Meest efficiënte extractiemethode voor plantaardig materiaal

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

Extractie van plantaardig materiaal met ultrageluid versus alternatieve technieken

Extractie van plantaardig materiaal kan met verschillende technieken worden uitgevoerd. De efficiëntie, extractopbrengst en kwaliteit worden echter sterk beïnvloed door de gebruikte extractiemethode en het gebruikte protocol. Maceratie, superkritische CO2-extractie, percolatie en Soxhlet-extractie zijn gangbare extractiemethoden die vaak onvoldoende extractieresultaten opleveren.
Extractie op basis van ultrageluid is een geavanceerde isolatietechniek die traditionele extractiemethoden op verschillende punten overtreft.
Extractie op basis van ultrageluid met een ultrasone sonde is een zeer doeltreffende methode om verbindingen uit planten en andere materialen te extraheren. Vergeleken met andere methoden, zoals maceratie, CO2-extractie, percolatie en microgolfextractie, onderscheidt ultrasone extractie met een sonde zich door verschillende voordelen:

• Snellere extractie: Ultrasone extractie met een sonde kan verbindingen veel sneller extraheren dan maceratie en percolatie. Dit komt doordat ultrasone golven cavitatiebellen in het oplosmiddel creëren. Deze veroorzaken microschokken die helpen celwanden af te breken en de verbindingen sneller vrij te maken.
• Hogere opbrengst: Ultrasone extractie met een sonde kan een hogere opbrengst aan verbindingen opleveren dan maceratie, CO2-extractie en percolatie. Dit komt doordat de ultrasone golven helpen meer van de doelverbindingen vrij te maken uit het materiaal waaruit wordt geëxtraheerd.
• Efficiënter: Ultrasone extractie met een sonde is efficiënter dan maceratie, CO2-extractie, percolatie en Soxhlet-extractoren, omdat er minder oplosmiddel nodig is om dezelfde hoeveelheid verbindingen te extraheren. Dit komt doordat de ultrasone golven helpen de oplosbaarheid van de doelverbindingen in het oplosmiddel te vergroten.
• Veelzijdigheid: Ultrasone extractie met een sonde kan worden gebruikt om een breed scala aan verbindingen uit verschillende materialen te extraheren, waaronder zowel hydrofiele als hydrofobe verbindingen. Dit betekent dat ultrageluid ook uitstekend geschikt is voor de productie van volspectrumextracten.
• Lage kosten: Ultrasone extractie met een sonde is over het algemeen goedkoper dan CO2-extractie, percolatie, maceratie en Soxhlet-extractie, omdat er geen hogedrukapparatuur of tijdrovende arbeid voor nodig is.
• Milieuvriendelijk: Ultrasone sondes maken milieuvriendelijke extractie mogelijk, omdat er minder oplosmiddel en energie nodig zijn dan bij andere methoden en er minder afval ontstaat. Hoewel sonicatie compatibel is met alle oplosmiddelen, kunnen giftige oplosmiddelen dankzij de hoge efficiëntie van sonicatie grotendeels worden vermeden. Ethanol, waterige ethanol en water zijn uitstekende oplosmiddelen voor ultrasone extractie van plantaardig materiaal.

Vergeleken met traditionele technieken voor de extractie van plantaardig materiaal biedt ultrasone extractie met een sonde aanzienlijke voordelen. Dit verklaart het wijdverbreide gebruik van ultrasone extractie voor talrijke bioactieve verbindingen uit planten.

Winning van hoogwaardige extracten uit plantaardig materiaal

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

Stapsgewijs protocol voor de extractie van plantaardig materiaal met een ultrasone sonde

Hoe worden bioactieve verbindingen met sonicatie via een sonde uit planten geëxtraheerd? Hieronder vindt u een stapsgewijze instructie voor de extractie van fytochemicaliën en bioactieve verbindingen uit plantaardig materiaal zoals bladeren, bloemblaadjes, vruchtlichamen, stengels, wortels of wortelstokken!

1. Eerst wordt het plantaardige materiaal gemalen of in kleine stukken gehakt om het oppervlak voor extractie te vergroten.
2. Vervolgens wordt het plantaardige materiaal gemengd met een oplosmiddel (zoals ethanol of water) om de polyfenolen te extraheren.
3. Daarna wordt sonicatie met een sonde gebruikt om het extractieproces te ondersteunen door ultrasone golven met een hoge intensiteit en een lage frequentie van ca. 20kHz op het mengsel toe te passen. Dit veroorzaakt akoestische cavitatie en snelle trillingen van het oplosmiddel, wat de desintegratie en ontsluiting van de plantencellen en het vrijkomen van bioactieve stoffen zoals polyfenolen, flavonoïden en vitaminen bevordert.
4. Vervolgens wordt het mengsel gefilterd om het vaste plantaardige materiaal te scheiden van de vloeistof die de geëxtraheerde bioactieve verbindingen bevat.
5. Daarna wordt de vloeistof ingedampt of verder verwerkt om het oplosmiddel te verwijderen en de bioactieve moleculen te concentreren.
6. Het eindproduct is een extract dat rijk is aan bioactieve stoffen en kan worden gebruikt in verschillende toepassingen, zoals voedingssupplementen, functionele voedingsmiddelen en cosmetica.

Opmerking: Dit is een overzicht van het proces. De specifieke omstandigheden (oplosmiddel, verhouding tussen plantaardig materiaal en oplosmiddel, extractietijd, sonicatievermogen enz.) kunnen variëren afhankelijk van de plantaardige bron en het gewenste gehalte aan bioactieve stoffen.

Hoe werkt ultrasone extractie?

Ultrasone extractie is gebaseerd op het werkingsprincipe van ultrasone akoestische cavitatie en is een zuiver mechanische behandeling. Net als een menger met hoge afschuiving creëert een sonicator uitsluitend mechanische afschuifkrachten in het procesmedium. Ultrasone extractie zelf is een niet-thermische extractietechniek zonder chemicaliën.
Wat is akoestische cavitatie? – Akoestische of ultrasone cavitatie treedt op wanneer ultrasone golven met een hoog vermogen en een lage frequentie worden gekoppeld aan een suspensie van plantaardig materiaal in een vloeistof (oplosmiddel). Ultrasone golven met een hoog vermogen worden via een ultrasone processor met een sonde aan de suspensie van plantaardig materiaal gekoppeld. Zeer energierijke ultrasone golven bewegen door de vloeistof en creëren afwisselende cycli van hoge druk / lage druk, wat resulteert in het verschijnsel akoestische cavitatie. Akoestische of ultrasone cavitatie leidt plaatselijk tot extreme omstandigheden, zoals zeer hoge drukverschillen en hoge afschuifkrachten. Wanneer cavitatiebellen imploderen op het oppervlak van vaste stoffen (zoals deeltjes, plantencellen, weefsels enz.), veroorzaken microstralen en botsingen tussen deeltjes effecten zoals de afbraak van deeltjes, sonoporatie (de perforatie van celwanden en celmembranen) en celontsluiting. Bovendien veroorzaakt de implosie van cavitatiebellen in vloeibare media turbulentie en menging, wat de massaoverdracht tussen het celinterieur en het omringende oplosmiddel bevordert. Ultrasone bestraling is een zeer efficiënte manier om massaoverdrachtsprocessen te verbeteren, omdat sonicatie cavitatie veroorzaakt en daarmee samenhangende mechanismen, zoals microscopische bewegingen door vloeistofstralen, compressie en decompressie in het materiaal, met daaropvolgende ontsluiting van celwanden.
Afhankelijk van de grondstof kan het ultrasone extractieproces hoge intensiteiten vereisen, bijvoorbeeld om stugge plantencellen of materiaal met een hoog cellulosegehalte af te breken. Sonicators met een sonde kunnen zeer hoge amplitudes genereren, wat nodig is om krachtige cavitatie te veroorzaken. Hielscher Ultrasonic produceert ultrasone extractoren met hoge prestaties die gemakkelijk amplitudes van 200µm kunnen genereren bij continu bedrijf, 24/7. Voor nog hogere amplitudes biedt Hielscher specifieke sonotrodes (sondes) voor hoge amplitudes aan.
Ultrasone reactoren en doorstroomcellen die onder druk kunnen worden gezet, worden gebruikt om de cavitatie te versterken. Bij toenemende druk worden cavitatie en de door cavitatie veroorzaakte afschuifkrachten destructiever, waardoor de effecten van ultrasone extractie worden verbeterd.

Extraheer fytochemicaliën en bioactieve verbindingen met sonicatie

Ultrasone extractie wordt gebruikt om een grote verscheidenheid aan bioactieve verbindingen (zogenoemde fytochemicaliën) uit plantaardig materiaal vrij te maken en te isoleren.
De onderstaande lijst geeft u een beknopt overzicht van ultrasoon geëxtraheerde fytochemicaliën:

• CBD en andere cannabinoïden uit cannabis en hennep
• Terpenen
• Gember
• Rozemarijn
• Capsaïcine uit chilipepers
• Cafeïne uit koffiebonen
• Astaxanthine uit algen
• Allicine uit knoflook
• Catechinen (EGEC) uit thee
• Propolis
• Ellagitanninen uit granaatappel
• Ayurvedische kruidenextracten
• Nicotine uit tabak
• Etherische oliën
• Fytochemicaliën uit brandnetel
• Pectinen uit schillen van citrusvruchten
• Polyfenolen uit mangoschillen
• Taraxacine en taraxasterol uit paardenbloem

Oplosmiddelen voor ultrasone extractie

Ultrasone extractie is compatibel met vrijwel elk oplosmiddel. Ethanol, water, een mengsel van ethanol/water, glycerine en plantaardige oliën worden het meest gebruikt voor de extractie van bioactieve verbindingen uit plantaardig materiaal, omdat deze oplosmiddelen als veilig voor consumptie worden beschouwd en gemakkelijk te gebruiken zijn.
Lees meer over oplosmiddelen die worden gebruikt voor ultrasone extractie!

De voordelen van ultrasone ethanolextractie

Ethanol is een van de meest gebruikte oplosmiddelen bij ultrasone extractie vanwege de veiligheid (door de FDA goedgekeurd voor consumptie), de doeltreffendheid en het brede oplossend vermogen. Ultrasone ethanolextractie overtreft andere oplosmiddelen en andere extractietechnologieën op het gebied van kostenefficiëntie, lineaire schaalbaarheid, eenvoud en veiligheid.
De superieure doeltreffendheid van ethanol als oplosmiddel houdt verband met de chemische samenstelling ervan: een koolwaterstofstaart en één hydroxylgroep. Door deze chemische samenstelling kan ethanol een zeer breed spectrum aan stoffen oplossen en extraheren, waaronder polyfenolen, flavonoïden, terpenen, cannabinoïden en lipiden (oliën).
Zo vereist ultrasone ethanolextractie van cannabinoïden geen winterisatie (verwijdering van wassen), een stap die bij andere extractiemethoden, zoals CO2-extractie, nodig is om de wassen te verwijderen.

Ethanolextractie vertoont verschillende effecten afhankelijk van de temperatuur van de ethanol. Verwarmde ethanol wordt vaak gebruikt om volspectrumextracten te produceren, die worden gewaardeerd om hun entourage-effect. IJskoude ethanol wordt daarentegen bij voorkeur gebruikt om kruiden- of cannabisdistillaten te produceren. Extractie in ijskoude ethanol vereist geen filtratie achteraf. Omdat ultrasone extractie een niet-thermische behandeling is, kan deze worden toegepast met hete/warme of gekoelde/ijskoude ethanol. Ultrasone reactoren met een mantel helpen de gewenste verwerkingstemperatuur tijdens de behandeling te handhaven. De digitale besturing en slimme software van de sonicator bewaken de verwerkingstemperatuur via een aansluitbare temperatuursensor en kunnen worden geprogrammeerd om de extractiebehandeling te stoppen of te onderbreken wanneer de temperatuur van het medium buiten een bepaald bereik komt.

Koop de meest efficiënte ultrasone extractieapparatuur!

De extractiesystemen met hoge prestaties van Hielscher Ultrasonics zijn verkrijgbaar op elke schaal, van kleine laboratoriumopstellingen en middelgrote pilotsystemen tot volledig industriële productie van meerdere tonnen per uur. Afhankelijk van de verwerkingscapaciteit kunnen ultrasone extractoren van Hielscher in batchmodus of in continue inline-modus worden gebruikt. U kiest zelf het oplosmiddel, omdat sonicators van Hielscher in combinatie met elk oplosmiddel kunnen worden gebruikt. Alle ultrasone extractieapparaten zijn eenvoudig en veilig te bedienen. Op basis van uw grondstof, procescapaciteit en beoogde productie biedt Hielscher u de meest geschikte sonicator.
Ultrasone extractieprocessen worden beïnvloed door de grondstof, het oplosmiddel en de verwerkingscapaciteit. Er zijn verschillende accessoires beschikbaar, zoals sonotrodes (sondes) in verschillende maten en vormen, versterkingshoorns, doorstroomcellen met verschillende volumes en geometrieën, aansluitbare temperatuur- en druksensoren en vele andere hulpmiddelen, om de ideale ultrasone opstelling voor uw extractieproces samen te stellen.
Procesregeling is cruciaal om reproduceerbare resultaten te verkrijgen. Daarom zijn alle digitale modellen uitgerust met intelligente software waarmee u extractieparameters kunt instellen, bewaken en wijzigen. Dankzij de nauwkeurige regeling van de amplitude, sonicatietijd en inschakelduur kunnen optimale procesresultaten worden bereikt, zoals een superieure opbrengst en de hoogste extractkwaliteit. De automatische gegevensregistratie van het sonicatieproces vormt de basis voor processtandaardisatie en reproduceerbaarheid / herhaalbaarheid, die vereist zijn voor Good Manufacturing Practices (GMP).

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