Zeer efficiënte chaga-extractie via sonicatie

Chagapaddenstoelen (Inonotus obliquus) zijn rijk aan zeer krachtige fytochemicaliën (bijv. polysachariden, betulinezuur, triterpenoïden), waarvan bekend is dat ze bijdragen aan de gezondheid en ziekten bestrijden. Het gebruik van een ultrasone frequentie met hoog vermogen voor chaga-extractie is de voorkeurstechniek om superieure chaga-extracten met de hoogste kwaliteit en opbrengst te produceren.

Chaga-extracten met ultrasoon geluid

Ultrasone extractie is een zeer doeltreffende techniek om fytochemische verbindingen vrij te maken uit botanische grondstoffen zoals planten en schimmels.
Chagapaddenstoelen zijn rijk aan verschillende verbindingen zoals polysachariden, triterpenen en polyfenolen, die verantwoordelijk zijn voor het merendeel van hun gezondheidsbevorderende en therapeutische effecten. De belangrijkste bioactieve verbindingen van chaga zijn onder andere polysachariden (bijv. β-glucanen, proteoglycanen die d-galactose, d-glucose, d-xylose en d-mannose bevatten), triterpenoïden (bijv. betuline, betulinezuur), polyfenolen en fytosterolen (bijv. inotodiol).

Ultrasone extractie breekt de cellen van de chagapaddenstoel efficiënt open en maakt de intracellulaire verbindingen (d.w.z. de bioactieve fytochemicaliën) vrij in het oplosmiddel. Ultrasone extractie is gebaseerd op het werkingsprincipe van akoestische cavitatie. De effecten van ultrasone / akoestische cavitatie zijn sterke afschuifkrachten, turbulentie en intense drukverschillen. Deze sonomechanische krachten breken cellulaire structuren zoals de chitinehoudende celwanden van paddenstoelen open, bevorderen de massaoverdracht tussen chagamateriaal en oplosmiddel en resulteren in zeer hoge extractopbrengsten binnen een snel proces. Daarnaast bevordert sonicatie de sterilisatie van extracten door bacteriën en microben te doden. Microbiële inactivatie door sonicatie is het gevolg van de destructieve cavitatiekrachten op het celmembraan, de productie van vrije radicalen en plaatselijke verwarming.

Waarom is ultrasone chaga-extractie zo voordelig?

Ultrasone extractie wordt toegepast op veel gebieden van de extractproductie, bijv. voor botanische en kruidenextracten voor voedingsmiddelen, supplementen, geneesmiddelen en cosmetica. Een zeer prominent voorbeeld van ultrasone extractie is de extractie van cannabidiol (CBD) en andere verbindingen uit de cannabisplant.
Omdat ultrasone extractie een niet-thermische extractietechniek is, worden de bioactieve verbindingen mild behandeld met ultrasone golven en wordt zo de thermische afbraak van gevoelige plantaardige verbindingen voorkomen. Alle ultrasone procesparameters, d.w.z. amplitude, intensiteit, temperatuur en druk, kunnen exact worden geregeld. Dit maakt een nauwkeurige proces- en kwaliteitscontrole mogelijk en maakt het eenvoudig om eenmaal verkregen extractieresultaten te herhalen en te reproduceren. Extractproducenten waarderen ultrasone behandeling vanwege de betrouwbare herhaalbaarheid van het proces, die helpt om processen en producten op een hoog kwaliteitsniveau te standaardiseren.

Chaga-extracten van hoge kwaliteit en met een hoge opbrengst door sonicatie

Onderzoek bevestigt dat ultrasoon geproduceerde chaga-extracten meer triterpenoïden bevatten dan een conventioneel heetwaterextract. De ultrasone extractietechniek bevordert het vrijkomen en isoleren van alle belangrijke verbindingen uit chagapaddenstoelen (I. obliquus). Ultrasoon ondersteunde extractie overtreft alternatieve extractiemethoden door een superieure efficiëntie en een verhoogde biologische beschikbaarheid van de bioactieve fytochemicaliën in het paddenstoelenextract. De fragmenten uit wetenschappelijke onderzoeken tonen de hoge efficiëntie en opbrengst van ultrasone chaga-extractie aan.

Extractie van polysachariden uit chaga

Zhang et al. gebruikten ultrasoon ondersteunde extractie om optimale omstandigheden te ontwikkelen voor de extractie van polysachariden uit I. obliquus. De beste omstandigheden bestonden uit het gebruik van water als oplosmiddel gedurende 15 minuten bij 95 °C met extractie met ultrasone frequentie, wat extractiewaarden van 1,82% opleverde

Extractie van betuline / betulinezuur uit chaga

De resultaten laten zien dat ultrasoon geluid een actieve rol had gespeeld bij de extractie van betuline en betulinezuur, omdat het celwanden kan dwingen open te gaan en een betere massa- en warmteoverdracht bevordert. Dit helpt vervolgens om de gewenste fytochemicaliën in korte tijd met een hoge efficiëntie succesvol te extraheren. De geringe toename van de opbrengsten bij toevoeging van de oplosmiddelextractiestap na de ultrasone behandeling gaf aan dat het merendeel van deze verbindingen uit de biomassa geëxtraheerd moet zijn. De verkregen resultaten geven de maximale hoeveelheid extraheerbare betuline in de biomassa aan. (Alhazmi, 2017) Over het geheel genomen verhoogde de ultrasone behandeling de opbrengst van betuline en betulinezuur aanzienlijk.

Stapsgewijs extractieprotocol

Om een krachtig extract met het volledige spectrum uit chagapaddenstoelen (Inonotus obliquus) te isoleren, wordt een extractieprotocol in twee stappen met hoogvermogenultrasoon geluid toegepast.
Materiaal: Gedroogde I. obliquus (100g) wordt verkleind tot kleinere stukken van ca. 1,3cm2 (0,5×0,5 inch). Het verkleinde paddenstoelenmateriaal wordt in een glazen bekerglas van 1,5L geplaatst.

1. Stap: Ultrasone koude extractie: De gedroogde, gemalen chaga wordt gesuspendeerd in 1000 mL van 60% ethanol in gezuiverd of gedestilleerd water (v/v; 60% ethanol : 40% water) door het oplosmiddelmengsel toe te voegen aan het glazen bekerglas met de chaga. Voor de extractie wordt een ultrasone extractor UP400St gebruikt, uitgerust met sonotrode S24d22L2D. De hoorn (sonotrode) van de sonicator wordt ondergedompeld in de suspensie van paddenstoelen en oplosmiddel. Het gebruik van een roerder is optioneel, maar kan helpen om de plantendeeltjes gelijkmatig naar de sonotrode te transporteren. Zorg ervoor dat de sonotrode de wanden van het bekerglas niet raakt. Stel de amplitude in op 100% en soniceer gedurende ca. 10 min. De UP400St wordt geleverd met een aansluitbare temperatuursensor. Sluit het thermokoppel aan op de sonicator en plaats de sensor in de suspensie. In het digitale menu van het ultrasone apparaat UP400St kunt u een bovengrens voor de temperatuur instellen. De sonicator pauzeert wanneer deze maximumtemperatuur wordt bereikt en start automatisch zodra de suspensie de onderste waarde van de ingestelde ∆T heeft bereikt. Aanbevolen ∆T-waarden zijn ca. 30°C als bovenste en 20°C als onderste temperatuurwaarde. Het gebruik van een water- of ijsbad helpt om de temperatuur tijdens de sonicatie laag te houden. Na de sonicatie worden de vaste bestanddelen van de paddenstoelen verwijderd door filtratie en persen. Het oplosmiddel met de geëxtraheerde fytochemicaliën ondergaat vacuümverdamping of rotatieverdamping, zodat uiteindelijk de chagafractie uit de ethanolextractie wordt verkregen. De resterende vaste chagabestanddelen kunnen worden gebruikt voor een optionele tweede weekstap, de ultrasone hete extractie.
2. Stap (optioneel): Ultrasone hete extractie: De uit de eerste extractie teruggewonnen chagagrondstof wordt gebruikt in de tweede stap van ultrasone hete extractie om de fractie van de nog resterende fytochemicaliën in de chagapaddenstoelen te isoleren. Het schimmelmateriaal wordt in een glazen bekerglas geplaatst, er wordt 600mL verse oplosmiddeloplossing van 60% ethanol : 40% water toegevoegd en het geheel wordt verwarmd tot ca. 70°C. Tijdens de sonicatie kan de temperatuur oplopen tot 95°C. De extra warmte bevordert het vrijkomen van resterende fytochemicaliën. Aangezien bijna alle thermogevoelige verbindingen in stap 1 onder thermisch gecontroleerde omstandigheden zijn geëxtraheerd, kan deze tweede stap optioneel worden toegepast om een zeer krachtig extract te verkrijgen dat alle fytochemicaliën van de chagapaddenstoel bevat. De suspensie wordt met de UP400St gesoniceerd op dezelfde manier als hierboven beschreven. Filtreer, pers en scheid de paddenstoelen van het waterextract. De fytochemische bestanddelen uit de tweede extractie worden eveneens via verdamping geïsoleerd.

Beide chaga-extractfracties, uit de water- en ethanolextractie, worden met elkaar gemengd, zodat een chaga-extract met het volledige spectrum wordt verkregen. Dit extract kan worden verwerkt tot verschillende producten zoals tincturen, capsules of eetbare producten.

Dit proces is volledig lineair schaalbaar naar elk ander volume. Door dezelfde ultrasone parameters toe te passen (ultrasone intensiteit Ws/L, druk, temperatuur, concentratie vast:vloeibaar), kunnen alle eenmaal vastgestelde resultaten van ultrasone chaga-extractie eenvoudig worden geschaald naar grotere (of kleinere) volumes, terwijl dezelfde resultaten worden behaald (d.w.z. opbrengsten, procesefficiëntie).

Ultrasoon geproduceerde paddenstoelenextracten zijn rijk aan polysachariden, die bekendstaan om hun talrijke gunstige gezondheidseffecten. De sonicator UP100H is een krachtige ultrasone extractor van 100 watt voor de efficiënte extractie van medicinale paddenstoelen zoals chaga, pruikzwam, reishi of cordyceps.

Uw keuze van oplosmiddel

Ultrasone extractie is compatibel met elk oplosmiddel. Hierdoor kunt u het oplosmiddel van uw voorkeur gebruiken. In het bovenstaande chaga-extractieprotocol bevelen wij een oplosmiddeloplossing aan die bestaat uit 60% ethanol : 40% water (v/v). De combinatie van ethanol en water maakt het mogelijk om fytochemicaliën met verschillende polariteiten vrij te maken. Als alternatief kan een tweefasenextractie worden toegepast met ethanol in een eerste extractiestap en water in een tweede extractiestap. Ultrasone extractie met een oplosmiddelcombinatie van alcohol en water maakt wateroplosbare en alcoholoplosbare fytochemicaliën vrij uit paddenstoelen zoals chaga.
Daarom is extractie fundamenteel voor het verkrijgen van zuivere en krachtige paddenstoelenextracten.
Andere oplosmiddelen die voor de extractie van Inonotus obliquus worden gebruikt, zijn onder andere isopropanol, methanol, methanol met 10% azijnzuur en ethylacetaat. Voor extracten van voedingsmiddelenkwaliteit wordt een niet-toxisch oplosmiddel aanbevolen, aangezien na verwijdering van het oplosmiddel (bijv. door verdamping) soms resterende sporen in het extract kunnen achterblijven.

Waarom leveren ultrasone baden onvoldoende resultaten bij chaga-extractie?

Ultrasone baden worden vaak gebruikt voor milde reinigingstoepassingen. In een ultrasoon bad treedt akoestische cavitatie ongecontroleerd op en is deze ongelijkmatig verdeeld over een relatief grote tank. Als u een glazen bekerglas met uw mengsel van paddenstoelen en oplosmiddel in een ultrasoon bad plaatst, moeten de toch al zwakke ultrasone golven door de wanden van het bekerglas gaan, waardoor de intensiteit van het ultrasone geluid nog verder afneemt. Dit betekent dat de ultrasone intensiteit van een ultrasone reinigingstank te zwak is voor een efficiënte paddenstoelenextractie. De celwanden van paddenstoelen bevatten chitine, een taai materiaal dat paddenstoelcellen zeer stijf en moeilijk te ontsluiten maakt. Om de bioactieve verbindingen vrij te maken uit paddenstoelen zoals chaga, is ultrasoon geluid met hoge intensiteit nodig. Ultrasone sondes creëren veel intensere akoestische cavitatie, de kracht die schimmelcelwanden openbreekt.
 

De grafiek van de UV-Vis-analyse toont de vergelijking tussen de extractie van chagapaddenstoelen met een ultrasone sonde en met een ultrasoon bad. De sonicator met sonde UP100H (zwarte curve) levert aanzienlijk hogere opbrengsten aan bioactieve chagaverbindingen.

 
Lees meer over de verschillen tussen ultrasone sondes en ultrasone baden en bekijk hoe hun extractie-efficiëntie zich tot elkaar verhoudt!

Sonicatoren met hoge prestaties voor chaga-extractie

Ultrasone extractie is een betrouwbare verwerkingstechnologie die de productie van hoogwaardige extracten uit verschillende grondstoffen zoals chaga en andere paddenstoelen vergemakkelijkt en versnelt. Het portfolio van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige assortiment, van compacte laboratoriumsonicatoren tot industriële extractiesystemen. Daardoor kunnen wij bij Hielscher u de meest geschikte sonicator voor uw beoogde procescapaciteit bieden. Onze medewerkers met jarenlange ervaring begeleiden u van haalbaarheidstests en procesoptimalisatie tot de installatie van uw ultrasone systeem op het uiteindelijke productieniveau.
Dankzij de geringe benodigde ruimte van onze ultrasone extractoren en hun veelzijdige installatiemogelijkheden passen ze zelfs in pectineverwerkingsfaciliteiten met weinig ruimte. Ultrasone processoren worden wereldwijd geïnstalleerd in productiefaciliteiten voor voedingsmiddelen, geneesmiddelen en voedingssupplementen.

Hielscher Ultrasonics – Geavanceerde extractieapparatuur

Het productportfolio van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige assortiment ultrasone extractoren met hoge prestaties, van kleine tot grote schaal. Aanvullende accessoires maken het eenvoudig om de meest geschikte configuratie van ultrasone apparatuur voor uw chaga-extractieproces samen te stellen. De optimale ultrasone opstelling hangt af van de beoogde capaciteit, het volume, de grondstof, het batch- of inlineproces en de tijdsplanning.

Batchverwerking en continue doorstroomverwerking

Sonicatoren van Hielscher kunnen worden gebruikt voor batchverwerking en continue doorstroomverwerking. Ultrasone batchverwerking is ideaal voor procestests, optimalisatie en productie op kleine tot middelgrote schaal. Voor het produceren van grote volumes chagapaddenstoelen kan inlineverwerking voordeliger zijn. Een continu inline-mengproces vereist een geavanceerde opstelling – bestaande uit een pomp, slangen of leidingen en tanks – maar is zeer efficiënt, snel en vereist aanzienlijk minder arbeid. Alle industriële systemen kunnen onder verhoogde druk worden gebruikt, wat de cavitatie en daarmee de extractie-efficiëntie verhoogt. Hielscher Ultrasonics heeft de meest geschikte extractieopstelling voor uw extractievolume en procesdoelen.

Ultrasone extractoren voor elke productiecapaciteit

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige spectrum van ultrasone processoren, van compacte laboratoriumsonicatoren via tafelmodellen en pilotsystemen tot volledig industriële ultrasone processoren met de capaciteit om vrachtwagenladingen per uur te verwerken. Dankzij het volledige productassortiment kunnen wij u de meest geschikte ultrasone extractor bieden voor uw chaga en andere paddenstoelen, uw procescapaciteit en uw productiedoelen.
Ultrasone tafelmodellen zijn ideaal voor haalbaarheidstests en procesoptimalisatie. Lineaire opschaling op basis van vastgestelde procesparameters maakt het zeer eenvoudig om de verwerkingscapaciteit te verhogen van kleinere partijen tot volledig commerciële productie. Opschaling kan worden gerealiseerd door een krachtigere ultrasone extractoreenheid te installeren of door meerdere sonicatoren parallel te clusteren. Met de UIP16000 biedt Hielscher de krachtigste ultrasone extractor ter wereld.

Nauwkeurig regelbare amplitudes voor optimale resultaten

Alle sonicatoren van Hielscher zijn nauwkeurig regelbaar en daardoor betrouwbare werkpaarden in de productie. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en doeltreffendheid van de ultrasone extractie van fytochemicaliën uit chagapaddenstoelen (Inonotus obliquus) beïnvloeden.
Alle processoren van Hielscher Ultrasonics maken een nauwkeurige instelling van de amplitude mogelijk. Sonotrodes en boosterhoorns zijn accessoires waarmee de amplitude over een nog groter bereik kan worden aangepast. De industriële ultrasone processoren van Hielscher kunnen zeer hoge amplitudes leveren en bieden de vereiste ultrasone intensiteit voor veeleisende toepassingen. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden toegepast bij 24/7-bedrijf.
Nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente bewaking van de ultrasone procesparameters via slimme software bieden u de mogelijkheid om uw paddenstoelengrondstof onder de meest effectieve ultrasone omstandigheden te behandelen. Optimale sonicatie voor de beste extractieresultaten!
De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7-bedrijf onder zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk. Dit maakt de ultrasone apparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werkinstrument dat aan uw extractievereisten voldoet.

Eenvoudig, risicovrij testen

Ultrasone processen kunnen volledig lineair worden geschaald. Dit betekent dat elk resultaat dat u met een laboratoriumsonicator of tafelmodel hebt behaald, kan worden geschaald naar exact dezelfde output met exact dezelfde procesparameters. Dit maakt ultrasone behandeling ideaal voor risicovrije haalbaarheidstests, procesoptimalisatie en daaropvolgende implementatie in commerciële productie. Neem contact met ons op om te ontdekken hoe sonicatie uw productie van chaga-extracten kan verhogen.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en vervaardigd in Duitsland

Als bedrijf in familiebezit en onder familieleiding geeft Hielscher prioriteit aan de hoogste kwaliteitsnormen voor zijn ultrasone processoren. Alle sonicatoren worden ontworpen, vervaardigd en grondig getest op ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid en betrouwbaarheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maken deze tot een werkpaard in uw productie. 24/7-bedrijf onder volledige belasting en in veeleisende omgevingen is een vanzelfsprekend kenmerk van de extractoren met hoge prestaties van Hielscher.
U kunt een ultrasone processor van Hielscher kopen in elke gewenste grootte en exact geconfigureerd voor uw procesvereisten voor paddenstoelenextractie. Van het behandelen van schimmels in een klein laboratoriumbekerglas tot het continu mengen van paddenstoelensuspensies in een doorstroomproces op industriële schaal, Hielscher Ultrasonics biedt u een geschikte sonicator! Neem contact met ons op – wij adviseren u graag over de ideale ultrasone opstelling!

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren: