Meest efficiënte extractiemethode voor plantaardige producten

Ben je op zoek naar een krachtige en betrouwbare extractie-installatie om botanische extracten van hoge kwaliteit te produceren? Hier vind je een vergelijking van veelgebruikte extractietechnieken, waaronder ultrasone extractie, superkritische CO2-extractie, ethanolextractie en maceratie, en hun voor- en nadelen.

Plantenextractie met ultrageluid vs. alternatieve technieken

Extractie van botanische middelen kan via verschillende technieken worden uitgevoerd. De efficiëntie, het extractrendement en de kwaliteit worden echter sterk beïnvloed door de gebruikte extractiemethode en het protocol. Maceratie, superkritische CO2-extractie, percolatie en Soxhlet extractie zijn veelgebruikte extractiemethoden, die vaak onvoldoende extractieresultaten opleveren.
Extractie met behulp van ultrageluid is een geavanceerde isolatietechniek die traditionele extractiemethoden op verschillende punten overtreft.
Ultrasone extractie met behulp van een ultrasone sonde is een zeer effectieve methode om verbindingen uit planten en andere materialen te extraheren. Vergeleken met andere methoden zoals maceratie, CO2-extractie, percolatie en microgolfextractie, blinkt ultrasone sonde-extractie uit door verschillende voordelen:

• Snellere extractie: Ultrasone sonde-extractie kan verbindingen veel sneller extraheren dan maceratie en percolatie. Dit komt doordat ultrasone golven cavitatiebelletjes in het oplosmiddel creëren, die microschokken veroorzaken waardoor celwanden worden afgebroken en de verbindingen sneller vrijkomen.
• Hogere opbrengst: Ultrasone sonde-extractie kan een hogere opbrengst aan verbindingen extraheren dan maceratie, CO2-extractie en percolatie. Dit komt doordat de ultrasone golven helpen om meer van de doelverbindingen vrij te maken uit het materiaal dat wordt geëxtraheerd.
• Efficiënter: Ultrasone sonde-extractie is efficiënter dan maceratie, CO2-extractie, percolatie en Soxhletextractors, omdat er minder oplosmiddel nodig is om dezelfde hoeveelheid verbindingen te extraheren. Dit komt doordat de ultrasone golven helpen om de oplosbaarheid van de doelverbindingen in het oplosmiddel te verhogen.
• Veelzijdigheid: Ultrasone sonde-extractie kan worden gebruikt om een breed scala aan verbindingen uit verschillende materialen te extraheren, waaronder zowel hydrofiele als hydrofobe verbindingen. Dit betekent dat ultrasoon geluid ook uitstekend is voor de productie van extracten met een volledig spectrum.
• Lage kosten: Extractie met behulp van ultrasone sondes is over het algemeen minder duur dan CO2-extractie, percolatie, maceratie en Soxhletextractie, omdat er geen hogedrukapparatuur of tijdrovende arbeid voor nodig is.
• Milieuvriendelijk: Ultrasone sondes maken een milieuvriendelijke extractie mogelijk, omdat er in vergelijking met andere methoden minder oplosmiddel en energie nodig is en er minder afval ontstaat. Hoewel sonicatie compatibel is met alle oplosmiddelen, kunnen giftige oplosmiddelen door de hoge efficiëntie van ultrasone sondes meestal worden vermeden. Ethanol, waterige ethanol en water zijn uitstekende oplosmiddelen voor ultrasone botanische extractie.

In vergelijking met traditionele botanische extractietechnieken biedt ultrasone sonde-extractie aanzienlijke voordelen, wat het brede gebruik van ultrasone extractie voor talrijke bioactieve verbindingen uit planten verklaart.

Extractie van hoogwaardige extracten uit planten

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

Stap-voor-stap protocol van plantenextractie met een ultrasone sonde

Hoe worden bioactieve stoffen uit planten geëxtraheerd met behulp van ultrasone sonde? Hieronder vindt u een stap-voor-stap instructie voor de extractie van fytochemicaliën en bioactieve verbindingen uit plantmateriaal zoals bladeren, bloemblaadjes, vruchtlichamen, stengels, wortels of wortelstokken!

1. Eerst wordt het plantenmateriaal vermalen of in kleine stukjes gehakt om het extractieoppervlak te vergroten.
2. Het plantenmateriaal wordt vervolgens gemengd met een oplosmiddel (zoals ethanol of water) om de polyfenolen te extraheren.
3. Vervolgens wordt ultrasone sondevoeding gebruikt om te helpen bij het extractieproces door ultrageluidgolven met een hoge intensiteit en lage frequentie van ongeveer 20 kHz toe te passen op het mengsel. Dit veroorzaakt akoestische cavitatie en een snelle trilling van het oplosmiddel, wat de desintegratie en verstoring van de plantencellen bevordert en het vrijkomen van bioactieve stoffen zoals polyfenolen, flavonoïden en vitaminen.
4. Het mengsel wordt vervolgens gefilterd om het vaste plantenmateriaal te scheiden van de vloeistof die de geëxtraheerde bioactieve stoffen bevat.
5. De vloeistof wordt dan verdampt of verder verwerkt om het oplosmiddel te verwijderen en de bioactieve moleculen te concentreren.
6. Het eindproduct is een bioactief extract dat gebruikt kan worden in verschillende toepassingen zoals voedingssupplementen, functionele voeding en cosmetica.

Opmerking: Dit is een overzicht van het proces en de specifieke condities (oplosmiddel, verhouding plantaardig materiaal/oplosmiddel, extractietijd, ultrasoon vermogen, etc.) kunnen variëren afhankelijk van de plantenbron 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 high-shear mixer creëert een ultrasoon alleen mechanische schuifkrachten in het procesmedium. Ultrasone extractie zelf is een niet-thermische, chemievrije extractie techniek.
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 die bestaat uit botanisch materiaal in een vloeistof (oplosmiddel). Ultrasone golven met een hoog vermogen worden via een ultrasone processor van het probe-type gekoppeld aan de botanische slurry. Zeer energetische ultrasone golven bewegen door de vloeistof waardoor 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.), veroorzaken microstralen en botsingen tussen deeltjes effecten zoals afbraak van deeltjes, sonoporatie (de perforatie van celwanden en celmembranen) en celdisruptie. Daarnaast creëert de implosie van cavitatiebellen in vloeibare media turbulenties en agitatie, wat de massaoverdracht tussen het inwendige van de cel en het omringende oplosmiddel bevordert. Ultrasone bestraling is een zeer efficiënte manier om de processen van massaoverdracht te verbeteren, omdat sonicatie cavitatie en de bijbehorende mechanismen tot gevolg heeft, zoals microbewegingen door vloeistofstralen, compressie en decompressie in het materiaal met de daaropvolgende verstoring van de celwanden.
Afhankelijk van de grondstof kan het ultrasone extractieproces hoge intensiteiten vereisen, bijvoorbeeld om stijve plantencellen of materiaal met een hoog cellulosegehalte te breken. Ultrasone apparaten van het sonde-type kunnen zeer hoge amplitudes genereren, wat nodig is om cavitatie met impact te genereren. Hielscher Ultrasonic produceert hoogwaardige ultrasone extractoren die gemakkelijk amplitudes van 200 µm kunnen genereren bij continue 24/7 werking. Voor nog hogere amplitudes biedt Hielscher specifieke hoge amplitude sonotrodes (sondes).
Onder druk te zetten ultrasone reactoren en flowcellen worden gebruikt om de cavitatie te intensiveren. Met toenemende druk worden cavitatie en cavitatieschuifkrachten destructiever en verbeteren daardoor de ultrasone extractie-effecten.

Fytochemicaliën en bioactieve bestanddelen extraheren met Sonicatie

Ultrasone extractie wordt gebruikt om een grote verscheidenheid aan bioactieve stoffen (zogenaamde fytochemicaliën) uit plantaardige producten vrij te maken en te isoleren.
De onderstaande lijst geeft je een klein overzicht van ultrasoon geëxtraheerde fytochemicaliën:

• CBD en andere cannabinoïden uit cannabis en hennep
• terpenen
• gember
• rozemarijn
• Capsaïcine uit pepers
• Cafeïne uit koffiebonen
• Astaxanthine uit algen
• Allicine uit knoflook
• Catechinen (EGEC) uit thee
• propolis
• Ellagitanninen uit granaatappel
• Ayurvedische kruidenextracten
• Nicotine uit tabak
• essentiële oliën
• Fytochemicaliën van brandnetel
• Pectines uit schillen van citrusvruchten
• Polyfenolen uit mangoschil
• Taraxacine en taraxasterol uit paardenbloem

Oplosmiddelen voor ultrasone extractie

Ultrasone extractie is compatibel met bijna elk oplosmiddel. Meestal worden ethanol, water, ethanol/watermengsels, glycerine en plantaardige oliën gebruikt voor de extractie van bioactieve stoffen uit plantaardige stoffen, 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 (FDA-goedgekeurd voor consumptie), de efficiëntie en de brede oplosbaarheid. Ultrasone ethanolextractie overtreft andere oplosmiddelen en andere extractietechnologieën met kostenefficiëntie, lineaire schaalbaarheid, eenvoud en veiligheid.
De superieure effectiviteit 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 aan stoffen oplossen en extraheren, van polyfenolen, flavonoïden, terpenen, cannabinoïden en lipiden (oliën).
Bij ultrasone ethanolextractie van cannabinoïden is het bijvoorbeeld niet nodig om te overwinteren (ontwaxen), een stap die wel nodig is bij andere extractiemethoden zoals CO2-extractie om de wassen te verwijderen.

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

Koop de meest efficiënte ultrasone extractieapparatuur!

De hoogwaardige extractiesystemen van Hielscher Ultrasonics zijn beschikbaar op elke schaal, van kleine laboratoriumschaal en middelgrote pilotschaal tot volledig industriële productie van enkele tonnen per uur. Afhankelijk van de verwerkingscapaciteit kunnen de ultrasone extractors van Hielscher in batch- of continue inline-modus worden gebruikt. De keuze van het oplosmiddel is aan u, aangezien Hielscher ultrasone extractiemachines kunnen worden gebruikt in combinatie met elk oplosmiddel. Alle ultrasone extractieapparaten zijn eenvoudig en veilig te bedienen. Afhankelijk van uw grondstof, procescapaciteiten en outputdoelstelling biedt Hielscher u de meest geschikte ultrasoonapparatuur.
Ultrasone extractieprocessen worden beïnvloed door de grondstof, het oplosmiddel en de verwerkingscapaciteit. Diverse accessoires zoals sonotrodes (sondes) van verschillende maten en vormen, boosterhoorns, flowcellen met verschillende volumes en geometrieën, insteekbare temperatuur- en druksensoren en vele andere gadgets zijn verkrijgbaar om de ideale ultrasone opstelling voor uw extractieproces samen te stellen.
Procescontrole is cruciaal om reproduceerbare resultaten te verkrijgen. Daarom zijn alle digitale modellen uitgerust met intelligente software, waarmee extractieparameters kunnen worden aangepast, bewaakt en herzien. Dankzij de nauwkeurige regeling van amplitude, sonicatietijd en duty cycles kunnen optimale procesresultaten zoals een superieure opbrengst en de hoogste extractkwaliteit worden bereikt. 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 een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:

Literatuur / Referenties