Ultradźwiękowa ekstrakcja czosnku bez rozpuszczalników

Czosnek (Allium sativum) jest bogaty w związki siarki organicznej (np. allicynę, glutation), które promują wiele korzyści zdrowotnych. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest niezawodną i wydajną techniką produkcji wysoko skoncentrowanych ekstraktów czosnku. Ultradźwięki skutkują wysoką wydajnością wysokiej jakości ekstraktów o pełnym spektrum działania w bardzo krótkim czasie ekstrakcji.

Doskonałe ekstrakty czosnku dzięki ekstrakcji ultradźwiękowej

Zastosowanie sonikatora do ekstrakcji allicyny i związków siarki organicznej z czosnku oferuje szereg korzyści, w tym wysoką wydajność i wysoką jakość ekstraktu z czosnku, szybkie przetwarzanie oraz bezrozpuszczalnikowe, przyjazne dla środowiska podejście. Czynniki te wspólnie przyczyniają się do produkcji wysokiej jakości ekstraktów z czosnku o zwiększonej bioaktywności i spójnym składzie, dzięki czemu jest to preferowana metoda dla naukowców i przemysłu poszukujących wysokiej jakości produktów pochodnych czosnku.
Poniżej szczegółowo omawiamy korzystne efekty ekstrakcji czosnku wspomaganej ultradźwiękami:

• Po pierwsze, sonikator wykorzystuje fale ultradźwiękowe do tworzenia fal ultradźwiękowych o wysokiej intensywności, które są przesyłane przez tytanową sondę, tak zwaną sonotrodę, do medium ekstrakcyjnego. Ta energia mechaniczna generuje pęcherzyki kawitacyjne w cieczy, powodując ich szybkie zapadanie się. Podczas tego procesu dochodzi do intensywnego lokalnego ogrzewania i chłodzenia, tworząc mikroturbulencje i zmiany ciśnienia, które pomagają w rozerwaniu ścian komórkowych czosnku. Rozerwanie to ułatwia uwalnianie allicyny i innych związków siarki organicznej uwięzionych w komórkach, prowadząc do skutecznej ekstrakcji.
• Po drugie, kontrolowany i precyzyjny charakter sonikacji typu sondy pozwala na dostosowanie procesu ekstrakcji. Producenci ekstraktów, a także badacze mogą dostosować parametry, takie jak czas sonikacji, amplituda i temperatura, aby zoptymalizować warunki ekstrakcji, maksymalizując w ten sposób wydajność allicyny i związków siarki organicznej, jednocześnie minimalizując degradację wrażliwych związków. Ten poziom kontroli ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości ekstraktów o stałym składzie i sile działania.
• Dodatkowo, proces sonikacji jest stosunkowo szybki w porównaniu do tradycyjnych metod ekstrakcji, takich jak maceracja lub ekstrakcja Soxhleta. Ta wydajność nie tylko oszczędza czas, ale także pomaga zachować świeżość i bioaktywność ekstrahowanych związków. Krótszy czas trwania ekstrakcji zmniejsza ekspozycję ekstraktu czosnku na ciepło i tlen, które mogą degradować wrażliwe związki siarki organicznej.
• Ponadto ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z dowolnym rozpuszczalnikiem, w tym z takimi łagodnymi i przyjaznymi dla środowiska rozpuszczalnikami, jak woda, wodny etanol lub alkohol. Jest to szczególnie ważne, gdy ekstrakt z czosnku jest produkowany do stosowania jako dodatek do żywności, aromat, suplementy diety, nutraceutyki lub farmaceutyki, gdzie należy unikać ryzyka zanieczyszczenia rozpuszczalnikami lub innymi chemikaliami, aby zapewnić czystość i bezpieczeństwo produktu końcowego.

Ultradźwiękowa ekstrakcja allicyny na bazie wody

Allicyna jest najliczniejszą cząsteczką tiosulfinianu występującą w ekstrakcie z czosnku. Allicyna wykazuje działanie przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwgrzybicze, przeciwpierwotniakowe, przeciwnowotworowe i hipoglikemiczne, a także wspomaga zdrowie układu sercowo-naczyniowego i układu odpornościowego. Aktywność farmakologiczna czosnku związana jest głównie z reakcjami wymiany tiolowo-dwusiarczkowej z białkami zawierającymi tiol.
Do produkcji wysoko skoncentrowanych ekstraktów z czosnku z dużą ilością związków siarki organicznej, ekstrakcja ultradźwiękowa jest niezawodną i skuteczną techniką izolowania tioli i innych substancji bioaktywnych z czosnku. Sonikacja uwalnia tiole z wnętrza komórek czosnku i umożliwia przygotowanie pełnego spektrum ekstraktu biomolekuł czosnku. Do ultradźwiękowej ekstrakcji czosnku, woda może być stosowana jako rozpuszczalnik, który jest nietoksyczny, niedrogi i przyjazny dla środowiska.
 

Przekrój poprzeczny ząbka czosnku przed i po sonikacji
badanie i zdjęcia Bose et al. 2014

Ultradźwiękowe protokoły ekstrakcji allicyny

Do ultradźwiękowej ekstrakcji czosnku opracowano kilka protokołów. W badaniach naukowych kilka zespołów badawczych wykazało, że ultradźwięki dają wysoką zawartość allicyny, alliiny, związków siarki organicznej i innych fitochemikaliów z czosnku.
Arzanlou et al. (2010) donoszą o ultradźwiękowej ekstrakcji allicyny z ząbków czosnku przy użyciu wody jako rozpuszczalnika. Użyli 20 g ręcznie zmiażdżonych ząbków czosnku. Sonikowano zmacerowany czosnek w 600 ml wody destylowanej przez 5 minut, używając Hielscher UP200S (200 watów) przy 100% amplitudzie. Do rozpraszania ciepła użyto łaźni lodowej. Po ekstrakcji ultradźwiękowej zacier czosnkowy został przeciśnięty przez pięciowarstwową gazę. Zawiesinę przeniesiono do probówki o pojemności 50 ml i odwirowano przy 1258 g w temperaturze 4ºC przez 20 minut w celu oddzielenia pozostałych zanieczyszczeń od cieczy. Supernatant przeniesiono do sterylnej probówki o pojemności 50 ml i szczelnie zamknięto w celu przechowywania.

Bose et al. (2014) porównali ekstrakcję sondą ultradźwiękową z tradycyjną maceracją, sonikacją kąpieli i ekstrakcją mikrofalową. Wyniki wykazały, że ekstrakcja sondą ultradźwiękową dała najwyższą wydajność allicyny.

Ismail i wsp. (2014) donoszą o skutecznej ekstrakcji ultradźwiękowej biomolekuł zawierających siarkę, cysteiny i glutationu z cebulek czosnku. Zastosowali oni ekstrakcję ultradźwiękową na bazie wody do ekstrakcji tioli z cebulek czosnku za pomocą UP100H przy 100% ustawieniu amplitudy. Stwierdzili, że optymalne stężenie czosnku wynosi 10% (w/v) w otwartej ekstrakcji zlewki. Kwantyfikację tioli przeprowadzono przy użyciu metody odczynnika Ellmana. Uzyskano wydajność ekstraktu 0,170 mM tioli. Naukowcy doszli do wniosku, że ultradźwiękowa ekstrakcja na bazie wody jest prostą, bezpieczną i opłacalną metodą izolowania tioli z czosnku.
 
 

Wysokowydajne sonikatory do ekstrakcji czosnku

Systemy ekstrakcyjne Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym do komercyjnej produkcji wysokiej jakości ekstraktów roślinnych stosowanych jako dodatki do żywności, suplementy diety i środki lecznicze. Niezależnie od tego, czy Twoim celem jest produkcja mniejszych partii ekstraktów czosnkowych, czy też przetwarzanie dużych ilości wysokiej jakości ekstraktów botanicznych, Hielscher Ultrasonics ma dla Ciebie idealny ekstraktor ultradźwiękowy.

Przewagi konkurencyjne dzięki ekstrakcji ultradźwiękowej

Główne korzyści płynące z ultradźwiękowej ekstrakcji związków bioaktywnych z materiałów botanicznych, takich jak czosnek, obejmują znacznie skrócony czas ekstrakcji i przetwarzania, jego przyjazność dla środowiska dzięki ekstrakcji na bazie wody lub zmniejszonemu zużyciu rozpuszczalników i znikomej małej emisji CO₂i niska ilość zużywanej energii, a także prosta i bezpieczna obsługa systemów ultradźwiękowych.

Standaryzacja procesów dzięki Hielscher Ultrasonics

Ekstrakty, które są stosowane w żywności lub farmaceutykach, powinny być produkowane zgodnie z Dobrymi Praktykami Wytwarzania (GMP) i zgodnie ze znormalizowanymi specyfikacjami przetwarzania. Sonikatory cyfrowe Hielscher Ultrasonics są wyposażone w inteligentne oprogramowanie, które ułatwia precyzyjne ustawianie i sterowanie procesem sonikacji. Automatyczne rejestrowanie danych zapisuje wszystkie parametry procesu ultradźwiękowego, takie jak energia ultradźwiękowa (energia całkowita i netto), amplituda, temperatura, ciśnienie (gdy zamontowane są czujniki temperatury i ciśnienia) z datą i godziną na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na rewizję każdej ultradźwiękowo przetworzonej partii. Jednocześnie zapewniona jest powtarzalność i stale wysoka jakość produktu. Wytrzymałość wszystkich sonikatorów Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: