Most Efficient Extraction Method for Botanicals

Szukasz wydajnego i niezawodnego systemu ekstrakcji do produkcji wysokiej jakości ekstraktów botanicznych? Tutaj można znaleźć porównanie powszechnie stosowanych technik ekstrakcji, w tym ekstrakcji ultradźwiękowej, ekstrakcji na parametry nadkrytyczne CO2, ekstrakcji etanolu, maceracji między innymi oraz ich zalety i wady.

Czym są ekstrakty botaniczne?

Substancje botaniczne takie jak liście, płatki, kwiaty, łodygi, korzenie i kora zawierają silne związki bioaktywne (fitochemiczne), które są stosowane w żywności i napojach, suplementach diety, terapiach i farmaceutykach oraz w produktach kosmetycznych. Znaczącymi przykładami ekstraktów botanicznych są przeciwutleniacze, witaminy (np. witamina A, C, E, K; witaminy z grupy B), białka (np. konopie, soja), polifenole, flawonoidy, terpeny, kanabinoidy (np. CBD, CBG, THC), oligosacharydy i lipidy (np. omega-3 z nasion lnu lub konopi).
Przeciwutleniacze działają jako potężny mechanizm obronny, który zapobiega uszkodzeniom komórek organizmu przed starzeniem się, stresem, stanami zapalnymi i chorobami. Badania wykazują również, że antyoksydanty mogą przyczyniać się do rozwoju układu odpornościowego i wykazywać właściwości antynowotworowe. Co więcej, antyoksydanty zapobiegają utlenianiu produktów, wydłużając tym samym ich stabilność i trwałość. Dlatego też antyoksydanty są dodawane do wielu produktów spożywczych i napojów, suplementów diety, leków i produktów kosmetycznych. Bardzo ważnymi przykładami przeciwutleniaczy są witamina E (α-tokoferol), witamina C (kwas askorbinowy), beta-karoten i glutation.
Przeciwutleniacze i inne związki bioaktywne mogą być ekstrahowane z materiałów naturalnych, takich jak związki roślinne lub algi, lub sztucznie syntetyzowane. Związki bioaktywne, które są pozyskiwane ze źródła naturalnego, wykazują większą biodostępność, biodostępność, a tym samym większą siłę działania. Dlatego też w suplementach wysokiej jakości stosuje się naturalnie ekstrahowane fitochemikalia.

Wydobywanie ekstraktów wysokiej jakości z roślinności

Dla wysokiej jakości ekstraktów botanicznych nie tylko surowiec (materiał roślinny) jest niezbędny, ale również stosowana technika ekstrakcji jest kluczowa. Ekstrakty roślinne są wrażliwe na temperaturę, co oznacza, że są zdegradowane przez ciepło. Dlatego też decydujące znaczenie ma wybór nietermicznej metody ekstrakcji.
Kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na jakość ekstraktu jest dobór rozpuszczalnika do ekstrakcji. Rozpuszczalniki takie jak heksan, metanol, butan i inne surowe chemikalia mogą zanieczyszczać ekstrakt. Mimo że rozpuszczalniki są usuwane po ekstrakcji, w ekstrakcie końcowym można znaleźć śladowe ilości toksycznych rozpuszczalników. Woda, alkohol, etanol, gliceryna lub oleje roślinne są bezpiecznymi, nietoksycznymi rozpuszczalnikami i zatwierdzonymi przez FDA do spożycia.

Jak ekstrahuje się związki bioaktywne z roślin za pomocą ultradźwięków sondowych? Instrukcja krok po kroku!

1. Najpierw materiał roślinny jest mielony lub siekany na małe kawałki, aby zwiększyć powierzchnię do ekstrakcji.
2. Materiał roślinny jest następnie mieszany z rozpuszczalnikiem (takim jak etanol lub woda) w celu ekstrakcji polifenoli.
3. Ultradźwięki sondowe są następnie wykorzystywane do wspomagania procesu ekstrakcji poprzez aplikację na mieszaninę fal ultradźwiękowych o wysokim natężeniu i niskiej częstotliwości ok. 20kHz. Powoduje to kawitację akustyczną i szybkie drgania rozpuszczalnika, co sprzyja dezintegracji i rozpadowi komórek roślinnych oraz uwalnianiu substancji bioaktywnych, takich jak polifenole, flawonoidy i witaminy.
4. Następnie mieszanina jest filtrowana w celu oddzielenia stałego materiału roślinnego od cieczy zawierającej wyekstrahowane związki bioaktywne.
5. Ciecz jest następnie odparowywana lub poddawana dalszej obróbce w celu usunięcia rozpuszczalnika i skoncentrowania cząsteczek bioaktywnych.
6. Produktem końcowym jest bogaty w bioaktywne składniki ekstrakt, który może być wykorzystywany w różnych zastosowaniach, takich jak suplementy diety, żywność funkcjonalna i kosmetyki.

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

Jak działa ekstrakcja ultradźwiękowa?

Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na zasadzie działania ultradźwiękowej kawitacji akustycznej i jest zabiegiem czysto mechanicznym. Podobnie jak mieszalnik wysoko ścinający, ultradźwiękowy wytwarza jedynie mechaniczne siły ścinające w przetwarzanym medium. Sama ekstrakcja ultradźwiękowa jest nietermiczną, nie wymagającą stosowania środków chemicznych techniką ekstrakcji.
Czym jest kawitacja akustyczna? – Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa zachodzi, gdy fale ultradźwiękowe o dużej mocy i niskiej częstotliwości są sprzężone z zawiesiną składającą się z materiału roślinnego w cieczy (rozpuszczalniku). Fale ultradźwiękowe o dużej mocy są wprowadzane do zawiesiny roślinnej za pośrednictwem procesora ultradźwiękowego z sondą. Wysokoenergetyczne fale ultradźwiękowe przechodzą przez ciecz, tworząc naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia, co powoduje zjawisko kawitacji akustycznej. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa prowadzi lokalnie do powstania ekstremalnych warunków, takich jak bardzo duża różnica ciśnień i duże siły ścinające. Gdy pęcherzyki kawitacyjne implodują na powierzchni ciał stałych (takich jak cząsteczki, komórki roślinne, tkanki itp.), mikrodysze i zderzenia międzycząsteczkowe wywołują takie efekty, jak rozpad cząsteczek, sonoporacja (perforacja ścian komórkowych i błon komórkowych) oraz rozpad komórek. Ponadto implozja pęcherzyków kawitacyjnych w cieczy powoduje turbulencje i wzburzenie, które sprzyjają transferowi masy między wnętrzem komórki a otaczającym ją rozpuszczalnikiem. Promieniowanie ultradźwiękowe jest bardzo skutecznym sposobem usprawniania procesów przenoszenia masy, ponieważ sonikacja powoduje kawitację i związane z nią mechanizmy, takie jak mikroruchy strumieni cieczy, ściskanie i rozprężanie materiału z następującym po nich rozerwaniem ścian komórkowych.
W zależności od surowca, proces ekstrakcji ultradźwiękowej może wymagać dużej intensywności, np. w celu rozbicia sztywnych komórek roślinnych lub materiału o dużej ilości celulozy. Ultradźwięki typu sondarowego mogą generować bardzo duże amplitudy, które są niezbędne do generowania kawitacji uderzającej. Firma Hielscher Ultrasonic produkuje wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe, które z łatwością mogą generować amplitudy rzędu 200µm w ciągłej, całodobowej pracy. Dla jeszcze większych amplitud firma Hielscher oferuje określone sondy (sondy) o wysokiej amplitudzie.
Do intensyfikacji kawitacji stosuje się reaktory ultradźwiękowe z możliwością regulacji ciśnienia i komórki przepływowe. Wraz ze wzrostem ciśnienia, kawitacja i kawitacyjne siły ścinające stają się bardziej destrukcyjne i poprawiają tym samym efekty ekstrakcji ultradźwiękowej.

Ekstrakcja fitochemikaliów i związków bioaktywnych za pomocą sondowania

Ekstrakcja ultradźwiękowa wykorzystywana jest do uwalniania i izolowania różnorodnych związków bioaktywnych (tzw. fitochemikaliów) z produktów botanicznych.
Poniższa lista zawiera mały przegląd fitochemikaliów ekstrahowanych ultradźwiękowo:

• CBD i inne Cannabinoidy z konopi indyjskich i konopi indyjskich
• terpeny
• imbir
• rozmaryn
• Kapsaicyna z Chillies
• Kofeina z ziaren kawy
• Astaksantyna z alg
• Allicyna z czosnku
• Katechiny (EGEC) z Tea
• Ellagitanniny z granatu
• Ayurvedic Herbal Extracts
• Nikotyna z tytoniu
• olejki eteryczne
• Pektyny z owoców cytrusowych Skórki owoców

Rozpuszczalniki stosowane do ekstrakcji ultradźwiękowej

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z prawie każdym rozpuszczalnikiem. Najczęściej do ekstrakcji związków bioaktywnych z roślin stosuje się etanol, wodę, mieszankę etanolu z wodą, glicerynę i oleje roślinne, ponieważ te rozpuszczalniki są uważane za bezpieczne w użyciu i łatwe w użyciu.
Dowiedz się więcej o rozpuszczalnikach używanych do ekstrakcji ultradźwiękowej!

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji etanolu

Etanol jest jednym z najczęściej stosowanych rozpuszczalników z ekstrakcją ultradźwiękową ze względu na jego bezpieczeństwo (zatwierdzony przez FDA do użytku), skuteczność i szeroki zakres wypłacalności. Ultradźwiękowa ekstrakcja etanolu przewyższa inne rozpuszczalniki i inne technologie ekstrakcji pod względem kosztów, skalowalności liniowej, prostoty i bezpieczeństwa.
Najwyższa skuteczność etanolu jako rozpuszczalnika jest związana z jego składem chemicznym, jakim jest węglowodorowy ogon i pojedyncza grupa hydroksylowa. Ten skład chemiczny pozwala na rozpuszczanie i ekstrakcję bardzo szerokiego spektrum substancji, z polifenoli, flawonoidów, terpenów, kannabinoidów i lipidów (olejów).
Na przykład, ultradźwiękowa ekstrakcja etanolu z kannabinoidów nie wymaga zimowania (odparowywania), co jest krokiem wymaganym przy innych metodach ekstrakcji, takich jak ekstrakcja CO2 w celu usunięcia wosków.

Ekstrakcja etanolem wykazuje różne efekty w zależności od temperatury etanolu. Podgrzany etanol jest często stosowany do produkcji ekstraktów o pełnym spektrum działania, które są cenione ze względu na ich efekt "entourage". Z drugiej strony, do produkcji destylatów ziołowych lub destylatów z konopi indyjskich najlepiej stosować lodowato zimny etanol. Ekstrakcja w zimnym etanolu nie wymaga późniejszej filtracji. Ponieważ ekstrakcja ultradźwiękowa nie jest obróbką termiczną, można ją stosować z gorącym/ciepłym lub schłodzonym/zimnym etanolem. Reaktory ultradźwiękowe z płaszczem pomagają utrzymać pożądaną temperaturę podczas obróbki. Cyfrowe sterowanie i inteligentne oprogramowanie ultradźwiękowego urządzenia monitoruje temperaturę przetwarzania za pomocą podłączanych czujników temperatury i można je zaprogramować tak, aby zatrzymywało lub wstrzymywało proces ekstrakcji, gdy temperatura medium przekroczy określony zakres.

Kup najbardziej wydajne urządzenia do ekstrakcji ultradźwiękowej

Wysokowydajne systemy odciągowe firmy Hielscher Ultrasonics są dostępne w każdej skali, od małych rozmiarów laboratoryjnych, przez średniej wielkości wagi pilotażowe, po w pełni przemysłową produkcję rzędu kilku ton na godzinę. W zależności od przepustowości, ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher mogą być stosowane w trybie wsadowym lub ciągłym inline. Wybór rozpuszczalnika zależy od użytkownika, ponieważ ultradźwięki Hielscher mogą być stosowane w połączeniu z dowolnym rozpuszczalnikiem. Wszystkie urządzenia do ekstrakcji ultradźwiękowej są proste i bezpieczne w obsłudze. W zależności od surowca, wydajności procesu i docelowej mocy wyjściowej, firma Hielscher oferuje Państwu najbardziej odpowiednie urządzenia ultradźwiękowe.
Na procesy ekstrakcji ultradźwiękowej mają wpływ surowce, rozpuszczalniki i przepustowość. Różne akcesoria, takie jak sonody (sondy) o różnych rozmiarach i kształtach, rogi wspomagające, komory przepływowe o różnych objętościach i geometriach, podłączane czujniki temperatury i ciśnienia oraz wiele innych gadżetów, są dostępne w celu stworzenia idealnej konfiguracji ultradźwiękowej dla procesu ekstrakcji.
Kontrola procesu ma zasadnicze znaczenie dla uzyskania powtarzalnych wyników. Dlatego też wszystkie modele cyfrowe są wyposażone w inteligentne oprogramowanie, które pozwala na regulację, monitorowanie i korektę parametrów ekstrakcji. Dzięki precyzyjnej kontroli amplitudy, czasu emisji dźwięku i cykli pracy, można uzyskać optymalne wyniki procesu, takie jak najwyższa wydajność i najwyższa jakość odsysania. Automatyczna rejestracja danych procesu soniowania jest podstawą standaryzacji procesu i powtarzalności / powtarzalności, które są wymagane dla Dobrych Praktyk Wytwarzania (GMP).

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Literatura / materiały źródłowe