Najwydajniejsza metoda ekstrakcji surowców roślinnych

Szukasz wydajnego i niezawodnego układu ekstrakcyjnego do produkcji wysokiej jakości ekstraktów roślinnych? Tutaj znajdziesz porównanie powszechnie stosowanych technik ekstrakcji, w tym ekstrakcji ultradźwiękowej, ekstrakcji nadkrytycznym CO2, ekstrakcji etanolem, maceracji i innych, wraz z ich zaletami i wadami.

Ekstrakcja surowców roślinnych za pomocą ultradźwięków a alternatywne techniki

Ekstrakcję surowców roślinnych można przeprowadzać różnymi technikami. Jednak na wydajność, uzysk i jakość ekstraktu w dużym stopniu wpływają zastosowana metoda ekstrakcji i protokół postępowania. Maceracja, ekstrakcja nadkrytycznym CO2, perkolacja i ekstrakcja Soxhleta to powszechnie stosowane metody ekstrakcji, które często dają niewystarczające wyniki.
Ekstrakcja oparta na ultradźwiękach jest zaawansowaną techniką izolacji, która pod wieloma względami przewyższa tradycyjne metody ekstrakcji.
Ekstrakcja oparta na ultradźwiękach z użyciem sondy ultradźwiękowej jest wysoce skuteczną metodą pozyskiwania związków z roślin i innych materiałów. W porównaniu z innymi metodami, takimi jak maceracja, ekstrakcja CO2, perkolacja i ekstrakcja mikrofalowa, ekstrakcja z użyciem sondy ultradźwiękowej wyróżnia się dzięki kilku zaletom:

• Szybsza ekstrakcja: Ekstrakcja z użyciem sondy ultradźwiękowej pozwala pozyskiwać związki znacznie szybciej niż maceracja i perkolacja. Dzieje się tak, ponieważ fale ultradźwiękowe wytwarzają w rozpuszczalniku pęcherzyki kawitacyjne, które generują mikrouderzenia pomagające rozbijać ściany komórkowe i szybciej uwalniać związki.
• Wyższy uzysk: Ekstrakcja z użyciem sondy ultradźwiękowej pozwala uzyskać więcej związków niż maceracja, ekstrakcja CO2 i perkolacja. Dzieje się tak, ponieważ fale ultradźwiękowe pomagają uwolnić większą ilość docelowych związków z materiału poddawanego ekstrakcji.
• Większa wydajność: Ekstrakcja z użyciem sondy ultradźwiękowej jest wydajniejsza niż maceracja, ekstrakcja CO2, perkolacja i ekstrakcja w aparatach Soxhleta, ponieważ wymaga mniejszej ilości rozpuszczalnika do wyekstrahowania tej samej ilości związków. Dzieje się tak, ponieważ fale ultradźwiękowe pomagają zwiększyć rozpuszczalność docelowych związków w rozpuszczalniku.
• Wszechstronność: Ekstrakcję z użyciem sondy ultradźwiękowej można stosować do pozyskiwania szerokiego zakresu związków z różnych materiałów, w tym zarówno związków hydrofilowych, jak i hydrofobowych. Oznacza to, że ultradźwięki doskonale nadają się również do produkcji ekstraktów o pełnym spektrum.
• Niski koszt: Ekstrakcja z użyciem sondy ultradźwiękowej jest na ogół tańsza niż ekstrakcja CO2, perkolacja, maceracja i ekstrakcja Soxhleta, ponieważ nie wymaga urządzeń wysokociśnieniowych ani czasochłonnej pracy.
• Przyjazność dla środowiska: Sondy ultradźwiękowe umożliwiają ekstrakcję przyjazną dla środowiska, ponieważ wymaga ona mniej rozpuszczalnika i energii niż inne metody oraz wytwarza mniej odpadów. Chociaż sonikacja jest kompatybilna z dowolnymi rozpuszczalnikami, dzięki wysokiej wydajności sonikacji można w większości przypadków uniknąć stosowania toksycznych rozpuszczalników. Etanol, wodny roztwór etanolu i woda są doskonałymi rozpuszczalnikami do ultradźwiękowej ekstrakcji surowców roślinnych.

W porównaniu z tradycyjnymi technikami ekstrakcji surowców roślinnych ekstrakcja z użyciem sondy ultradźwiękowej oferuje znaczące korzyści, co wyjaśnia szerokie zastosowanie ekstrakcji ultradźwiękowej do pozyskiwania licznych związków bioaktywnych z roślin.

Pozyskiwanie wysokiej jakości ekstraktów z surowców roślinnych

Aby uzyskać wysokiej jakości ekstrakty roślinne, istotny jest nie tylko surowiec (materiał roślinny), lecz także zastosowana technika ekstrakcji. Ekstrakty roślinne są wrażliwe na temperaturę, co oznacza, że ulegają degradacji pod wpływem ciepła. Dlatego kluczowe jest wybranie nietermicznej metody ekstrakcji.
Wybór rozpuszczalnika do ekstrakcji jest kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na jakość ekstraktu. Rozpuszczalniki takie jak heksan, metanol, butan i inne agresywne substancje chemiczne mogą zanieczyszczać ekstrakt. Chociaż rozpuszczalniki są usuwane po ekstrakcji, w końcowym ekstrakcie mogą znajdować się śladowe ilości toksycznych rozpuszczalników. Woda, alkohol, etanol, gliceryna lub oleje roślinne są bezpiecznymi, nietoksycznymi rozpuszczalnikami dopuszczonymi przez FDA do spożycia.

Protokół ekstrakcji surowców roślinnych z użyciem sondy ultradźwiękowej krok po kroku

Jak pozyskuje się związki bioaktywne z roślin za pomocą sonikacji z użyciem sondy? Poniżej znajdziesz instrukcję krok po kroku dotyczącą ekstrakcji fitozwiązków i związków bioaktywnych z materiału roślinnego, takiego jak liście, płatki, owocniki, łodygi, korzenie lub kłącza!

1. Najpierw materiał roślinny jest mielony lub rozdrabniany na małe kawałki, aby zwiększyć powierzchnię dostępną do ekstrakcji.
2. Następnie materiał roślinny miesza się z rozpuszczalnikiem (takim jak etanol lub woda) w celu wyekstrahowania polifenoli.
3. Następnie stosuje się sonikację z użyciem sondy, aby wspomóc proces ekstrakcji poprzez oddziaływanie na mieszaninę falami ultradźwiękowymi o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości, wynoszącej około 20kHz. Powoduje to kawitację akustyczną i szybkie drgania rozpuszczalnika, co sprzyja dezintegracji i rozbijaniu komórek roślinnych oraz uwalnianiu substancji bioaktywnych, takich jak polifenole, flawonoidy i witaminy.
4. Następnie mieszaninę filtruje się, aby oddzielić stały materiał roślinny od cieczy zawierającej wyekstrahowane związki bioaktywne.
5. Następnie ciecz odparowuje się lub poddaje dalszemu przetwarzaniu w celu usunięcia rozpuszczalnika i zatężenia cząsteczek bioaktywnych.
6. Produktem końcowym jest ekstrakt bogaty w substancje bioaktywne, który można wykorzystywać w różnych zastosowaniach, takich jak suplementy diety, żywność funkcjonalna i kosmetyki.

Uwaga: Jest to ogólny opis procesu, a konkretne warunki (rozpuszczalnik, stosunek materiału roślinnego do rozpuszczalnika, czas ekstrakcji, moc sonikacji itp.) mogą się różnić w zależności od źródła materiału roślinnego i pożądanej zawartości substancji bioaktywnych.

Jak działa ekstrakcja ultradźwiękowa?

Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na zasadzie działania ultradźwiękowej kawitacji akustycznej i jest obróbką czysto mechaniczną. Podobnie jak mieszalnik o wysokiej intensywności ścinania, sonikator wytwarza w medium procesowym wyłącznie mechaniczne siły ścinające. Sama ekstrakcja ultradźwiękowa jest nietermiczną techniką ekstrakcji bez użycia substancji chemicznych.
Czym jest kawitacja akustyczna? – Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa występuje, gdy fale ultradźwiękowe o dużej mocy i niskiej częstotliwości są wprowadzane do zawiesiny składającej się z materiału roślinnego w cieczy (rozpuszczalniku). Fale ultradźwiękowe o dużej mocy są wprowadzane do zawiesiny materiału roślinnego za pomocą procesora ultradźwiękowego z sondą. Fale ultradźwiękowe o wysokiej energii przemieszczają się przez ciecz, tworząc naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia, co prowadzi do zjawiska kawitacji akustycznej. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa prowadzi lokalnie do ekstremalnych warunków, takich jak bardzo duże różnice ciśnień i duże siły ścinające. Gdy pęcherzyki kawitacyjne implodują na powierzchni ciał stałych (takich jak cząstki, komórki roślinne, tkanki itp.), mikrostrumienie i zderzenia między cząstkami wywołują efekty takie jak rozpad cząstek, sonoporacja (perforacja ścian komórkowych i błon komórkowych) oraz rozbijanie komórek. Ponadto implozja pęcherzyków kawitacyjnych w ośrodkach ciekłych wytwarza turbulencje i mieszanie, co sprzyja przenoszeniu masy między wnętrzem komórki a otaczającym ją rozpuszczalnikiem. Oddziaływanie ultradźwiękami jest wysoce wydajnym sposobem intensyfikacji procesów przenoszenia masy, ponieważ sonikacja powoduje kawitację i związane z nią mechanizmy, takie jak mikroruchy wywołane strumieniami cieczy, sprężanie i rozprężanie w materiale, a następnie rozbijanie ścian komórkowych.
W zależności od surowca proces ekstrakcji ultradźwiękowej może wymagać wysokiej intensywności, np. w celu rozbicia sztywnych komórek roślinnych lub materiału o dużej zawartości celulozy. Sonikatory z sondą mogą generować bardzo wysokie amplitudy, co jest konieczne do wytworzenia silnej kawitacji. Hielscher Ultrasonic produkuje wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe, które mogą z łatwością wytwarzać amplitudy 200µm podczas ciągłej pracy 24/7. Do uzyskiwania jeszcze wyższych amplitud Hielscher oferuje specjalne sonotrody (sondy) o wysokiej amplitudzie.
Do intensyfikacji kawitacji stosuje się reaktory ultradźwiękowe i komory przepływowe umożliwiające pracę pod ciśnieniem. Wraz ze wzrostem ciśnienia kawitacja i kawitacyjne siły ścinające stają się bardziej destrukcyjne, poprawiając tym samym efekty ekstrakcji ultradźwiękowej.

Pozyskuj fitozwiązki i związki bioaktywne za pomocą sonikacji

Ekstrakcję ultradźwiękową stosuje się do uwalniania i izolowania szerokiej gamy związków bioaktywnych (tak zwanych fitozwiązków) z surowców roślinnych.
Poniższa lista przedstawia krótki przegląd fitozwiązków pozyskiwanych za pomocą ultradźwięków:

• CBD i inne kannabinoidy z konopi indyjskich i konopi włóknistych
• Terpeny
• Imbir
• Rozmaryn
• Kapsaicyna z papryczek chili
• Kofeina z ziaren kawy
• Astaksantyna z alg
• Allicyna z czosnku
• Katechiny (EGEC) z herbaty
• Propolis
• Elagotaniny z granatu
• Ajurwedyjskie ekstrakty ziołowe
• Nikotyna z tytoniu
• Olejki eteryczne
• Fitozwiązki z pokrzywy zwyczajnej
• Pektyny ze skórek owoców cytrusowych
• Polifenole ze skórki mango
• Taraksacyna i taraksasterol z mniszka lekarskiego

Rozpuszczalniki do ekstrakcji ultradźwiękowej

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z niemal każdym rozpuszczalnikiem. Do ekstrakcji związków bioaktywnych z surowców roślinnych najczęściej stosuje się etanol, wodę, mieszaninę etanolu i wody, glicerynę oraz oleje roślinne, ponieważ rozpuszczalniki te są uznawane za bezpieczne do spożycia i łatwe w użyciu.
Przeczytaj więcej o rozpuszczalnikach stosowanych do ekstrakcji ultradźwiękowej!

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji etanolem

Etanol jest jednym z najczęściej stosowanych rozpuszczalników w ekstrakcji ultradźwiękowej ze względu na bezpieczeństwo (dopuszczenie przez FDA do spożycia), skuteczność i zdolność rozpuszczania szerokiego zakresu substancji. Ultradźwiękowa ekstrakcja etanolem przewyższa inne rozpuszczalniki i inne technologie ekstrakcji pod względem efektywności kosztowej, skalowalności liniowej, prostoty i bezpieczeństwa.
Doskonała skuteczność etanolu jako rozpuszczalnika wiąże się z jego budową chemiczną, obejmującą ogon węglowodorowy i pojedynczą grupę hydroksylową. Taka budowa chemiczna pozwala etanolowi rozpuszczać i ekstrahować bardzo szerokie spektrum substancji, obejmujące polifenole, flawonoidy, terpeny, kannabinoidy i lipidy (oleje).
Na przykład ultradźwiękowa ekstrakcja kannabinoidów etanolem nie wymaga winteryzacji (odwoskowania), czyli etapu koniecznego w innych metodach ekstrakcji, takich jak ekstrakcja CO2, w celu usunięcia wosków.

Ekstrakcja etanolem daje różne efekty w zależności od temperatury etanolu. Podgrzany etanol jest często stosowany do produkcji ekstraktów o pełnym spektrum, cenionych za efekt synergii składników. Z kolei do produkcji destylatów ziołowych lub konopnych preferowany jest lodowato zimny etanol. Ekstrakcja w lodowato zimnym etanolu nie wymaga późniejszej filtracji. Ponieważ ekstrakcja ultradźwiękowa jest obróbką nietermiczną, można ją stosować z gorącym/ciepłym lub schłodzonym/lodowato zimnym etanolem. Reaktory ultradźwiękowe z płaszczem pomagają utrzymać pożądaną temperaturę procesu podczas obróbki. Cyfrowy układ sterowania i inteligentne oprogramowanie sonikatora monitorują temperaturę procesu za pomocą podłączanych czujników temperatury i można je zaprogramować tak, aby zatrzymywały lub wstrzymywały ekstrakcję, gdy temperatura medium wykracza poza określony zakres.

Kup najwydajniejsze urządzenia do ekstrakcji ultradźwiękowej!

Wysokowydajne systemy ekstrakcyjne Hielscher Ultrasonics są dostępne w każdej skali: od niewielkich urządzeń laboratoryjnych, przez średnią skalę pilotażową, aż po w pełni przemysłową produkcję kilku ton na godzinę. W zależności od wydajności przetwarzania ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher mogą pracować w trybie okresowym lub ciągłym w linii procesowej. Wybór rozpuszczalnika należy do Ciebie, ponieważ sonikatory Hielscher można stosować z dowolnym rozpuszczalnikiem. Wszystkie urządzenia do ekstrakcji ultradźwiękowej są proste i bezpieczne w obsłudze. W zależności od surowca, zdolności przetwarzania i docelowej wielkości produkcji Hielscher oferuje najbardziej odpowiedni sonikator.
Na procesy ekstrakcji ultradźwiękowej wpływają surowiec, rozpuszczalnik i wydajność przetwarzania. Dostępne są różne akcesoria, takie jak sonotrody (sondy) o różnych rozmiarach i kształtach, wzmacniacze amplitudy, komory przepływowe o różnych objętościach i geometriach, podłączane czujniki temperatury i ciśnienia oraz wiele innych elementów wyposażenia, które pozwalają zbudować idealny układ ultradźwiękowy do danego procesu ekstrakcji.
Kontrola procesu jest kluczowa dla uzyskiwania odtwarzalnych wyników. Dlatego wszystkie modele cyfrowe są wyposażone w inteligentne oprogramowanie umożliwiające ustawianie, monitorowanie i korygowanie parametrów ekstrakcji. Dzięki precyzyjnej kontroli amplitudy, czasu sonikacji i cykli pracy można osiągnąć optymalne wyniki procesu, takie jak doskonały uzysk i najwyższa jakość ekstraktu. Automatyczna rejestracja danych procesu sonikacji stanowi podstawę standaryzacji procesu oraz odtwarzalności / powtarzalności, wymaganych w ramach dobrej praktyki wytwarzania (GMP).

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: