Apstrāde ar ultraskaņu ātruma ziņā pārspēj citas ekstrakcijas metodes

Ātrā ultraskaņas ekstrakcijas procedūra un tās radītais laika ietaupījums ekstraktu ražošanā ir viena no daudzajām priekšrocībām, ko sniedz bioaktīvo savienojumu ekstrakcija no augiem ar ultraskaņu. Ultraskaņas ekstrakcija ir zinātniski salīdzināta ar alternatīvām ekstrakcijas metodēm, piemēram, ekstrakciju ar superkritisko CO2, macerāciju, ekstrakciju ar karsēšanu un atteci, Soksleta ekstrakciju vai mikroviļņu ekstrakciju, un pētījumu rezultāti pierāda būtiskas ultraskaņas priekšrocības ekstrakcijas ātruma un iznākuma ziņā.

Apstrāde ar ultraskaņu kā ātra ekstrakcijas procedūra

Bioaktīvo savienojumu ultraskaņas ekstrakcija ir labi pazīstama ar augstu iznākumu, augstas kvalitātes ekstraktiem, īsu ekstrakcijas laiku, zemu enerģijas patēriņu un iespēju izmantot ļoti saudzīgus šķīdinātājus. Visi šie faktori veicina izcili augstu kopējo efektivitāti bioaktīvo sastāvdaļu ekstrakcijā no augu materiāliem ar ultraskaņu.
Tālāk ir sniegta zinātnisko pētījumu publikāciju izlase, kurās ultraskaņas ekstrakcija (arī ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību / UAE) ir salīdzināta ar citām ekstrakcijas metodēm, piemēram, macerāciju, Soksleta ekstrakciju, ekstrakciju ar karsēšanu un atteci, ekstrakciju ar superkritisko CO₂ un mikroviļņu ekstrakciju.

Ultraskaņas ekstrakcija pārspēj citas ekstrakcijas metodes ar lielu ātrumu (īsāku ilgumu), augstāku iznākumu un augstāku ekstrakta kvalitāti.

Ultraskaņas apstrādes ierīce UP400St ātrai augu izcelsmes materiālu ekstrakcijai porciju režīmā

Ekstrakcijas pielietojums	Ultraskaņas ekstrakcijas laiks	Alternatīvās ekstrakcijas metodes laiks	Papildinformācija	Avots
Antociānu ekstrakcija no miršu ogām	5 min	15 min mikroviļņu ekstrakcija	ultraskaņas apstrādes ierīce UP200S	Gonzalez et al., 2019
Boldo lapu ekstrakcija	5–30 min	15–90 min macerācija	ultraskaņas apstrādes ierīce UIP1000hdT “Redzams, ka pēc 5 līdz 30 min ilgas apstrādes ar ultraskaņu iznākums ir līdzvērtīgs tradicionālās macerācijas iznākumam pēc 15 līdz 90 min: UAE nepieciešama trešdaļa no laika, kas vajadzīgs lapu šķīstošo vielu ekstrahēšanai ar tradicionālo macerāciju.”	Petigny et al., 2013
Kopējo fenolu un flavonoīdu ekstrakcija no salvijas	11 min	30 min tradicionālā ekstrakcija ūdens vannā ar kratītāju 60ºC temperatūrā	ultraskaņas ekstraktori UP100H, UP400S	Dent et al., 2015
Olīvu lapu polifenolu ekstrakcija	21 min	60min tradicionālā ekstrakcija ar karsēšanu un atteci	ultraskaņas apstrādes ierīce UP400S	Dobrinčić et al., 2020
Bioaktīvo fenola savienojumu ekstrakcija no Malva sylvestris lapām	49 min 48°C temperatūrā ar 110W jaudu	5 h ekstrakcija maisāmā slānī pie 150 rpm	Ultraskaņas apstrādes ierīce UP200S HPLC analīze atklāja, ka bioaktīvo fenola savienojumu koncentrācija būtiski palielinājās (p≺0,05) optimālos UAE apstākļos.	Bimakr et al., 2017
Lipīdu ekstrakcija no ziemas melones (Benincasa hispida) sēklām	∼36 min	Ekstrakcija ar superkritisko oglekļa dioksīdu kombinācijā ar spiediena maiņas metodi (SCE-PST) (∼50 min), ekstrakcija ar superkritisko CO₂ (∼97 min) un tradicionālā Soksleta ekstrakcija (∼360 min)	Salīdzinot superkritisko oglekļa dioksīdu (sCO₂), ekstrakciju ar ultraskaņas palīdzību (UAE), ekstrakciju ar superkritisko oglekļa dioksīdu kombinācijā ar spiediena maiņas metodi (SCE-PST) un Soksleta ekstrakciju, redzams, ka UAE ir visefektīvākā un ātrākā ekstrakcijas metode.	Bimakr et al. (2015)

Ultraskaņas ekstrakcija ir ievērojami efektīvāka un ātrāka par alternatīvām ekstrakcijas metodēm, piemēram, ekstrakciju ar superkritisko oglekļa dioksīdu (SCO2) un Soksleta ekstrakciju.

Salīdzinot superkritisko oglekļa dioksīdu (sCO₂), ekstrakciju ar ultraskaņas palīdzību (UAE), ekstrakciju ar superkritisko oglekļa dioksīdu kombinācijā ar spiediena maiņas metodi (SCE-PST) un Soksleta ekstrakciju, redzams, ka UAE ir visefektīvākā un ātrākā ekstrakcijas metode.

Augu izcelsmes materiālu ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocības

Augsta ekstrakcijas efektivitāte
Izcils ekstrakcijas iznākums
Ātrs process
Zema temperatūra
Piemērota termolabilu savienojumu ekstrakcijai
Saderīga ar jebkuru šķīdinātāju
Zems enerģijas patēriņš
Videi draudzīga ekstrakcijas metode
Vienkārša un droša ekspluatācija
Zemas ieguldījumu un ekspluatācijas izmaksas
Darbība 24/7 lielas slodzes apstākļos

Augstas veiktspējas ultraskaņas ekstraktori savienojumu ātrai izolēšanai

Hielscher modernās ultraskaņas iekārtas nodrošina ātru augstas kvalitātes biomolekulu ekstrakciju no augiem. Pilnīga kontrole pār procesa parametriem, piemēram, amplitūdu, temperatūru, spiedienu un ievadīto enerģiju, ļauj nodrošināt visefektīvākos un vissaudzīgākos ekstrakcijas apstākļus, iegūstot nebojātus ekstraktus ar augstu bioloģisko aktivitāti. Optimizējot ultraskaņas ekstrakcijas parametrus, piemēram, izejmateriāla daļiņu izmēru, šķīdinātāja veidu, cietās vielas un šķīdinātāja attiecību un ekstrakcijas laiku, var sasniegt visaugstāko efektivitāti un vislabākos kopējos rezultātus. Tā kā ultraskaņas ekstrakcija ir netermiska ekstrakcijas metode, var izvairīties no bioaktīvo sastāvdaļu termiskās noārdīšanās, iegūstot izcilas kvalitātes ekstraktus.
Kopumā tādas priekšrocības kā augsts iznākums, īss ekstrakcijas laiks, zema ekstrakcijas temperatūra un samazināts nepieciešamais šķīdinātāja daudzums padara apstrādi ar ultraskaņu par vēlamo ekstrakcijas metodi.

Augu izejvielu ekstrakcija ar ultraskaņu nodrošina lielāku iznākumu. Hielscher homogenizators UIP2000hdT ar 2000 vatu jaudu ir pietiekami jaudīgs, lai viegli veiktu ekstrakciju partijās no 10 līdz 120 litriem.

Ultraskaņas un mikroviļņu ekstrakcijas salīdzinājums liecina, ka antociānu ekstrakcija no miršu ogām ir efektīvāka, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu.

Apstrāde ar ultraskaņu pārspēj mikroviļņu ekstrakciju antociānu iegūšanā no miršu ogām. Apstrāde ar ultraskaņu ir trīs reizes ātrāka par mikroviļņu ekstrakciju.

Kopējo fenolu un flavonoīdu ultraskaņas ekstrakcija no salvijas ir ievērojami ātrāka par tradicionālo ekstrakciju ūdens vannā ar kratītāju

Ultraskaņas ekstrakcijas salīdzinājums ar tradicionālo ekstrakciju ūdens vannā ar kratītāju liecina, ka ultraskaņas izmantošana būtiski saīsina kopējo fenolu un flavonoīdu ekstrakcijas laiku no salvijas. Ultraskaņas ekstrakcijai nepieciešama tikai viena trešdaļa no laika, kas vajadzīgs ekstrakcijai ūdens vannā ar kratītāju.

Ultraskaņas ekstrakcija: nostiprinājusies laboratorijās un rūpniecībā

Ultraskaņas ekstrakciju plaši izmanto visu veidu bioaktīvo savienojumu ekstrakcijai no augu izcelsmes materiāliem, sēnēm, aļģēm, baktērijām un zīdītāju šūnām. Ultraskaņas ekstrakcija ir nostiprinājusies kā vienkārša, izmaksu ziņā izdevīga un ļoti efektīva metode, kas pārspēj citas tradicionālās ekstrakcijas metodes ar augstāku ekstrakcijas iznākumu un īsāku apstrādes laiku.
Tā kā laboratorijas, uz galda novietojamās un pilnībā rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas ir viegli pieejamas, ultraskaņas ekstrakcija mūsdienās ir labi nostiprinājusies un uzticama tehnoloģija. Hielscher ultraskaņas ekstraktori ir uzstādīti rūpnieciskās ražotnēs visā pasaulē, kur ražo pārtikas un farmācijas kvalitātes prasībām atbilstošus bioaktīvos savienojumus.
Tālāk sniegtā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču aptuveno apstrādes jaudu:

Porcijas tilpums	Plūsmas ātrums	Ieteicamās ierīces
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
n.a.	10 līdz 100L/min	UIP16000
n.a.	lielāks	savstarpēji savienotu ierīču grupa: UIP16000

Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!

Ultraskaņas homogenizatorus ar augstu bīdes intensitāti izmanto apstrādei laboratorijas, uz galda novietojamās iekārtās, pilotiekārtās un rūpnieciskajās iekārtās.

Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus maisīšanai, disperģēšanai, emulģēšanai un ekstrakcijai laboratorijas, pilotiekārtu un rūpnieciskā mērogā.

Saistītās tēmas

Literatūra / Atsauces

Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
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.
Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.

Noderīgi fakti

Ultraskaņas ekstrakcijas darbības princips

Ultraskaņas ekstrakcija ir plaši izmantota metode bioaktīvo komponentu izolēšanai un atdalīšanai no augu materiāliem. Tā kā apstrāde ar ultraskaņu ir saderīga ar jebkura veida šķīdinātāju, ultraskaņas ekstrakcijas procedūru var optimāli izstrādāt, ņemot vērā bioaktīvos savienojumus (t. i., mērķa savienojumus), to polaritāti, šķīdību, jutību pret karstumu un citus faktorus. Pielāgojot apstrādi ar ultraskaņu konkrētam savienojumam vai dažādiem savienojumiem, var izvēlēties visideālāko konfigurāciju, lai iegūtu ārkārtīgi augstas kvalitātes ekstraktu.
Šķidrumā vai suspensijā ievadīti ultraskaņas viļņi rada intensīvas svārstības un akustisko kavitāciju. Akustisko jeb ultraskaņas kavitāciju raksturo lokāli veidojošās ārkārtīgi lielās spiediena starpības, bīdes spēki un šķidruma strūklas. Šie spēki pārrauj šūnu sienas, sagrauj augu šūnas un pastiprina masas pārnesi starp šūnas iekšieni un šķīdinātāju. Tādējādi bioaktīvās sastāvdaļas efektīvi izdalās apkārtējā šķīdinātājā, no kura mērķa molekulas var viegli izolēt un attīrīt (piemēram, ar rotācijas iztvaicēšanu, destilāciju ar ūdens tvaiku vai HPLC).

Ultraskaņas šūnu sagraušanas ierīces izmanto ekstrakcijai no augu izcelsmes avotiem (piemēram, augiem, aļģēm, sēnēm)

Ultraskaņas ekstrakcija no augu šūnām: mikroskopiskais šķērsgriezums (TS) parāda darbības mehānismu ultraskaņas ekstrakcijas laikā no šūnām (palielinājums 2000x)
[avots: Vilkhu et al. 2011]

Augstas veiktspējas ultraskaņas tehnoloģija! Hielscher produktu klāsts aptver visu spektru – no kompaktas laboratorijas ultraskaņas apstrādes ierīces un uz galda novietojamām iekārtām līdz pilnībā rūpnieciskām ultraskaņas sistēmām.

Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas līdz rūpnieciskajam izmēram.