.
Izejvielas sastāvs (piemēram, mitruma saturs, macerācijas / malšanas pakāpe un daļiņu izmērs) un izvēlētais šķīdinātājs ir ļoti svarīgi faktori efektīva un rezultatīva ultraskaņas ekstrakcijas procesa nodrošināšanai. Būtiski ir arī ultraskaņas procesa parametri: lai iegūtu vislabākos rezultātus, jānosaka un jāoptimizē amplitūda, spiediens, temperatūra un apstrādes ar ultraskaņu ilgums.