Wysoce wydajna ekstrakcja czagi za pomocą sonikacji

Grzyby czaga (Inonotus obliquus) są bogate w bardzo silnie działające związki fitochemiczne (np. polisacharydy, kwas betulinowy, triterpenoidy), które są znane z korzystnego wpływu na zdrowie i zwalczania chorób. Wykorzystanie częstotliwości ultradźwiękowej o wysokiej mocy do ekstrakcji czagi jest preferowaną techniką wytwarzania doskonałych ekstraktów z czagi o najwyższej jakości i przy najwyższej wydajności.

Ekstrakty z grzybów czaga uzyskiwane za pomocą ultradźwięków

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce skuteczną techniką uwalniania związków fitochemicznych z surowców naturalnych, takich jak rośliny i grzyby.
Grzyby czaga są bogate w liczne związki, takie jak polisacharydy, triterpeny i polifenole, które odpowiadają za większość ich właściwości prozdrowotnych i terapeutycznych. Do głównych związków bioaktywnych czagi należą polisacharydy (np. β-glukany, proteoglikany zawierające d-galaktozę, d-glukozę, d-ksylozę i d-mannozę), triterpenoidy (np. betulina, kwas betulinowy), polifenole i fitosterole (np. inotodiol), a także inne związki.

Ekstrakcja ultradźwiękowa skutecznie rozbija komórki grzyba czaga i uwalnia związki wewnątrzkomórkowe (tj. bioaktywne związki fitochemiczne) do rozpuszczalnika. Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na zasadzie działania kawitacji akustycznej. Efektami kawitacji ultradźwiękowej / akustycznej są duże siły ścinające, turbulencje i znaczne różnice ciśnienia. Te siły sonomechaniczne rozbijają struktury komórkowe, takie jak chitynowe ściany komórkowe grzybów, wspomagają przenoszenie masy pomiędzy surowcem czagi a rozpuszczalnikiem i zapewniają bardzo wysoką wydajność ekstrakcji w szybkim procesie. Ponadto sonikacja wspomaga sterylizację ekstraktów poprzez zabijanie bakterii i drobnoustrojów. Inaktywacja drobnoustrojów przez sonikację jest wynikiem destrukcyjnego działania sił kawitacyjnych na błonę komórkową, powstawania wolnych rodników i miejscowego ogrzewania.

Dlaczego ultradźwiękowa ekstrakcja czagi jest tak korzystna?

Ekstrakcję ultradźwiękową stosuje się w wielu obszarach produkcji ekstraktów, np. ekstraktów roślinnych i ziołowych do żywności, suplementów, produktów farmaceutycznych i kosmetyków. Bardzo znanym przykładem ekstrakcji ultradźwiękowej jest ekstrakcja kannabidiolu (CBD) i innych związków z konopi.
Ponieważ ekstrakcja ultradźwiękowa jest nietermiczną techniką ekstrakcji, związki bioaktywne poddawane są łagodnemu działaniu fal ultradźwiękowych, co zapobiega degradacji termicznej wrażliwych związków roślinnych. Wszystkie parametry procesu ultradźwiękowego, tj. amplituda, intensywność, temperatura i ciśnienie, mogą być dokładnie kontrolowane. Umożliwia to precyzyjną kontrolę procesu i jakości oraz ułatwia powtarzanie i odtwarzanie raz uzyskanych wyników ekstrakcji. Producenci ekstraktów cenią sonikację za niezawodną powtarzalność procesu, która pomaga standaryzować procesy i produkty przy zachowaniu wysokiego poziomu jakości.

Wysokiej jakości ekstrakty z czagi uzyskiwane z wysoką wydajnością za pomocą sonikacji

Badania potwierdzają, że ekstrakty z grzybów czaga wytwarzane ultradźwiękowo zawierają więcej triterpenoidów niż konwencjonalny ekstrakt uzyskiwany przy użyciu gorącej wody. Technika ekstrakcji ultradźwiękowej wspomaga uwalnianie i izolację wszystkich ważnych związków z grzybów czaga (I. obliquus). Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami przewyższa alternatywne metody ekstrakcji dzięki większej skuteczności i zwiększonej biodostępności bioaktywnych związków fitochemicznych w ekstrakcie z grzybów. Fragmenty badań naukowych przedstawiają wysoką skuteczność i wydajność ultradźwiękowej ekstrakcji czagi.

Ekstrakcja polisacharydów z czagi

Zhang i współautorzy zastosowali ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami w celu opracowania optymalnych warunków ekstrakcji polisacharydów z I. obliquus. Najlepsze warunki obejmowały wykorzystanie wody jako rozpuszczalnika przez 15 minut w temperaturze 95 °C przy ekstrakcji z zastosowaniem częstotliwości ultradźwiękowej, co dało wartości ekstrakcji wynoszące 1,82%

Ekstrakcja betuliny / kwasu betulinowego z czagi

Wyniki pokazują, że ultradźwięki odegrały aktywną rolę w ekstrakcji betuliny i kwasu betulinowego, ponieważ mogą powodować otwieranie ścian komórkowych i wspomagają lepsze przenoszenie masy i ciepła. To z kolei pomaga skutecznie ekstrahować pożądane związki fitochemiczne w krótkim czasie i z wysoką wydajnością. Niewielki wzrost wydajności po dodaniu etapu ekstrakcji rozpuszczalnikowej po sonikacji wskazywał, że większość tych związków musiała już zostać wyekstrahowana z biomasy. Uzyskane wyniki wskazują maksymalną ilość betuliny możliwej do wyekstrahowania z biomasy. (Alhazmi, 2017) Ogólnie sonikacja radykalnie zwiększyła wydajność ekstrakcji betuliny i kwasu betulinowego.

Protokół ekstrakcji krok po kroku

Aby wyizolować silny ekstrakt o pełnym spektrum z grzybów czaga (Inonotus obliquus), stosuje się dwuetapowy protokół ekstrakcji z wykorzystaniem ultradźwięków dużej mocy.
Materiał: Wysuszony I. obliquus (100g) rozdrabnia się na mniejsze kawałki o wielkości około 1,3cm² (0,5×0,5 cala). Rozdrobniony materiał grzybowy umieszcza się w szklanej zlewce o pojemności 1,5L.

1. Etap: Ultradźwiękowa ekstrakcja na zimno: Wysuszoną, zmieloną czagę zawiesza się w 1000 mL 60% etanolu w wodzie oczyszczonej lub destylowanej (v/v; 60% etanolu : 40% wody), dodając mieszaninę rozpuszczalników do szklanej zlewki z czagą. Do ekstrakcji stosuje się ekstraktor ultradźwiękowy UP400St wyposażony w sonotrodę S24d22L2D. Sonotrodę sonikatora zanurza się w zawiesinie grzyba w rozpuszczalniku. Użycie mieszadła jest opcjonalne, ale może pomóc w równomiernym transportowaniu cząstek roślinnych do sonotrody. Upewnij się, że sonotroda nie dotyka ścian zlewki. Ustaw amplitudę na 100% i prowadź sonikację przez około 10 min. UP400St jest dostarczany z podłączanym czujnikiem temperatury. Podłącz termoparę do sonikatora i umieść czujnik w zawiesinie. W cyfrowym menu urządzenia ultradźwiękowego UP400St możesz ustawić górny limit temperatury. Sonikator wstrzyma pracę po osiągnięciu tej maksymalnej temperatury i uruchomi się automatycznie, gdy tylko zawiesina osiągnie dolną wartość ustawionego ∆T. Zalecane wartości ∆T wynoszą około 30°C jako górna i 20°C jako dolna wartość temperatury. Zastosowanie łaźni wodnej lub lodowej pomaga utrzymać niską temperaturę podczas sonikacji. Po sonikacji stałe części grzyba usuwa się przez filtrację i wyciskanie. Rozpuszczalnik z wyekstrahowanymi związkami fitochemicznymi poddaje się odparowaniu próżniowemu lub odparowaniu w wyparce rotacyjnej, aby ostatecznie uzyskać frakcję czagi z ekstrakcji etanolem. Pozostałe stałe części czagi można wykorzystać w opcjonalnym drugim etapie namaczania, czyli ultradźwiękowej ekstrakcji na gorąco.
2. Etap (opcjonalny): Ultradźwiękowa ekstrakcja na gorąco: Surowiec czagi odzyskany z pierwszej ekstrakcji wykorzystuje się w drugim etapie, obejmującym ultradźwiękową ekstrakcję na gorąco, aby wyizolować frakcję związków fitochemicznych wciąż pozostających w grzybach czaga. Materiał grzybowy umieszcza się w szklanej zlewce, dodaje 600mL świeżego roztworu rozpuszczalnika o składzie 60% etanolu : 40% wody i ogrzewa do około 70°C. Podczas sonikacji temperatura może wzrosnąć do 95°C. Dodatkowe ciepło wspomaga uwalnianie pozostałych związków fitochemicznych. Ponieważ prawie wszystkie związki wrażliwe na temperaturę zostały wyekstrahowane w warunkach kontrolowanej temperatury w etapie 1, ten drugi etap można opcjonalnie zastosować w celu uzyskania bardzo silnego ekstraktu zawierającego komplet wszystkich związków fitochemicznych grzyba czaga. Zawiesinę poddaje się sonikacji za pomocą UP400St w taki sam sposób, jak opisano powyżej. Przefiltruj, wyciśnij i oddziel grzyby od ekstraktu wodnego. Składniki fitochemiczne z drugiej ekstrakcji również izoluje się przez odparowanie.

Obie frakcje ekstraktu z czagi, uzyskane w wyniku ekstrakcji wodą i etanolem, miesza się ze sobą, aby otrzymać ekstrakt z grzyba czaga o pełnym spektrum. Ekstrakt ten można wykorzystać do przygotowania różnych produktów, takich jak nalewki, kapsułki lub produkty spożywcze.

Proces ten można w pełni liniowo skalować do dowolnej innej objętości. Przy zastosowaniu tych samych parametrów ultradźwiękowych (intensywność ultradźwięków Ws/L, ciśnienie, temperatura, stężenie faza stała:ciecz) wszystkie raz ustalone wyniki ultradźwiękowej ekstrakcji czagi można łatwo przenieść na większe (lub mniejsze) objętości, uzyskując te same wyniki (tj. wydajność ekstrakcji, efektywność procesu).

Ekstrakty z grzybów wytwarzane ultradźwiękowo są bogate w polisacharydy, znane z licznych korzystnych efektów zdrowotnych. Sonikator UP100H to wydajny ekstraktor ultradźwiękowy o mocy 100 watów do efektywnej ekstrakcji grzybów leczniczych, takich jak czaga, soplówka jeżowata, reishi czy kordyceps.

Wybór rozpuszczalnika

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest zgodna z dowolnym rozpuszczalnikiem. Pozwala to na stosowanie preferowanego rozpuszczalnika. W powyższym protokole ekstrakcji czagi zalecamy roztwór rozpuszczalnika o składzie 60% etanolu : 40% wody (v/v). Połączenie etanolu i wody umożliwia uwalnianie związków fitochemicznych o różnej polarności. Alternatywnie można zastosować ekstrakcję dwufazową z użyciem etanolu w pierwszym etapie ekstrakcji i wody w drugim etapie ekstrakcji. Ekstrakcja ultradźwiękowa z zastosowaniem połączenia alkoholu i wody jako rozpuszczalnika uwalnia z grzybów, takich jak czaga, związki fitochemiczne rozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalne w alkoholu.
Dlatego ekstrakcja ma fundamentalne znaczenie dla uzyskiwania czystych i silnie działających ekstraktów z grzybów.
Inne rozpuszczalniki stosowane do ekstrakcji Inonotus obliquus to między innymi izopropanol, metanol, metanol zawierający 10% kwasu octowego i octan etylu. W przypadku ekstraktów przeznaczonych do zastosowań spożywczych zaleca się nietoksyczny rozpuszczalnik, ponieważ po usunięciu rozpuszczalnika (np. przez odparowanie) w ekstrakcie mogą czasami pozostać jego śladowe ilości.

Dlaczego łaźnie ultradźwiękowe dają niewystarczające wyniki ekstrakcji czagi?

Łaźnie ultradźwiękowe są powszechnie stosowane do łagodnego czyszczenia. W łaźni ultradźwiękowej kawitacja akustyczna zachodzi w sposób niekontrolowany i jest nierównomiernie rozłożona w stosunkowo dużym zbiorniku. Jeśli umieścisz szklaną zlewkę z mieszaniną grzybów i rozpuszczalnika w łaźni ultradźwiękowej, już słabe fale ultradźwiękowe muszą przejść przez ściany zlewki, co jeszcze bardziej zmniejsza intensywność ultradźwięków. Oznacza to, że intensywność ultradźwięków w zbiorniku myjki ultradźwiękowej jest zbyt niska do wydajnej ekstrakcji grzybów. Ściany komórkowe grzybów zawierają chitynę, wytrzymały materiał, który sprawia, że komórki grzybów są bardzo sztywne i trudne do rozbicia. Aby uwolnić związki bioaktywne z grzybów takich jak czaga, potrzebne są ultradźwięki o wysokiej intensywności. Sonotrody ultradźwiękowe wytwarzają znacznie intensywniejszą kawitację akustyczną, której siła rozrywa ściany komórkowe grzybów.
 

Wykres analizy UV-Vis przedstawia porównanie ekstrakcji grzyba czaga za pomocą sonotrody ultradźwiękowej i łaźni ultradźwiękowej. Sonikator z sonotrodą UP100H (czarna krzywa) zapewnia znacznie wyższą wydajność ekstrakcji bioaktywnych związków czagi.

 
Przeczytaj więcej o różnicach między sonotrodami ultradźwiękowymi a łaźniami ultradźwiękowymi i zobacz, jak wypadają w porównaniu pod względem wydajności ekstrakcji!

Sonikatory o wysokiej wydajności do ekstrakcji czagi

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest niezawodną technologią przetwarzania, która ułatwia i przyspiesza produkcję wysokiej jakości ekstraktów z różnych surowców, takich jak czaga i inne grzyby. Oferta Hielscher Ultrasonics obejmuje pełen zakres urządzeń, od kompaktowych sonikatorów laboratoryjnych po przemysłowe systemy ekstrakcji. Dzięki temu w Hielscher możemy zaoferować Ci sonikator najlepiej dostosowany do planowanej wydajności Twojego procesu. Nasi pracownicy z wieloletnim doświadczeniem pomogą Ci na wszystkich etapach, od badań wykonalności i optymalizacji procesu po instalację systemu ultradźwiękowego na docelową skalę produkcyjną.
Niewielka powierzchnia zajmowana przez nasze ekstraktory ultradźwiękowe oraz wszechstronność możliwości ich instalacji sprawiają, że mieszczą się one nawet w zakładach przetwarzania pektyn o niewielkiej przestrzeni. Procesory ultradźwiękowe są instalowane na całym świecie w zakładach produkujących żywność, produkty farmaceutyczne i suplementy diety.

Hielscher Ultrasonics – zaawansowane urządzenia do ekstrakcji

Oferta produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełen zakres ekstraktorów ultradźwiękowych o wysokiej wydajności, od małej do dużej skali. Dodatkowe akcesoria umożliwiają łatwe zestawienie konfiguracji urządzenia ultradźwiękowego najlepiej dostosowanej do Twojego procesu ekstrakcji czagi. Optymalny zestaw ultradźwiękowy zależy od planowanej wydajności, objętości, surowca, trybu procesu – wsadowego lub w linii – oraz harmonogramu.

Przetwarzanie wsadowe i w przepływie ciągłym

Sonikatory Hielscher można stosować do przetwarzania wsadowego i w przepływie ciągłym. Ultradźwiękowe przetwarzanie wsadowe jest idealne do testowania i optymalizacji procesów oraz produkcji na małą i średnią skalę. Przy produkcji dużych ilości grzybów czaga przetwarzanie w linii może być korzystniejsze. Ciągły proces mieszania w linii wymaga zaawansowanego zestawu urządzeń – składającego się z pompy, węży lub rur oraz zbiorników – ale jest wysoce wydajny, szybki i wymaga znacznie mniej pracy. Wszystkie systemy przemysłowe mogą pracować pod podwyższonym ciśnieniem, co zwiększa kawitację, a tym samym wydajność ekstrakcji. Hielscher Ultrasonics dysponuje zestawem do ekstrakcji najlepiej dostosowanym do Twojej objętości ekstrakcji i celów procesu.

Ekstraktory ultradźwiękowe dla każdej wydajności produkcyjnej

Asortyment Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych sonikatorów laboratoryjnych, przez systemy stołowe i pilotażowe, po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności pozwalającej przetwarzać całe ładunki ciężarówek na godzinę. Pełen asortyment produktów pozwala nam zaoferować Ci ekstraktor ultradźwiękowy najlepiej dostosowany do czagi i innych grzybów, wydajności procesu oraz celów produkcyjnych.
Stołowe systemy ultradźwiękowe są idealne do badań wykonalności i optymalizacji procesów. Liniowe zwiększanie skali na podstawie ustalonych parametrów procesu bardzo ułatwia zwiększanie wydajności przetwarzania od mniejszych partii do produkcji w pełni komercyjnej. Skalę można zwiększyć, instalując ekstraktor ultradźwiękowy o większej mocy lub łącząc kilka sonikatorów pracujących równolegle. Dzięki UIP16000 Hielscher oferuje ekstraktor ultradźwiękowy o największej mocy na świecie.

Precyzyjnie regulowane amplitudy dla optymalnych wyników

Wszystkie sonikatory Hielscher umożliwiają precyzyjną regulację i dzięki temu są niezawodnymi urządzeniami do intensywnej pracy w produkcji. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu wpływających na wydajność i skuteczność ultradźwiękowej ekstrakcji związków fitochemicznych z grzyba czaga (Inonotus obliquus).
Wszystkie procesory Hielscher Ultrasonics umożliwiają precyzyjne ustawianie amplitudy. Sonotrody i wzmacniacze amplitudy to akcesoria pozwalające modyfikować amplitudę w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy i wymaganą intensywność ultradźwięków do wymagających zastosowań. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać nieprzerwanie podczas pracy 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania umożliwiają obróbkę surowca grzybowego w najskuteczniejszych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla najlepszych wyników ekstrakcji!
Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach. Dzięki temu urządzenia ultradźwiękowe Hielscher są niezawodnym narzędziem pracy spełniającym Twoje wymagania dotyczące ekstrakcji.

Łatwe testowanie bez ryzyka

Procesy ultradźwiękowe można skalować w sposób całkowicie liniowy. Oznacza to, że każdy wynik uzyskany przy użyciu sonikatora laboratoryjnego lub stołowego można przenieść na większą skalę, uzyskując dokładnie taki sam rezultat przy zastosowaniu dokładnie tych samych parametrów procesu. Dzięki temu sonikacja jest idealna do badań wykonalności bez ryzyka, optymalizacji procesu i późniejszego wdrożenia w produkcji komercyjnej. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się, jak sonikacja może zwiększyć produkcję ekstraktu z czagi.

Najwyższa jakość – projektowanie i produkcja w Niemczech

Jako przedsiębiorstwo będące własnością rodziny i zarządzane przez rodzinę Hielscher stawia na najwyższe standardy jakości swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie sonikatory są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Wytrzymałość i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych Hielscher sprawiają, że są one urządzeniami do intensywnej pracy w Twojej produkcji. Praca 24/7 pod pełnym obciążeniem i w wymagających warunkach jest naturalną cechą ekstraktorów Hielscher o wysokiej wydajności.
Możesz kupić procesor ultradźwiękowy Hielscher w dowolnym rozmiarze, skonfigurowany dokładnie zgodnie z wymaganiami Twojego procesu ekstrakcji grzybów. Od obróbki grzybów w małej zlewce laboratoryjnej po mieszanie zawiesin grzybowych w przepływie ciągłym na skalę przemysłową – Hielscher Ultrasonics oferuje sonikator odpowiedni dla Ciebie! Skontaktuj się z nami – chętnie polecimy Ci idealny zestaw ultradźwiękowy!

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: