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, waaronder ultrasone extractie, superkritische CO₂ extractie, ethanolextractie, maceratie onder andere 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 bij een hoogscherpe mixer zorgt een ultrasoonapparaat alleen voor mechanische schuifkrachten in het procesmedium. De ultrasone extractie zelf is een niet-thermische, chemisch-vrije extractietechniek.
Wat is akoestische cavitatie? – Akoestische of ultrasone cavitatie treedt op bij hoog vermogen, laagfrequente ultrasone golven worden gekoppeld tot een slurry bestaande uit botanisch materiaal in een vloeistof (oplosmiddel). Krachtige ultrasone golven worden via een ultrasone processor van het sonde-type in de botanische drijfmest gekoppeld. Hoog energetische ultrasone golven reizen door de vloeistof waardoor er afwisselend hoge druk/lage druk cycli ontstaan, wat resulteert in het fenomeen van akoestische cavitatie. Akoestische of ultrasone cavitatie leidt plaatselijk tot extreme omstandigheden zoals zeer hoge drukverschillen en hoge schuifkrachten. Wanneer cavitatiebellen imploderen op het oppervlak van vaste stoffen (zoals deeltjes, plantencellen, weefsels enz.), genereren micro-jets en interparticulaire botsingen effecten zoals afbraak van deeltjes, sonoporatie (de perforatie van celwanden en celmembranen) en celverstoring. Bovendien zorgt de implosie van cavitatiebellen in vloeibare media voor turbulenties en agitatie, wat de massatransfer tussen het celinterieur en het omringende oplosmiddel bevordert. Ultrasone bestraling is een zeer efficiënte manier om massatransferprocessen te verbeteren, aangezien sonicatie resulteert in cavitatie en de bijbehorende mechanismen zoals micros-beweging 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).
Zo is voor de ultrasone ethanolextractie van cannabinoïden geen winterharding (ontwaseming) nodig, een stap die nodig is bij andere extractiemethoden zoals CO₂ extractie om de was te verwijderen.

Ethanolwinning heeft verschillende effecten, afhankelijk van de temperatuur van het ethanol. Verwarmde ethanol wordt vaak gebruikt voor de productie van full-spectrum-extracten, die worden gewaardeerd om hun entourage-effect. Aan de andere kant wordt ijskoude ethanol bij voorkeur gebruikt voor de productie van kruiden- of cannabisdistillaten. Voor de extractie in ijskoude ethanol is geen filtratie achteraf nodig. Aangezien ultrasone extractie een niet-thermische behandeling is, kan het worden gebruikt met warme of gekoelde/ijskoude ethanol. Ultrasone reactoren in een jasje helpen om de gewenste verwerkingstemperatuur te behouden tijdens de behandeling. De digitale besturing en de slimme software van de ultrasonicator bewaakt de verwerkingstemperatuur via een insteekbare temperatuursensor en kan 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

• 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.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
• Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
• V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.

---

---