Ultrasone extractie van cellulaire materie

Ultrasone extractie of sono-extractie is een procesversterkende technologie, die werkt door de koppeling van krachtige ultrasone trillingen in een slurry van planten- of celweefsel. Hielscher Ultrasonics levert betrouwbare ultrasone apparaten voor celdisruptie en -extractie uit kleine laboratoriummonsters tot hoge volumes in industriële verwerking. De aantrekkingskracht van ultrasoon ondersteunde extractie ligt in de niet-thermische behandeling van het materiaal, de eenvoudige toepassing en de schaalbaarheid van test- naar productieschaal.

Hielscher's ultrasone apparaten genereren ultrageluid met een hoge intensiteit dat exact kan worden afgestemd op uw procesvereisten.

In de onderstaande lijst vindt u verschillende ultrasone verwerkingsprotocollen die het brede toepassingsgebied van power ultrasonics in de biologie, voedselverwerking en farmaceutische productie aantonen.
Of u nu een specifieke botanische extractie in gedachten hebt of meer algemene informatie wilt over onze hoogwaardige ultrasone extractors, gebruik het onderstaande contactformulier! We helpen u graag verder!

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-dimethoxiaporafine), dat naast catechine ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxyfenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-benzopyran-3,5,7-triol) de belangrijkste componenten zijn van de alkaloïde- en flavonoïdefractie in boldobladeren. Boldine is een sterke antioxidant die peroxidatieve schade door vrije radicalen ondergaat en fungeert als een efficiënte beschermer van hydroxylradicalen.
Extractieprocedure: Voor een typische extractieprocedure werden monsters van boldobladeren geëxtraheerd met 1 liter gedestilleerd water bij atmosferische druk met behulp van de ultrasoonator UIP1000hd in batch- en doorstroommodus. De extractietijd ligt tussen 10 en 40 minuten, met een ultrasone intensiteit van 10 tot 23 W/cm²en een temperatuurbereik van 10 tot 70 °C. De beste resultaten werden bereikt onder de volgende omstandigheden: 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 van plantaardig matrixmateriaal van Boldo aanzienlijk verbetert in vergelijking met de conventionele methode: door sonicatie werd in 30 minuten een gelijke hoeveelheid vrijgegeven, terwijl de conventionele extractietijd 2 uur was.
Chemat (2013) en collega's hebben aangetoond dat ultrasoon ondersteunde extractie de efficiëntie van de plantenextractie verbetert en tegelijkertijd de extractietijd verkort bij een verhoogde concentratie van de extracten (dezelfde hoeveelheid oplosmiddel en plantmateriaal). Uit analyse bleek dat de geoptimaliseerde condities waren: sonicatievermogen 23 W/cm² met UIP1000hd gedurende 40 min. en een temperatuur van 36°C. De geoptimaliseerde parameters van de ultrasone extractie zorgen voor een betere extractie vergeleken met een conventionele maceratie in termen van procestijd (30 min. in plaats van 120 min.), hogere opbrengst, hogere energie-efficiëntie, verbeterde reinheid, hogere veiligheid en betere productkwaliteit.
Apparaataanbeveling:
UIP1000hdT met sonotrode BS2d34 en flowcel
Referentie/Onderzoekspaper:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch en Continue Ultrasoon Ondersteunde Extractie van Boldo Bladeren (Peumus boldus Mol.). 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 met een grootte van ca. >4 x ≧2 mm. Voor de ultrasone extractieproeven werden monsters van 20 g gedroogd tabaksblad geëxtraheerd met gedestilleerd water bij temperaturen tussen 5°C en 30°C. De extractie-experimenten werden uitgevoerd met extractiecycli variërend 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 20 g gedroogde tabaksbladeren te extraheren. Het optimale volume van 256 ml gedestilleerd water werd vervolgens verdeeld in fractievolumes van het extractiemiddel voor gebruik in elke ultrasone extractiecyclus.
Voor de ultrasone bestraling wordt een ultrasone processor UP400S (400 watt, 24 kHz) met een sonotrode H7 van titanium met een tipdiameter van 7 mm gebruikt. De sonotrode H7 werd op halve hoogte van het extractiemengsel ingebracht.
protocol: De optimale omstandigheden voor de ultrasone extractie van chlorogeenzuur uit tabaksbladeren werden gevonden: 20 g gedroogde tabaksbladeren in gedestilleerd water (optimale verhouding vloeistof/vaste stof: 12,8 ml/g) bij een verwerkingstemperatuur van 20 °C, ultrasoon apparaat UP400S (400 W, 24 kHz) voor 3 sonicatiecycli van elk 15 minuten (totale sonicatieduur: 45 minuten).
Apparaataanbeveling:
UP400S met sonotrode H7
Referentie/Onderzoekspaper:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optimization And Orthogonal Design Of An Ultrasonic Assisted Aqueous Extraction Process For Extracting Chlorogenic Acid From Dry Tobacco Leaves. Chinees Tijdschrift voor Natuurgeneesmiddelen 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)oxaan-2-yl]xanthen-9-on; formule: C₁₉H₁₈O₁₁) is een polyfenol met een C-glycosylxanthonenstructuur dat in veel plantensoorten voorkomt. Mangiferine vertoont verschillende farmacologische activiteiten. De regioselectieve acylering van mangiferine kan zeer efficiënt worden gekatalyseerd door lipase onder ultrasone trillingen. Vergeleken met de conventionele methoden blinkt de ultrasoon geassisteerde katalyse uit door de voordelen van een kortere reactietijd en een hogere opbrengst. De optimale omstandigheden voor de ultrasone acylering van mangiferine werden als volgt gevonden:
lipase: PCL, acyldonor: vinylacetaat; reactieoplosmiddel: DMSO, reactietemperatuur: 45 degC, ultrasoon vermogen: 200W; substraatverhouding: acyldonor/mangiferine 6/1, enzymbelasting: 6 mg/ml
De regioselectieve acyleringopbrengst was tot 84%.
Apparaataanbeveling:
UP200St of UP200Ht
Referentie/Onderzoekspaper:
cp.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): The effect of ultrasound on lipase-catalyzed regioselective acylation of mangiferin in non-aqueous solvents. 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 Capsicum frutescens pepers werd verkregen via ultrasone extractie onder de volgende omstandigheden: oplosmiddel: 95% (v/v) ethanol, oplosmiddel/massaverhouding van 10 ml/g, 40 min. ultrasone extractietijd, 45°C extractietemperatuur. Extractierendement: 85% van de capsaïcinoïden.
Apparaataanbeveling:
UP400St
Lees meer over de ultrasone extractie van capsaïcinoïden uit chilipepers!

Ultrasone extractie van silymarine uit mariadistelzaden

Ultrasone toepassing:
Ultrasone extractie werd uitgevoerd met behulp van een ultrasone UP400S. In dit onderzoek werd een hoornvormige ultrasone sonde gebruikt met een diameter van 1,5 cm. 10 g vetvrij mariadistelpoeder werd nauwkeurig afgewogen en opgelost in 100 ml methanol. Het bekerglas werd in een waterbad gehouden en op een temperatuur van 25°C gehouden. Het mariadistelpoeder opgelost in het oplosmiddel werd gesonitiseerd voor verschillende tijdsintervallen (30, 60, 90, 120 en 150 min.) Na elk tijdsinterval werd de oplossing gefiltreerd door een Whatman filterpapier en elk filtraat (ongeveer 80 ml) werd ingedampt met behulp van rotatieverdamper tot een oplossing van 30 ml en de absorptie van fenolische verbindingen werd gemeten met UV-Visible Spectrophotometer bij een golflengte van 517 nm volgens de DPPH-methode. Zoals verwacht resulteerde een toenemende extractietijd in een toenemend silymarinegehalte.
De auteurs van het onderzoek ontdekten dat ultrasone extractie om alcoholische extracten te verkrijgen een van de beste technieken is om de conventionele technieken te vervangen. Het is bewezen dat ultrasone extractie een betere extractkwaliteit oplevert. Verdere voordelen zijn tijdsbesparing, meer efficiëntie, enz.
Apparaataanbeveling:
UP400St
Referentie/Onderzoekspaper:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ultrasone extractie van silymarine componenten uit Mariadistel zaden (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 10 g droge en gemalen steviabladeren werden geëxtraheerd in 100 ml water onder continu roeren (met een magneetroerder). De pH-waarde werd geregeld met 0,01 M pH 7 natriumfosfaat. Het monster werd in een glazen bekerglas van 150 ml gedaan en gesoneerd met een ultrasoonapparaat van het probe-type. UIP500hT (20 kHz, 500 W). De punt van de sonotrode werd ongeveer 1,5 cm in de slurry van stevia bladeren gedompeld. Het ultrasone apparaat werd ingesteld op een uitgangsvermogen van 350 W. Een milde sonicatiebehandeling van 350 W gedurende 5-10 minuten bij een constante procestemperatuur van 30°C gaf een opbrengst van rebaudioside A van 30-34 g per 100 g monster. Na de sonicatie werd de extractoplossing gecentrifugeerd en afgefiltreerd door een 0,45 μm microporeus membraan; het filtraat werd gebruikt voor de analyse van het totale rebaudioside A-gehalte. Het extractierendement van het totale gehalte aan rebaudioside A werd geanalyseerd met HPLC.
Door de oplosmiddelvrije ultrasonisch ondersteunde extractie werd een hoge opbrengst van rebaudioside A verkregen in vergelijking met traditionele extractiemethoden zoals warmte-extractie of maceratie.
Apparaataanbeveling:
UIP500hdT
Lees meer over ultrasone stevia-extractie!

Ultrasone extractie van terpenen

Ultrasone toepassing:
De extractie van vluchtige bestanddelen, zoals terpenen, uit de bloeiwijzen van een vezeltype Cannabis sativa L. cultivar kan ultrasoon worden verbeterd. Studies hebben aangetoond dat na een korte sonicatie de beoogde terpenen al uit het plantmateriaal vrijkomen.
De resultaten tonen aan dat ultrasone behandeling niet langer dan 5 minuten het mogelijk maakt om een verhoogde concentratie terpenen te verkrijgen in vergelijking met maceratie. Een ultrasone behandeling van meer dan 5 minuten verhoogt daarentegen de concentratie δ-9-tetraidrocannabinol (THC).
Sonisch protocol:
De ultrasone extractie van terpenen werd uitgevoerd met een 200 W ultrasoonapparaat met sonde. Het ultrasone apparaat werd ingesteld op 25% amplitude. Drie aliquots van 50 g gedroogde bloeiwijzen werden elk toegevoegd met 250 ml 70% ethanol (v/v), dat als extractievloeistof werd gebruikt. Elk bekerglas en de inhoud ervan werden in een ijsbad ondergedompeld. Sonificatie werd uitgevoerd gedurende 5, 10 en 15 minuten. Tijdens de ultrasone extractie procedure werd gezorgd voor een continue snelle warmteafvoer om de procestemperatuur onder 30 °C te houden. Na de extractie werden de mengsels onder vacuüm gefiltreerd door Whatman nr. 3-papier en werd het oplosmiddel verwijderd door roterende vacuümverdamping. Elke extractieproef werd in drievoud uitgevoerd met drie verschillende monsters.
Ultrasoonbehandeling bleek een interessant alternatief te zijn voor maceratie voor het extraheren van vluchtige bestanddelen uit cannabisbloeiwijzen, maar toont ook aan dat de ultrasone behandeling niet langer dan 5 minuten moet zijn om een verbeterde terugwinning van terpenen te verkrijgen. In plaats daarvan verhoogde een ultrasone behandeling langer dan 5 minuten de concentratie van δ-9-tetraidrocannabinol (THC). Het extract van Cannabis sativa bloeiwijzen verkregen door 5 minuten ultrasone extractie kan worden gebruikt als ingrediënt voor parfums of smaakstoffen voor dranken. Het kan worden gebruikt als alternatief voor industriële hennep, waarbij de stengels worden gebruikt voor de vezelindustrie en de bloeiwijze-extracten voor de cosmetica- en voedingsmiddelenindustrie.
Apparaataanbeveling:
UP200St of UP200Ht met sonotrode/sonde S26d14
Referentie/Onderzoekspaper:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ultrasone extractie van vluchtige bestanddelen uit industriële bloeiwijzen van Cannabis sativa L.”. IJARNP 2014, 7/1. 8-14.
Lees meer over de ultrasoon geassisteerde terpeenextractie!

Extractieopstelling voor botanische isolatie: Sonde-type ultrasoonapparaat UP400ST, Büchi vacuümfilter en rotor-verdamper voor de extractie van fytochemicaliën.

Ultrasone extractie van vanilline uit gezouten vanillebonen

Ultrasone toepassing:
De vanilline-extractie werd geoptimaliseerd onder sonicatie. Daarom werd het ultrasone apparaat van 100 watt gebruikt in de gepulseerde modus (cycli: 5 sec. aan gevolgd door 5 sec. uit).
De beste resultaten werden behaald met ultrasone extractie in combinatie met 40% ethanol gedurende 1 uur bij 30°C. Om de resultaten te vergelijken met conventionele extractiemethoden werden ook waterbad- en ultrasoonbadextracties uitgevoerd. De resultaten toonden aan dat de optimalisatie van vanilline-extractie door ultrasone hoorn met 40% ethanol gedurende 1 uur bij 30°C vergelijkbaar was met waterbadextractie met 40% ethanol bij 56°C gedurende 15 uur.
Apparaataanbeveling:
UP100H
Referentie/Onderzoekspaper:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Improved Extraction of Vanillin 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde from Cured Vanilla Beans Using Ultrasound-Assisted Extraction: Een vergelijking tussen Ultrasound-Assisted en Hot Water Bath Extraction. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6-12.
Lees meer over de voordelen van ultrasone vanilline-extractie!

Ultrasone extractie van fenolische bestanddelen uit Ziziphus Jujube

Ultrasone toepassing:
Voor de ultrasoon geassisteerde extractie van fenolische bestanddelen van jujube (Ziziphus Jujube), is een ultrasoonapparaat van het probe-type met hoge intensiteit UP200H met een vermogen van 200 W en een frequentie van 24 kHz gebruikt. Het ultrasone apparaat was uitgerust met de microtip sonotrode S2 (tipdiameter 2 mm), die werd ondergedompeld in een waterbad waarin een neerslagglas met het monster werd geplaatst (interne afmetingen: 280:195:135 mm). De amplitude van de ultrasone trillingen was 100% van het nominale vermogen (maximale amplitude van 260 μm) en het akoestische vermogen 0,171402 W en de intensiteit 21,8346 W/cm2 . De ultrasone intensiteit werd calorimetrisch bepaald door de tijd-temperatuurstijging van de suspensie onder adiabatische omstandigheden te meten. De ultrasone extractieprocedure werd gebruikt voor de extractie van totaal fenolics uit monsters volgens de proefopzet (voor optimalisatie).
Apparaataanbeveling:
UP200H met sonotrode S2
Referentie/Onderzoekspaper:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method. IECFP 2013.

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