Ultradźwiękowa ekstrakcja materiału komórkowego

Ekstrakcja ultradźwiękowa, czyli sonoekstrakcja, to technologia intensyfikacji procesów, która polega na sprzężeniu ultradźwięków dużej mocy z zawiesiną tkanki roślinnej lub komórkowej. Hielscher Ultrasonics dostarcza niezawodne sonikatory do rozbijania komórek i ekstrakcji, od małych próbek laboratoryjnych aż po duże objętości w przetwarzaniu przemysłowym. Atrakcyjność ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami wynika z nietermicznego przetwarzania materiału, łatwości jej stosowania i możliwości skalowania od skali testowej do produkcyjnej.

Urządzenia ultradźwiękowe Hielscher generują ultradźwięki o wysokiej intensywności, które można precyzyjnie kontrolować zgodnie z wymaganiami procesu.

Poniższa lista przedstawia różne protokoły przetwarzania ultradźwiękowego, które pokazują szeroki zakres zastosowań ultradźwięków dużej mocy w biologii, przetwórstwie żywności i produkcji farmaceutycznej.
Niezależnie od tego, czy mają Państwo na myśli konkretną ekstrakcję z materiału roślinnego, czy chcą uzyskać więcej ogólnych informacji o naszych wysokowydajnych ekstraktorach ultradźwiękowych, prosimy o skorzystanie z poniższego formularza kontaktowego! Chętnie Państwu pomożemy!

Ultradźwiękowa ekstrakcja boldyny z liści boldo (Peumus boldus Molina)

Zastosowanie ultradźwięków:
Ważnym związkiem aktywnym w boldo jest boldyna ((S)-2,9-dihydroxy-1,10-dimethoxiaporphine), która obok katechiny ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxy-phenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-benzopyran-3,5,7-triol) stanowi główny składnik frakcji alkaloidowej i flawonoidowej liści boldo. Boldyna jest silnym przeciwutleniaczem, który ulega uszkodzeniom peroksydacyjnym wywoływanym przez wolne rodniki i działa jako skuteczny zmiatacz rodników hydroksylowych.
Procedura ekstrakcji: W typowej procedurze ekstrakcji próbki liści boldo poddawano ekstrakcji przy użyciu 1L wody destylowanej pod ciśnieniem atmosferycznym, stosując sonikator UIP1000hd w trybie okresowym i przepływowym. Czas ekstrakcji wynosi od 10 do 40 min., przy intensywności ultradźwięków od 10 do 23 W/cm², w zakresie temperatur od 10 do 70°C. Najlepsze wyniki uzyskano w następujących warunkach: intensywność ultradźwięków 23 W/cm² przez 40 min. w temperaturze 36°C
Wyniki: Wyniki analizy pokazują, że sonikacja z użyciem dużej mocy zwiększa uwalnianie analitu z roślinnego materiału matrycowego boldo ze znacznie większą szybkością w porównaniu z metodą konwencjonalną: taki sam uzysk osiągnięto przez sonikację w ciągu 30 min., podczas gdy czas konwencjonalnej ekstrakcji wynosił 2h.
Chemat (2013) i współpracownicy wykazali, że ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami poprawia wydajność ekstrakcji roślinnej, jednocześnie skracając czas ekstrakcji i zwiększając stężenie ekstraktów (przy tej samej ilości rozpuszczalnika i materiału roślinnego). Analiza wykazała, że zoptymalizowane warunki były następujące: moc sonikacji 23 W/cm² przy użyciu UIP1000hd przez 40 min. w temperaturze 36°C. Zoptymalizowane parametry ekstrakcji ultradźwiękowej zapewniają lepszą ekstrakcję w porównaniu z konwencjonalną maceracją pod względem czasu procesu (30 min. zamiast 120 min.), wyższego uzysku, wyższej efektywności energetycznej, lepszej czystości, większego bezpieczeństwa i lepszej jakości produktu.
Zalecane urządzenie:
UIP1000hdT z sonotrodą BS2d34 i komorą przepływową
Źródło / publikacja naukowa:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Okresowa i ciągła ekstrakcja liści boldo wspomagana ultradźwiękami (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.

Ultradźwiękowa ekstrakcja kwasu chlorogenowego z liści tytoniu

Zastosowanie ultradźwięków:
Do doświadczeń ekstrakcyjnych liście tytoniu Nicotiana tabacum rozdrabniano do mniejszych rozmiarów cząstek, wynoszących około >4 x ≧2 mm. W próbach ekstrakcji ultradźwiękowej próbki o masie 20g wysuszonych liści tytoniu poddawano ekstrakcji wodą destylowaną w temperaturach od 5°C do 30°C. Doświadczenia ekstrakcyjne prowadzono dla czasów cyklu ekstrakcji wynoszących od 5 minut do 30 minut na cykl. Około 10 do 15 kropli etanolu dodawano do obliczonej optymalnej objętości 256 ml wody destylowanej, potrzebnej do wyekstrahowania całego rozpuszczalnego kwasu chlorogenowego z próbek o masie 20 g wysuszonych liści tytoniu. Optymalną objętość 256 ml wody destylowanej dzielono następnie na mniejsze porcje rozpuszczalnika ekstrakcyjnego do wykorzystania w każdym cyklu ekstrakcji ultradźwiękowej.
Do oddziaływania ultradźwiękami stosowano procesor ultradźwiękowy UP400S (400 watów, 24 kHz) z wykonaną z tytanu sonotrodą H7 o średnicy końcówki 7mm. Sonotrodę H7 wprowadzano do połowy wysokości mieszaniny ekstrakcyjnej.
Protokół: Za optymalne warunki ultradźwiękowej ekstrakcji kwasu chlorogenowego z liści tytoniu uznano: 20g wysuszonych liści tytoniu w wodzie destylowanej (optymalny stosunek cieczy do substancji stałej: 12,8mL/g) przy temperaturze przetwarzania 20 degC, urządzenie ultradźwiękowe UP400S (400W, 24kHz) przez 3 cykle sonikacji po 15min każdy (całkowity czas sonikacji: 45 min).
Zalecane urządzenie:
UP400S z sonotrodą H7
Źródło / publikacja naukowa:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optymalizacja i plan ortogonalny procesu wodnej ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami w celu ekstrakcji kwasu chlorogenowego z suchych liści tytoniu. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji z tytoniu!

Ultradźwiękowa ekstrakcja mangiferyny

Zastosowanie ultradźwięków:
Mangiferyna (1,3,6,7-Tetrahydroxy-2-[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]xanthen-9-one; wzór: C₁₉H₁₈O₁₁) jest polifenolem o strukturze C-glikozyloksantonu, występującym w wielu gatunkach roślin. Mangiferyna wykazuje różne aktywności farmakologiczne. Regioselektywne acylowanie mangiferyny może być bardzo wydajnie katalizowane przez lipazę podczas sonikacji. W porównaniu z metodami konwencjonalnymi kataliza wspomagana ultradźwiękami wyróżnia się krótszym czasem reakcji i wyższymi uzyskami. Ustalono następujące optymalne warunki ultradźwiękowego acylowania mangiferyny:
lipaza: PCL, donor grupy acylowej: octan winylu; rozpuszczalnik reakcyjny: DMSO, temperatura reakcji: 45 degC, moc ultradźwięków: 200W; stosunek substratów: donor grupy acylowej/mangiferyna 6/1, ilość enzymu: 6 mg/ml
Uzysk regioselektywnego acylowania wynosił do 84%.
Zalecane urządzenie:
UP200St lub UP200Ht
Źródło / publikacja naukowa:
por.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): Wpływ ultradźwięków na katalizowane lipazą regioselektywne acylowanie mangiferyny w rozpuszczalnikach niewodnych. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Ultradźwiękowa ekstrakcja kapsaicynoidów

Zastosowanie ultradźwięków:
Ekstrakcja kapsaicynoidów (kapsaicyny, nordihydrokapsaicyny) z papryki chili: Kapsaicynoidy z papryki Capsicum frutescens uzyskano poprzez ekstrakcję ultradźwiękową w następujących warunkach: rozpuszczalnik: 95% (v/v) etanol, stosunek objętości rozpuszczalnika do masy materiału 10 ml/g, czas ekstrakcji przez sonikację 40 min., temperatura ekstrakcji 45°C. Uzysk ekstrakcji: 85% kapsaicynoidów
Zalecane urządzenie:
UP400St
Przeczytaj więcej o ekstrakcji kapsaicynoidów z papryki chili wspomaganej ultradźwiękami!

Ultradźwiękowa ekstrakcja sylimaryny z nasion ostropestu plamistego

Zastosowanie ultradźwięków:
Ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami przeprowadzono przy użyciu sonikatora UP400S. W badaniu zastosowano ultradźwiękową sondę tubową o średnicy 1,5 cm. Dokładnie odważono 10 g odtłuszczonego proszku z ostropestu plamistego i rozpuszczono w 100 mL metanolu. Zlewkę umieszczono w łaźni wodnej i utrzymywano w temperaturze 25°C. Proszek z ostropestu plamistego rozpuszczony w rozpuszczalniku poddawano sonikacji przez różne okresy (30, 60, 90, 120 i 150 min.). Po każdym okresie roztwór filtrowano przez bibułę filtracyjną Whatman, a każdy filtrat (około 80mL) odparowywano przy użyciu wyparki obrotowej do uzyskania 30 mL roztworu. Absorbancję związków fenolowych mierzono spektrofotometrem UV-Vis przy długości fali 517 nm zgodnie z metodą DPPH. Zgodnie z oczekiwaniami wydłużanie czasu ekstrakcji powodowało wzrost zawartości sylimaryny.
Autorzy badania stwierdzili, że ekstrakcja ultradźwiękowa w celu uzyskania ekstraktów alkoholowych jest jedną z najlepszych technik zastępujących techniki konwencjonalne. Wykazano, że ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala uzyskać lepszą jakość ekstraktu. Dalsze korzyści obejmują oszczędność czasu, większą wydajność itd.
Zalecane urządzenie:
UP400St
Źródło / publikacja naukowa:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ekstrakcja składników sylimaryny z nasion ostropestu plamistego (Silybum Marianum L.) wspomagana ultradźwiękami. GIDA 36/6, 2011. 311–318.
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji sylimaryny z nasion ostropestu plamistego!

Ultradźwiękowa ekstrakcja stewiozydu

Zastosowanie ultradźwięków:
Próbki o masie 10g suchych i zmielonych liści stewii poddawano ekstrakcji w 100mL wody przy ciągłym mieszaniu (mieszadłem magnetycznym). Wartość pH kontrolowano przy użyciu 0,01 M fosforanu sodu o pH 7. Próbkę umieszczono w szklanej zlewce o pojemności 150 mL i poddawano sonikacji za pomocą sonikatora sondowego UIP500hT (20kHz, 500W). Końcówkę sonotrody zanurzono na około 1,5 cm w zawiesinie liści stewii. Urządzenie ultradźwiękowe ustawiono na moc wyjściową 350W. Łagodna sonikacja z mocą 350 W przez 5–10 min. przy stałej temperaturze procesu 30°C zapewniła uzysk rebaudiozydu A wynoszący 30–34g na 100g próbki. Po sonikacji roztwór ekstraktu odwirowywano i filtrowano przez mikroporowatą membranę 0,45 μm; filtrat pobierano do analizy całkowitej zawartości rebaudiozydu A. Uzysk ekstrakcji całkowitej zawartości rebaudiozydu A analizowano metodą HPLC.
Dzięki bezrozpuszczalnikowej ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami uzyskano wysoki uzysk rebaudiozydu A w porównaniu z tradycyjnymi metodami ekstrakcji, takimi jak ekstrakcja termiczna lub maceracja.
Zalecane urządzenie:
UIP500hdT
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji ze stewii!

Ultradźwiękowa ekstrakcja terpenów

Zastosowanie ultradźwięków:
Ekstrakcję związków lotnych, takich jak terpeny, z kwiatostanów odmiany włóknistej Cannabis sativa L. można usprawnić ultradźwiękami. Badania wykazały, że już po krótkiej sonikacji docelowe terpeny są uwalniane z materiału roślinnego.
Wyniki pokazują, że przetwarzanie ultradźwiękowe trwające nie dłużej niż 5 min pozwala uzyskać większe stężenie terpenów w porównaniu z maceracją. Natomiast przetwarzanie ultradźwiękowe trwające dłużej niż 5 min zwiększało stężenie δ-9-tetrahydrokannabinolu (THC).
Protokół sonikacji:
Ekstrakcję terpenów wspomaganą ultradźwiękami przeprowadzono za pomocą sonikatora sondowego o mocy 200W. Urządzenie ultradźwiękowe ustawiono na amplitudę 25%. Do każdej z trzech porcji wysuszonych kwiatostanów o masie 50g dodano 250mL 70% etanolu v/v, który stosowano jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny. Każdą zlewkę wraz z zawartością zanurzono w łaźni lodowej. Sonikację prowadzono przez 5, 10 i 15 min. W trakcie procedury ekstrakcji ultradźwiękowej zapewniano ciągłe, szybkie odprowadzanie ciepła, aby utrzymać temperaturę procesu poniżej 30°C. Po ekstrakcji mieszaniny filtrowano pod próżnią przez bibułę Whatman nr 3, a rozpuszczalnik usuwano przez odparowanie w obrotowej wyparce próżniowej. Każdą próbę ekstrakcyjną przeprowadzano w trzech powtórzeniach z użyciem trzech różnych próbek.
Stwierdzono, że sonikacja jest interesującą alternatywą dla maceracji w ekstrakcji związków lotnych z kwiatostanów konopi, jednak wykazano również, że przetwarzanie ultradźwiękowe musi trwać nie dłużej niż 5 minut, aby uzyskać większy odzysk terpenów. Natomiast przetwarzanie ultradźwiękowe trwające dłużej niż 5 minut zwiększało stężenie δ-9-tetrahydrokannabinolu (THC). Ekstrakt z kwiatostanów Cannabis sativa uzyskany przez ekstrakcję ultradźwiękową prowadzoną przez 5 min mógłby być stosowany jako składnik perfum lub substancja aromatyzująca do napojów. Może być stosowany jako alternatywa dla konopi przemysłowych, których łodygi wykorzystuje się w przemyśle włókienniczym, a ekstrakty z kwiatostanów w przemyśle kosmetycznym i spożywczym.
Zalecane urządzenie:
UP200St lub UP200Ht z sonotrodą / sondą S26d14
Źródło / publikacja naukowa:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): „Ekstrakcja związków lotnych z kwiatostanów konopi przemysłowych Cannabis sativa L. wspomagana ultradźwiękami”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8–14.
Przeczytaj więcej o ekstrakcji terpenów wspomaganej ultradźwiękami!

Zestaw ekstrakcyjny do izolacji substancji roślinnych: Sonikator sondowy UP400ST, filtr próżniowy Büchi i wyparka obrotowa do ekstrakcji fitozwiązków.

Ultradźwiękowa ekstrakcja waniliny ze strąków wanilii poddanych dojrzewaniu pozbiorczemu (curing)

Zastosowanie ultradźwięków:
Ekstrakcję waniliny zoptymalizowano podczas sonikacji. W tym celu urządzenie ultradźwiękowe o mocy 100 watów pracowało w trybie impulsowym (cykle: 5 sek. włączenia, a następnie 5 sek. wyłączenia).
Najlepsze wyniki ekstrakcji ultradźwiękowej uzyskano przy użyciu 40% etanolu przez 1h w temperaturze 30°C. Aby porównać wyniki z konwencjonalnymi metodami ekstrakcji, przeprowadzono również ekstrakcję w łaźni wodnej i w łaźni ultradźwiękowej. Wyniki wykazały, że zoptymalizowana ekstrakcja waniliny przy użyciu sondy tubowej z 40% etanolem przez 1h w temperaturze 30°C była porównywalna z ekstrakcją w łaźni wodnej z 40% etanolem w temperaturze 56°C przez 15h.
Zalecane urządzenie:
UP100H
Źródło / publikacja naukowa:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Ulepszona ekstrakcja waniliny, 4-hydroksy-3-metoksybenzaldehydu, z poddanych obróbce strąków wanilii przy użyciu ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami: Porównanie ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami i ekstrakcji w gorącej łaźni wodnej. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6–12.
Przeczytaj więcej o korzyściach ultradźwiękowej ekstrakcji waniliny!

Ultradźwiękowa ekstrakcja związków fenolowych z Ziziphus Jujube

Zastosowanie ultradźwięków:
Do ekstrakcji związków fenolowych z głożyny (Ziziphus Jujube) wspomaganej ultradźwiękami zastosowano sonikator sondowy o wysokiej intensywności UP200H o mocy 200W i częstotliwości 24kHz. Urządzenie ultradźwiękowe wyposażono w sonotrodę S2 z mikrokońcówką (średnica końcówki 2 mm), którą zanurzono w łaźni wodnej, w której umieszczono szklane naczynie do strącania z próbką (wymiary wewnętrzne: 280:195:135 mm). Amplituda drgań ultradźwiękowych wynosiła 100% mocy znamionowej (maksymalna amplituda 260 μm), moc akustyczna 0,171402 W, a intensywność 21,8346 W/cm2. Intensywność ultradźwięków określano kalorymetrycznie, mierząc wzrost temperatury zawiesiny w czasie w warunkach adiabatycznych. Procedurę ekstrakcji ultradźwiękowej stosowano do ekstrakcji ogółu związków fenolowych z próbek zgodnie z planem doświadczenia (w celu optymalizacji).
Zalecane urządzenie:
UP200H z sonotrodą S2
Źródło / publikacja naukowa:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optymalizacja ekstrakcji związków fenolowych z głożyny (Ziziphus Jujube) metodą ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami. IECFP 2013.

Kliknij tutaj, aby znaleźć więcej protokołów sonikacji do ultradźwiękowego przetwarzania materiału biologicznego!