Ultrasone extractie van cellulair materiaal

Ultrasone extractie of sono-extractie is een technologie voor procesintensivering die werkt door krachtige ultrasone energie te koppelen aan een slurry van planten- of celweefsel. Hielscher Ultrasonics levert betrouwbare sonicatoren voor celontsluiting en extractie, van kleine laboratoriummonsters tot grote volumes bij industriële verwerking. De aantrekkelijkheid van ultrasoon ondersteunde extractie ligt in de niet-thermische behandeling van het materiaal, de eenvoudige toepassing en de schaalbaarheid van testschaal tot productieschaal.

De ultrasone apparaten van Hielscher genereren ultrageluid met een hoge intensiteit dat nauwkeurig kan worden afgestemd op uw procesvereisten.

De onderstaande lijst bevat verschillende protocollen voor ultrasone verwerking die het brede toepassingsgebied van krachtig ultrageluid in de biologie, voedselverwerking en farmaceutische productie laten zien.
Of u nu een specifieke extractie uit planten voor ogen hebt of meer algemene informatie wilt over onze ultrasone extractoren met hoge prestaties, gebruik het onderstaande contactformulier! Wij helpen u graag!

Ultrasone extractie van boldine uit boldobladeren (Peumus boldus Molina)

Ultrasone toepassing:
Een belangrijke werkzame stof in boldo is boldine ((S)-2,9-dihydroxy-1,10-dimethoxiaporphine), die naast catechine ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxy-phenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-benzopyran-3,5,7-triol) tot de belangrijkste componenten van de alkaloïden- en flavonoïdenfractie in boldobladeren behoort. Boldine is een krachtige antioxidant die peroxidatieve schade door vrije radicalen ondergaat en als efficiënte vanger van hydroxylradicalen werkt.
Extractieprocedure: Bij een typische extractieprocedure werden monsters van boldobladeren met 1L gedestilleerd water bij atmosferische druk geëxtraheerd met de sonicator UIP1000hd in batchmodus en doorstroommodus. De extractietijd varieert tussen 10 en 40 min., met een ultrasone intensiteit van 10 tot 23 W/cm², en een temperatuurbereik van 10 tot 70°C. De beste resultaten werden onder de volgende omstandigheden bereikt: een ultrasone intensiteit van 23 W/cm² gedurende 40 min. bij een temperatuur van 36°C
Resultaten: De analyseresultaten laten zien dat sonicatie met hoog vermogen de afgifte van analyten uit het plantaardige matrixmateriaal van boldo aanzienlijk sneller bevordert dan de conventionele methode: met sonicatie werd in 30 min. dezelfde opbrengst verkregen, terwijl de conventionele extractietijd 2h bedroeg.
Chemat (2013) en collega’s hebben aangetoond dat ultrasoon ondersteunde extractie de efficiëntie van plantenextractie verbetert en tegelijkertijd de extractietijd verkort bij een hogere concentratie van de extracten (dezelfde hoeveelheid oplosmiddel en plantenmateriaal). Uit de analyse bleek dat de geoptimaliseerde omstandigheden als volgt waren: sonicatievermogen van 23 W/cm² met UIP1000hd gedurende 40 min. en een temperatuur van 36°C. De geoptimaliseerde parameters van de ultrasone extractie leveren een betere extractie op dan conventionele maceratie wat betreft procestijd (30 min. in plaats van 120 min.), hogere opbrengst, hogere energie-efficiëntie, verbeterde reinheid, hogere veiligheid en betere productkwaliteit.
Aanbevolen apparaat:
UIP1000hdT met sonotrode BS2d34 en doorstroomcel
Referentie / Onderzoeksartikel:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Ultrasoon ondersteunde extractie van boldobladeren (Peumus boldus Mol.) in batchmodus en continu bedrijf. International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.

Ultrasone extractie van chlorogeenzuur uit tabaksbladeren

Ultrasone toepassing:
Voor de extractie-experimenten werden tabaksbladeren van Nicotiana tabacum vermalen tot kleinere deeltjes van ongeveer >4 x ≧2 mm. Voor de ultrasone extractieproeven werden monsters van 20g gedroogd tabaksbladmateriaal geëxtraheerd met gedestilleerd water bij temperaturen van 5°C tot 30°C. De extractie-experimenten werden uitgevoerd met extractiecycli die varieerden van 5 minuten tot 30 minuten per cyclus. Ongeveer 10 tot 15 druppels ethanol werden toegevoegd aan het berekende optimale volume van 256 ml gedestilleerd water dat nodig was om al het oplosbare chlorogeenzuur uit monsters van 20 g gedroogde tabaksbladeren te extraheren. Het optimale volume van 256 ml gedestilleerd water werd vervolgens verdeeld in deelvolumes van het extractieoplosmiddel voor gebruik in elke ultrasone extractiecyclus.
Voor de ultrasone bestraling werd een ultrasone processor UP400S (400 watt, 24 kHz) met een sonotrode H7 van titanium met een tipdiameter van 7mm gebruikt. De sonotrode H7 werd tot halverwege de hoogte van het extractiemengsel ingebracht.
Protocol: De volgende optimale omstandigheden werden vastgesteld voor de ultrasone extractie van chlorogeenzuur uit tabaksbladeren: 20g gedroogde tabaksbladeren in gedestilleerd water (optimale verhouding vloeistof tot vaste stof: 12,8mL/g) bij een verwerkingstemperatuur van 20 degC, met het ultrasone apparaat UP400S (400W, 24kHz) gedurende 3 sonicatiecycli van elk 15min (totale sonicatieduur: 45 min).
Aanbevolen apparaat:
UP400S met sonotrode H7
Referentie / Onderzoeksartikel:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optimalisatie en orthogonaal ontwerp van een ultrasoon ondersteund waterig extractieproces voor de extractie van chlorogeenzuur uit droge tabaksbladeren. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
Lees meer over de ultrasone extractie uit tabak!

Ultrasone extractie van mangiferine

Ultrasone toepassing:
Mangiferine (1,3,6,7-Tetrahydroxy-2-[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]xanthen-9-one; formule: C₁₉H₁₈O₁₁) is een polyfenol met een C-glycosylxanthonstructuur dat in veel plantensoorten voorkomt. Mangiferine vertoont verschillende farmacologische activiteiten. De regioselectieve acylering van mangiferine kan onder sonicatie zeer efficiënt door lipase worden gekatalyseerd. Vergeleken met conventionele methoden onderscheidt ultrasoon ondersteunde katalyse zich door de voordelen van een kortere reactietijd en hogere opbrengsten. De optimale omstandigheden voor de ultrasone acylering van mangiferine werden als volgt vastgesteld:
lipase: PCL, acyldonor: vinylacetaat; reactieoplosmiddel: DMSO, reactietemperatuur: 45 degC, ultrasoon vermogen: 200W; substraatverhouding: acyldonor/mangiferine 6/1, enzymdosering: 6 mg/ml
De opbrengst van de regioselectieve acylering bedroeg tot 84%.
Aanbevolen apparaat:
UP200St of UP200Ht
Referentie / Onderzoeksartikel:
vgl.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): Het effect van ultrageluid op lipasegekatalyseerde regioselectieve acylering van mangiferine in niet-waterige oplosmiddelen. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Ultrasone extractie van capsaïcinoïden

Ultrasone toepassing:
Extractie van capsaïcinoïden (capsaïcine, nordihydrocapsaïcine) uit chilipepers: Capsaïcinoïden uit pepers van Capsicum frutescens werden verkregen via ultrasone extractie onder de volgende omstandigheden: oplosmiddel: 95% (v/v) ethanol, verhouding oplosmiddel/massa van 10 ml/g, extractietijd met sonicatie van 40 min., extractietemperatuur van 45°C. Extractieopbrengst: 85% van de capsaïcinoïden
Aanbevolen apparaat:
UP400St
Lees meer over de ultrasoon ondersteunde extractie van capsaïcinoïden uit chilipepers!

Ultrasone extractie van silymarine uit mariadistelzaden

Ultrasone toepassing:
Ultrasoon ondersteunde extractie werd uitgevoerd met een sonicator UP400S. In dit onderzoek werd een ultrasone hoornsonde met een diameter van 1,5 cm gebruikt. 10 g ontvet mariadistelpoeder werd nauwkeurig afgewogen en opgelost in 100 mL methanol. Het bekerglas werd in een waterbad gehouden en op een temperatuur van 25°C gehandhaafd. Het in oplosmiddel opgeloste mariadistelpoeder werd gedurende verschillende tijdsintervallen gesoniceerd (30, 60, 90, 120 en 150 min.). Na elk tijdsinterval werd de oplossing door Whatman-filterpapier gefiltreerd en werd elk filtraat (ongeveer 80mL) met een rotatieverdamper ingedampt totdat 30 mL oplossing overbleef. De absorbantie van fenolische verbindingen werd vervolgens volgens de DPPH-methode gemeten met een UV-Vis-spectrofotometer bij een golflengte van 517 nm. Zoals verwacht resulteerden langere extractietijden in hogere silymarinegehalten.
De auteurs van het onderzoek stelden vast dat ultrasone extractie voor het verkrijgen van alcoholische extracten een van de beste technieken is om conventionele technieken te vervangen. Er werd aangetoond dat ultrasone extractie een betere extractkwaliteit oplevert. Verdere voordelen zijn tijdsbesparing, een hogere efficiëntie enz.
Aanbevolen apparaat:
UP400St
Referentie / Onderzoeksartikel:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ultrasoon ondersteunde extractie van silymarinecomponenten uit mariadistelzaden (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311–318.
Lees meer over de ultrasone extractie van silymarine uit mariadistelzaden!

Ultrasone extractie van stevioside

Ultrasone toepassing:
Monsters van 10g droge, gemalen steviabladeren werden onder voortdurend roeren (met een magneetroerder) geëxtraheerd in 100mL water. De pH-waarde werd gereguleerd met 0,01 M natriumfosfaat met pH 7. Het monster werd in een glazen bekerglas van 150 mL geplaatst en gesoniceerd met een sonicator met sonde UIP500hT (20kHz, 500W). De tip van de sonotrode werd ongeveer 1,5 cm ondergedompeld in de slurry van steviabladeren. Het ultrasone apparaat werd ingesteld op een uitgangsvermogen van 350W. Een milde sonicatiebehandeling van 350 W gedurende 5–10 min. bij een constante procestemperatuur van 30°C leverde een opbrengst aan rebaudioside A van 30–34g per 100g monster op. Na sonicatie werd de extractoplossing gecentrifugeerd en gefiltreerd door een microporeus membraan van 0,45 μm; het filtraat werd gebruikt voor de analyse van het totale gehalte aan rebaudioside A. De extractieopbrengst van het totale gehalte aan rebaudioside A werd met HPLC geanalyseerd.
Met de oplosmiddelvrije, ultrasoon ondersteunde extractie werd een hoge opbrengst aan rebaudioside A verkregen in vergelijking met traditionele extractiemethoden zoals extractie met warmte of maceratie.
Aanbevolen apparaat:
UIP500hdT
Lees meer over ultrasone extractie uit stevia!

Ultrasone extractie van terpenen

Ultrasone toepassing:
De extractie van vluchtige verbindingen, zoals terpenen, uit de bloeiwijzen van een vezelcultivar van Cannabis sativa L. kan ultrasoon worden verbeterd. Onderzoeken hebben aangetoond dat de beoogde terpenen na een korte sonicatie al uit het plantenmateriaal vrijkomen.
De resultaten laten zien dat met een ultrasone behandeling van maximaal 5 min een hogere concentratie terpenen kan worden verkregen dan met maceratie. Een ultrasone behandeling van langer dan 5 min verhoogde daarentegen de concentratie δ-9-tetraidrocannabinol (THC).
Sonicatieprotocol:
De ultrasoon ondersteunde extractie van terpenen werd uitgevoerd met een sonicator met sonde van 200W. Het ultrasone apparaat werd ingesteld op een amplitude van 25%. Aan drie aliquots van elk 50g gedroogde bloeiwijzen werd elk 250mL 70% ethanol v/v toegevoegd, dat als extractieoplosmiddel werd gebruikt. Elk bekerglas met inhoud werd ondergedompeld in een ijsbad. De sonicatie werd gedurende 5, 10 en 15 min. uitgevoerd. Tijdens de procedure voor ultrasone extractie werd gezorgd voor een continue, snelle warmteafvoer om de procestemperatuur onder 30°C te houden. Na de extractie werden de mengsels onder vacuüm door Whatman No. 3-papier gefiltreerd en werd het oplosmiddel verwijderd door rotatieverdamping onder vacuüm. Elke extractieproef werd in drievoud uitgevoerd met drie verschillende monsters.
Sonicatie bleek een interessant alternatief voor maceratie voor het extraheren van vluchtige verbindingen uit cannabisbloeiwijzen, maar de resultaten laten ook zien dat de ultrasone behandeling niet langer dan 5 minuten mag duren om een hogere terugwinning van terpenen te verkrijgen. Een ultrasone behandeling van langer dan 5 minuten verhoogde daarentegen de concentratie δ-9-tetraidrocannabinol (THC). Het extract van bloeiwijzen van Cannabis sativa dat werd verkregen door ultrasone extractie gedurende 5 min zou kunnen worden gebruikt als ingrediënt voor parfums of als smaakstof voor dranken. Het kan worden gebruikt als alternatief voor industriële hennep, waarbij de stengels worden gebruikt voor de vezelindustrie en extracten van bloeiwijzen voor de cosmetica- en voedingsindustrie.
Aanbevolen apparaat:
UP200St of UP200Ht met sonotrode / sonde S26d14
Referentie / Onderzoeksartikel:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ultrasoon ondersteunde extractie van vluchtige verbindingen uit bloeiwijzen van industriële Cannabis sativa L.”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8–14.
Lees meer over de ultrasoon ondersteunde extractie van terpenen!

Extractieopstelling voor de isolatie van stoffen uit planten: Sonicator met sonde UP400ST, Büchi-vacuümfilter en rotatieverdamper voor de extractie van fytochemicaliën.

Ultrasone extractie van vanilline uit gefermenteerde en gedroogde vanillebonen

Ultrasone toepassing:
De extractie van vanilline werd geoptimaliseerd met sonicatie. Daartoe werd het ultrasone apparaat van 100 watt in gepulseerde modus gebruikt (cycli: 5 sec. aan, gevolgd door 5 sec. uit).
De beste resultaten voor ultrasone extractie werden bereikt met 40% ethanol gedurende 1h bij 30°C. Om de resultaten te vergelijken met conventionele extractiemethoden werden ook extracties in een waterbad en een ultrasoon bad uitgevoerd. De resultaten lieten zien dat de geoptimaliseerde extractie van vanilline met een ultrasone hoorn met 40% ethanol gedurende 1h bij 30°C vergelijkbaar was met extractie in een waterbad met 40% ethanol bij 56°C gedurende 15h.
Aanbevolen apparaat:
UP100H
Referentie / Onderzoeksartikel:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Verbeterde extractie van vanilline, 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, uit gefermenteerde en gedroogde vanillebonen met ultrasoon ondersteunde extractie: Een vergelijking van ultrasoon ondersteunde extractie en extractie in een heetwaterbad. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6–12.
Lees meer over de voordelen van ultrasone extractie van vanilline!

Ultrasone extractie van fenolische verbindingen uit Ziziphus Jujube

Ultrasone toepassing:
Voor de ultrasoon ondersteunde extractie van fenolische verbindingen uit jujube (Ziziphus Jujube) werd een sonicator met sonde en een hoge intensiteit UP200H met een vermogen van 200W en een frequentie van 24kHz gebruikt. Het ultrasone apparaat was uitgerust met de sonotrode S2 met microtip (tipdiameter 2 mm), die was ondergedompeld in een waterbad waarin een glazen neerslagvat met het monster was geplaatst (binnenafmetingen: 280:195:135 mm). De amplitude van de ultrasone trillingen bedroeg 100% van het nominale vermogen (maximale amplitude van 260 μm), met een akoestisch vermogen van 0,171402 W en een intensiteit van 21,8346 W/cm2. De ultrasone intensiteit werd calorimetrisch bepaald door de temperatuurstijging van de suspensie in de tijd onder adiabatische omstandigheden te meten. De ultrasone extractieprocedure werd gebruikt voor de extractie van de totale hoeveelheid fenolische verbindingen uit monsters volgens de proefopzet (voor optimalisatie).
Aanbevolen apparaat:
UP200H met sonotrode S2
Referentie / Onderzoeksartikel:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimalisatie van de extractie van fenolische verbindingen uit jujube (Ziziphus Jujube) met een ultrasoon ondersteunde extractiemethode. IECFP 2013.

Klik hier voor meer sonicatieprotocollen voor de ultrasone behandeling van biologisch materiaal!