Meest efficiënte extractiemethode voor botanische extracten

Bent u op zoek naar een krachtige en betrouwbare extractieopstelling om hoogwaardige botanische extracten te produceren? Hier vindt u een vergelijking van gangbare extractietechnieken zoals ultrasone extractie, superkritische CO2-extractie, ethanolextractie, maceratie en hun voor- en nadelen.

Wat zijn botanische extracten?

Botanische producten zoals bladeren, bloemblaadjes, bloemen, stengels, wortels en schors bevatten krachtige bioactieve stoffen (fyto-chemische stoffen), die worden gebruikt in voedingsmiddelen en dranken, voedingssupplementen, therapeutische en farmaceutische producten en in cosmetische producten. Prominente voorbeelden van botanische extracten zijn antioxidanten, vitaminen (bijv. vitamine A, C, E, K; B-vitaminen), eiwitten (bijv. hennep, soja), polyfenolen, flavonoïden, terpenen, cannabinoïden (bijv. CBD, CBG, THC), oligosacchariden, en lipiden (bijv. omega-3s uit vlaszaden of hennepzaad).
Antioxidanten werken als een krachtig verdedigingsmechanisme dat voorkomt dat de lichaamscellen beschadigd raken door veroudering, stress, ontsteking en ziekte. Onderzoek toont ook aan dat antioxidanten kunnen bijdragen aan het verbeteren van het immuunsysteem en dat ze kankerbestrijdende eigenschappen hebben. Bovendien voorkomen antioxidanten de oxidatie van producten en verlengen ze daarmee hun stabiliteit en houdbaarheid. Daarom worden antioxidanten toegevoegd aan veel voedingsmiddelen en dranken, voedingssupplementen, therapeutische en cosmetische producten. Zeer prominente voorbeelden van antioxidanten zijn vitamine E (α-tocoferol), vitamine C (ascorbinezuur), bèta-caroteen en glutathion.
Antioxidanten en andere bioactieve stoffen kunnen ofwel worden geëxtraheerd uit natuurlijke materialen zoals planten of algen, ofwel kunstmatig worden gesynthetiseerd. Bioactieve stoffen, die uit een natuurlijke bron worden gewonnen, vertonen een hogere biobeschikbaarheid, bio-toegankelijkheid en daardoor een verhoogde potentie. Daarom worden in hoogwaardige supplementen natuurlijk geëxtraheerde fyto-chemicaliën gebruikt.

Extractie van hoogwaardige extracten uit plantaardige producten

Voor hoogwaardige botanische extracten is niet alleen de grondstof (plantaardig materiaal) essentieel, maar ook de toegepaste extractietechniek is cruciaal. Plantenextracten zijn temperatuurgevoelig, wat betekent dat ze door warmte worden afgebroken. Het is daarom cruciaal om te kiezen voor een niet-thermische extractiemethode.
De keuze van het extractiemiddel is een andere belangrijke factor, die van invloed is op de kwaliteit van het extract. Oplosmiddelen zoals hexaan, methanol, butaan en andere agressieve chemicaliën kunnen het extract verontreinigen. Hoewel oplosmiddelen na de extractie worden verwijderd, kunnen in het uiteindelijke extract sporen van giftige oplosmiddelen worden gevonden. Water, alcohol, ethanol, glycerine of plantaardige oliën zijn veilige, niet-giftige oplosmiddelen en goedgekeurd door de FDA voor consumptie.

Hoe werkt ultrasone extractie?

Ultrasone extractie is gebaseerd op het werkingsprincipe van ultrasone akoestische cavitatie en is een zuiver mechanische behandeling. Net als een high-shear mixer creëert een ultrasoonapparaat alleen mechanische afschuifkrachten in het procesmedium. Ultrasone extractie zelf is een niet-thermische, chemicaliënvrije extractietechniek.
Wat is akoestische cavitatie? – Akoestische of ultrasone cavitatie treedt op wanneer ultrageluidsgolven met een hoog vermogen en een lage frequentie worden gekoppeld aan een slurry van plantaardig materiaal in een vloeistof (oplosmiddel). Ultrasone golven met hoog vermogen worden via een ultrasone processor van het sondetype aan de botanische slurry gekoppeld. Ultrasone golven met hoge energie bewegen door de vloeistof en creëren afwisselend hoge-druk/lage-druk cycli, wat resulteert in het fenomeen van akoestische cavitatie. Akoestische of ultrasone cavitatie leidt plaatselijk tot extreme omstandigheden zoals zeer hoge drukverschillen en hoge afschuifkrachten. Wanneer cavitatiebellen imploderen aan het oppervlak van vaste stoffen (zoals deeltjes, plantencellen, weefsels, enz.), veroorzaken micro-jets en inter-particulaire botsingen effecten zoals deeltjesafbraak, sonoporatie (de perforatie van celwanden en celmembranen) en celdisruptie. Bovendien creëert de implosie van cavitatiebellen in vloeibare media turbulenties en agitatie, die de massaoverdracht tussen het celinterieur en het omringende oplosmiddel bevordert. Ultrasone bestraling is een zeer efficiënte manier om de massaoverdrachtprocessen te verbeteren, aangezien sonicatie resulteert in cavitatie en de daarmee samenhangende mechanismen zoals microbewegingen door vloeistofstralen, compressie en decompressie in het materiaal met de daaropvolgende verstoring van de celwanden.
Afhankelijk van de grondstof kan het ultrasoon extractieproces hoge intensiteiten vereisen, bijvoorbeeld om stijve plantencellen of materiaal met een hoge cellulosehoeveelheid te breken. Sonde-type ultrasonicatoren kunnen zeer hoge amplitudes genereren, wat nodig is om impactvolle cavitatie te genereren. Hielscher Ultrasonic produceert hoogwaardige ultrasone extractoren, die gemakkelijk amplitudes van 200 µm kunnen genereren in continue 24/7 werking. Voor nog hogere amplitudes biedt Hielscher specifieke high-amplitude sonotrodes (sondes) aan.
Drukbare ultrasone reactoren en stromingscellen worden gebruikt om de cavitatie te intensiveren. Met toenemende druk worden cavitatie en cavitatieschuifkrachten destructief en verbeteren daardoor de ultrasone extractie-effecten.

Extract Fytochemicaliën en Bioactieve verbindingen met Sonication

Ultrasone extractie wordt gebruikt om een grote verscheidenheid aan bioactieve stoffen (zogenaamde fyto-chemicaliën) uit botanische producten vrij te maken en te isoleren.
De lijst hieronder geeft u een klein overzicht van ultrasonisch geëxtraheerde fyto-chemicaliën:

• CBD en andere Cannabinoïden uit Cannabis en Hennep
• terpenen
• gember
• Capsaïcine uit de pepers
• Cafeïne uit koffiebonen
• Astaxanthine uit algen
• Allicine van Knoflook
• Catechins (EGEC) van Tea
• Ellagitannines van Granaatappel
• Ayurvedische kruidenextracten
• Nicotine uit tabak
• essentiële oliën
• Pectines van citrusvruchtenschillen

Oplosmiddelen voor ultrasone extractie

Ultrasone extractie is compatibel met bijna elk oplosmiddel. Meestal worden ethanol, water, ethanol/watermix, glycerine en plantaardige oliën gebruikt voor de extractie van bioactieve verbindingen uit botanische producten, omdat deze oplosmiddelen als veilig voor consumptie worden beschouwd en gemakkelijk te gebruiken zijn.
Lees meer over de oplosmiddelen die gebruikt worden voor ultrasone extractie!

De voordelen van ultrasone ethyleenextractie

Ethanol is een van de meest gebruikte oplosmiddelen met ultrasone extractie vanwege de veiligheid (FDA-goedgekeurd voor gebruik), de werkzaamheid en de brede solvabiliteit. Ultrasone ethanolextractie overtreft andere oplosmiddelen en andere extractietechnologieën met kostenefficiëntie, lineaire schaalbaarheid, eenvoud en veiligheid.
De superieure werkzaamheid van ethanol als oplosmiddel is gekoppeld aan de chemische samenstelling van een koolwaterstofstaart en een enkele hydroxylgroep. Door deze chemische samenstelling kan ethanol een zeer breed spectrum van stoffen oplossen en extraheren, uit polyfenolen, flavonoïden, terpenen, cannabinoïden en lipiden (oliën).
Bijvoorbeeld, ultrasone ethanolextractie van cannabinoïden hoeft niet te worden overwinterd (ontwaxen), een stap die nodig is met andere extractiemethoden zoals CO2-extractie om de wassen te verwijderen.

Ethanolextractie heeft verschillende effecten, afhankelijk van de ethanoltemperatuur. Verwarmde ethanol wordt vaak gebruikt om full-spectrum extracten te produceren, die gewaardeerd worden om hun entourage effect. IJskoude ethanol wordt daarentegen bij voorkeur gebruikt om kruiden- of cannabisdistillaten te produceren. Voor de extractie in ijskoude ethanol is geen latere filtratie nodig. Aangezien ultrasone extractie een niet-thermische behandeling is, kan zij worden gebruikt met warm/warme of gekoelde/ijskoude ethanol. De ultrasone reactoren met mantel helpen om de gewenste verwerkingstemperatuur te handhaven tijdens de behandeling. De digitale besturing en slimme software van de ultrasone reactor bewaken de verwerkingstemperatuur via een insteekbare temperatuursensoren en kunnen worden geprogrammeerd om de extractiebehandeling te stoppen of te pauzeren wanneer de temperatuur van het medium buiten een bepaald bereik komt.

Koop de meest efficiënte ultrasone extractie-apparatuur

Hielscher Ultrasonics' hoogwaardige afzuigsystemen zijn beschikbaar op elke schaal, van kleine labo's, middelgrote proefschalen tot volledig industriële productie van enkele tonnen per uur. Afhankelijk van de doorvoercapaciteit kunnen Hielscher ultrasone extractoren in batch of continu inline modus worden gebruikt. De keuze van het oplosmiddel is aan u, want Hielscher ultrasoonmachines kunnen in combinatie met elk oplosmiddel worden gebruikt. Alle ultrasone afzuigapparaten zijn eenvoudig en veilig te bedienen. Afhankelijk van uw grondstof, procescapaciteiten en outputdoel biedt Hielscher u de meest geschikte ultrasonicator.
Ultrasone extractieprocessen worden beïnvloed door de grondstof, het oplosmiddel en de doorvoer. Verschillende accessoires zoals sonotrodes (sondes) van verschillende afmetingen en vormen, boosterhoorns, flowcellen met verschillende volumes en geometrieën, insteekbare temperatuur- en druksensoren en vele andere gadgets zijn beschikbaar om de ideale ultrasone opstelling voor uw extractieproces samen te stellen.
Procesbeheersing is cruciaal om een reproduceerbaar resultaat te verkrijgen. Daarom zijn alle digitale modellen uitgerust met intelligente software, waarmee u de extractieparameters kunt aanpassen, bewaken en herzien. Door de nauwkeurige controle over de amplitude, de sonische tijd en de bedrijfscycli kunnen optimale procesresultaten worden bereikt, zoals een superieure opbrengst en de hoogste extractiekwaliteit. De automatische gegevensregistratie van het sonicatieproces is de basis voor processtandaardisatie en reproduceerbaarheid / herhaalbaarheid, die vereist zijn voor Good Manufacturing Practices (GMP).

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

Literatuur / Referenties