Strategie zwiększania uzysku w ekstrakcji surowców roślinnych
Aby wytwarzać ekstrakty najwyższej jakości z surowców roślinnych z wysoką wydajnością, tj. uzyskiwać duże ilości ekstraktów najwyższej jakości w krótkim czasie ekstrakcji, potrzebna jest wysokowydajna technika ekstrakcji. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest techniką intensyfikacji procesu, która umożliwia wykorzystanie szerokiej gamy surowców i zapewnia wysoki uzysk ekstraktów o doskonałej jakości w sposób szybki i ekonomiczny.
Ekstrakty roślinne najwyższej jakości dzięki ultradźwiękom dużej mocy
Podczas ekstrakcji określonego związku bioaktywnego lub frakcji bioaktywnej z surowca roślinnego na proces ekstrakcji wpływają różne czynniki. Oprócz technologii ekstrakcji (np. ekstrakcji ultradźwiękowej) polarność rozpuszczalnika, surowiec i jego obróbka wstępna, stosunek fazy stałej do ciekłej (tj. stosunek materiału roślinnego do rozpuszczalnika), czas ekstrakcji i temperatura są ważnymi czynnikami procesowymi, które należy starannie uwzględnić. Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) umożliwia zapewnienie idealnych warunków przetwarzania, które charakteryzują się jednocześnie łagodnością i wysoką wydajnością. Swobodny wybór łagodnych rozpuszczalników lub ekstrakcji zimną wodą, niskie temperatury i krótkie czasy przetwarzania sprawiają, że ekstrakcja ultradźwiękowa jest techniką ekstrakcji o przewadze nad innymi metodami, która zapobiega termicznej lub chemicznej degradacji cząsteczek bioaktywnych. Ponadto UAE może uwolnić całą dostępną ilość cząsteczek bioaktywnych z surowca roślinnego. Dlatego sonikacja jest najczęściej stosowaną technologią ekstrakcji do produkcji ekstraktów o silnym działaniu.
Ekstrakcja surowców roślinnych za pomocą UP400St (400W, 24kHz)
Co sprawia, że ekstrakcja ultradźwiękowa ma przewagę nad innymi metodami?
Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) jest wysoce wydajną techniką ekstrakcji, która opiera się wyłącznie na siłach mechanicznych. Kawitacja ultradźwiękowa, czyli akustyczna, charakteryzuje się intensywnymi siłami ścinania oraz występującymi lokalnie dużymi różnicami temperatury i ciśnienia. Te bardzo intensywne siły kawitacyjne powodują tak zwaną sonoporację, czyli tworzenie nowych i powiększanie istniejących porów w błonie komórkowej, a także rozbijanie struktur komórek roślinnych. Zintensyfikowany ultradźwiękami przepływ rozpuszczalnika do wnętrza komórek i na zewnątrz przyczynia się do szybkiego i całkowitego uwalniania substancji roślinnych. Wykorzystując wyłącznie siły mechaniczne, UAE nie zmienia cząsteczek pochodzenia roślinnego za pomocą środków chemicznych ani intensywnej obróbki cieplnej, zapobiegając tym samym chemicznym lub wywołanym ciepłem zmianom substancji bioaktywnych występujących w surowcach roślinnych. W rezultacie ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala uzyskać wysokiej jakości ekstrakty o pełnym spektrum składników, które zapewniają pełne działanie połączonych substancji roślinnych, znane jako tak zwany efekt otoczenia.
Ekstrakcja ultradźwiękowa: łagodna, nietermiczna, a zarazem wysoce wydajna technika zapewniająca wysoki uzysk ekstraktów najwyższej jakości.
Porównanie ekstrakcji ultradźwiękowej z innymi technikami
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowaną techniką uwalniania i izolowania z materiałów roślinnych związków bioaktywnych, takich jak przeciwutleniacze, polifenole, polisacharydy, białka, lipidy, kannabinoidy i inne związki fitochemiczne.
Sonikacja jest preferowaną metodą ze względu na liczne zalety, takie jak wysoki / całkowity uzysk ekstrakcji, szybkie, nietermiczne przetwarzanie, zgodność z niemal wszystkimi rozpuszczalnikami (np. wodą, etanolem, metanolem, izopropanolem, olejami roślinnymi, gliceryną itp.), prosta i bezpieczna obsługa, niewielkie wymagania konserwacyjne i wiele innych.
Poniższa tabela porównuje ekstrakcję ultradźwiękową z innymi konwencjonalnymi metodami ekstrakcji, podkreślając zalety UAE.
Ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher wyróżniają się wydajnością, niezawodnością i łatwością obsługi
| Ekstrakcja ultradźwiękowa | Maceracja | Ekstrakcja CO2 | Ekstrakcja Soxhleta | Perkolacja | |
|---|---|---|---|---|---|
| Rozpuszczalnik | zgodność z niemal każdym rozpuszczalnikiem | woda, rozpuszczalniki wodne i niewodne | CO2 | woda, rozpuszczalniki wodne i niewodne | rozpuszczalniki organiczne |
| Temperatura | ekstrakcja nietermiczna, precyzyjna kontrola temperatury |
temperatura otoczenia | z ogrzewaniem | temperatura otoczenia, sporadycznie stosuje się ogrzewanie |
powyżej temperatury krytycznej 31°C |
| Ciśnienie | możliwe zarówno ciśnienie atmosferyczne, jak i podwyższone |
atmosferyczne | atmosferyczne | atmosferyczne | bardzo wysokie ciśnienia (powyżej ciśnienia krytycznego 74 bar) |
| Czas przetwarzania | krótki | bardzo długi | długi | bardzo długi | umiarkowany |
| Ilość rozpuszczalnika | mała, wysoka zawartość stałego materiału roślinnego w rozpuszczalniku, zwłaszcza przy zastosowaniu układu z komorą przepływową |
duża | umiarkowana | duża | duże ilości nadkrytycznego CO2 |
| Polarność naturalnego ekstraktu | zależna od rozpuszczalnika; w celu ekstrakcji związków niepolarnych i polarnych zaleca się ekstrakcję dwuetapową z użyciem dwóch rozpuszczalników |
zależna od rozpuszczalnika | zależna od rozpuszczalnika | zależna od rozpuszczalnika | zależna od ciśnienia (przy wyższych ciśnieniach większa polarność) |
| Elastyczność / Skalowalność | do ekstrakcji okresowej i w linii procesowej, skalowalność liniowa |
wyłącznie ekstrakcja okresowa, ograniczona skalowalność |
wyłącznie ekstrakcja okresowa, ograniczona skalowalność |
wyłącznie ekstrakcja okresowa, ograniczona skalowalność |
wyłącznie ekstrakcja okresowa, ograniczona skalowalność liniowa, bardzo kosztowna |
Dlaczego ekstrakcja ultradźwiękowa jest tak wydajna?
Mechanizm intensyfikacji ekstrakcji za pomocą ultradźwięków dużej mocy przypisuje się głównie zjawisku kawitacji akustycznej. Kawitacja ultradźwiękowa powoduje zderzenia między cząstkami biomasy roślinnej, co prowadzi do rozdrabniania wskutek wzajemnych zderzeń cząstek i zmniejszenia ich rozmiaru. Gdy pęcherzyki kawitacyjne zapadają się na powierzchni stałych cząstek roślinnych, erozja i sonoporacja dodatkowo zwiększają powierzchnię cząstek. Zintensyfikowana w ten sposób wymiana masy ułatwia uwalnianie cząsteczek takich jak białka, lipidy, cukry, witaminy, przeciwutleniacze, związki fitochemiczne i błonnik pokarmowy. Siły ścinania generowane ultradźwiękowo poprawiają przenikanie rozpuszczalnika do macierzy komórkowej materiału roślinnego oraz przepuszczalność błon komórkowych. Te mechanizmy działania ultradźwięków dużej mocy odpowiadają za znaczną intensyfikację procesu osiąganą przy zastosowaniu sonikacji do ekstrakcji surowców roślinnych.
- wysoki uzysk
- ekstrakty najwyższej jakości
- wysoce wydajny, szybki proces
- niskie koszty eksploatacji
- powtarzalne wyniki
- skalowalność liniowa
- prosta i bezpieczna obsługa
- wytrzymałość
Uzyskaj informacje techniczne o ekstraktorach ultradźwiękowych Hielscher i ich zaletach!
Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe do przetwarzania okresowego i ciągłego w dowolnej skali produkcji. Oprócz najwyższych standardów technicznych, wyjątkowej wytrzymałości i pracy 24/7/365 zapewniającej wysoką wydajność, sonikatory Hielscher charakteryzują się łatwą i niezawodną obsługą. Wysoka wydajność, inteligentne oprogramowanie, intuicyjne menu, automatyczne rejestrowanie danych i zdalne sterowanie przez przeglądarkę to tylko niektóre cechy wyróżniające ekstraktory Hielscher spośród innych urządzeń do ekstrakcji.
Zalety ekstraktorów ultradźwiękowych Hielscher
Wydajność
- Wyższy uzysk
- Szybki proces ekstrakcji – w ciągu kilku minut
- Ekstrakty wysokiej jakości – łagodna, nietermiczna ekstrakcja
- Ekologiczne rozpuszczalniki (woda, etanol, gliceryna, oleje roślinne itp.)
Prostota
- Podłącz i uruchom – konfiguracja i szkolenie w ciągu kilku godzin
- Wysoka wydajność przetwarzania – do produkcji ekstraktów na dużą skalę
- Praca okresowa lub ciągła w linii procesowej
- Prosta instalacja – obsługa wielu napięć zasilania i podłączenie tylko czterech węży
- Możliwość przemieszczania
- Liniowe zwiększanie skali – dodaj kolejny układ ultradźwiękowy równolegle, aby zwiększyć wydajność
- Zdalne monitorowanie i sterowanie – za pomocą komputera PC, smartfona lub tabletu
- Nadzór nad procesem nie jest wymagany – skonfiguruj i uruchom
- Wysoka wydajność – urządzenia zaprojektowane do ciągłej produkcji 24/7
- Wytrzymałość i niewielkie wymagania konserwacyjne
- Wysoka jakość – urządzenia zaprojektowane i wyprodukowane w Niemczech
- Szybkie załadowywanie i rozładowywanie między partiami
- Łatwe czyszczenie
Bezpieczeństwo
- Prosta i bezpieczna obsługa
- Ekstrakcja bez rozpuszczalnika lub z użyciem rozpuszczalnika (woda, etanol, oleje roślinne, gliceryna itp.)
- Bez wysokich ciśnień i temperatur
- Dostępne systemy w wykonaniu przeciwwybuchowym z certyfikatem ATEX
- Łatwe sterowanie (również zdalne)
Rozpuszczalniki do ekstrakcji ultradźwiękowej
Wybierz idealny rozpuszczalnik do swojego procesu ekstrakcji: woda, mieszanina wody i alkoholu, alkohol izopropylowy, heksan, etanol, metanol, butan, oleje roślinne, gliceryna,
nietoksyczne rozpuszczalniki, a także wszelkie inne standardowe rozpuszczalniki są zgodne z ekstrakcją ultradźwiękową.
Ultradźwiękowa ekstrakcja zimną wodą: Chociaż woda jest z technicznego punktu widzenia rozpuszczalnikiem, tak zwanym rozpuszczalnikiem uniwersalnym, ekstrakcję z użyciem wody ogólnie uznaje się za ekstrakcję bez rozpuszczalnika. Ultradźwiękowa ekstrakcja bezrozpuszczalnikowa nie wymaga żadnych substancji obcych. Zawiesinę wody i materiału roślinnego poddaje się sonikacji w celu rozbicia ścian komórek roślinnych, tak aby cząsteczki bioaktywne zostały uwolnione do wody (rozpuszczalnika). Sonikacja jest metodą czysto mechaniczną, która nie zmienia chemicznie surowca ani ekstraktu. Dlatego ekstrakcja ultradźwiękowa jest preferowaną techniką produkcji wysokiej jakości ekstraktów roślinnych.
Sonikator z sonotrodą UIP1000hdT z mieszadłem do produkcji ekstraktów roślinnych, takich jak kannabinoidy (np. CBD, THC, CBG)
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ekstraktorów ultradźwiękowych (przetwarzanie okresowe i przepływowe):
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Przemysłowa instalacja ekstraktora ultradźwiękowego UIP4000hdT do produkcji ekstraktów roślinnych.
Hielscher Ultrasonics produkuje i dostarcza wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe do zastosowań w skali laboratoryjnej, pilotażowej i przemysłowej.
Literatura / Źródła
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań od skali laboratoryjnej do przemysłowej.