Ekstrakcja terpenów za pomocą ultradźwięków
Udowodniono, że ultradźwiękowa ekstrakcja terpenów zapewnia wysoką wydajność tlenku kariofilenu terpenowego, np. z konopi indyjskich i chmielu. Tlenek kariofilenu jest terpenem występującym w konopiach indyjskich, chmielu, pieprzu, bazylii i rozmarynie. Jako związek aktywny, wyekstrahowany tlenek terpenu kariofilenu jest stosowany jako dodatek smakowy i suplement zdrowotny.
Zastosowanie wyekstrahowanego tlenku kariofilenu
Tlenek kariofilenu wyróżnia się aromatycznym zapachem i smakiem (np. ziół). Ze względu na intensywny aromatyczny zapach i smak jest często stosowany jako dodatek smakowy do żywności, a także jako składnik zapachowy. Co więcej, ma również zdolność wiązania się z endokrynnymi receptorami CB2 w organizmie człowieka, co czyni go interesującym składnikiem farmaceutycznym.
Ekstrakcja ultradźwiękowa tlenku kariofilenu
Ultradźwiękowa ekstrakcja tlenku kariofilenu terpenowego jest doskonałą techniką pozwalającą uzyskać wysokie plony, np. z konopie indyjskie i chmielu. Przeczytaj więcej o kawitacji akustycznejaktywna zasada ekstrakcji ultradźwiękowej!
Na przykład tlenek β-kariofilenu ekstrahowano ultradźwiękowo za pomocą urządzenia ultradźwiękowego UP100H (100W, 30kHz) z suszonych pąków chmielu.
Dane z analizy GC pokazują wydajność ekstrakcji tlenku β-kariofilenu, ekstrahowanego za pomocą Hielscher's UP100H z chmielu.
UP400St – Wydajny procesor ultradźwiękowy o mocy 400 W do ekstrakcji terpenów z mieszadłem
Analiza chromatografii gazowej ultradźwiękowego ekstraktu chmielu: tlenek β-kariofilenu, α-kariofilen, α-pinen, mykren, limonen, α-kariofilen, tlenek kariofilenu i inne.
Oprócz tlenku β-kariofilenu, z powodzeniem wyekstrahowano inne terpeny, takie jak między innymi α-kariofilen, α-pinen, mykren, limonen i α-kariofilen.
W jaki sposób terpeny są ekstrahowane z roślin za pomocą ultradźwięków typu sondowego? Instrukcja krok po kroku!
- Najpierw materiał roślinny jest mielony lub siekany na małe kawałki, aby zwiększyć powierzchnię ekstrakcji.
- Materiał roślinny jest następnie mieszany z rozpuszczalnikiem (takim jak etanol lub woda) w celu ekstrakcji terpenów.
- Następnie stosuje się ultradźwięki typu sondowego w celu wsparcia procesu ekstrakcji poprzez zastosowanie fal ultradźwiękowych o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości przy około 20 kHz do zawiesiny. Powoduje to kawitację akustyczną i szybkie wibracje rozpuszczalnika, co sprzyja dezintegracji i rozpadowi komórek roślinnych oraz uwalnianiu terpenów.
- Mieszanina jest następnie filtrowana w celu oddzielenia stałego materiału roślinnego od cieczy zawierającej wyekstrahowane terpeny.
- Ciecz jest następnie odparowywana lub poddawana dalszej obróbce w celu usunięcia rozpuszczalnika i skoncentrowania terpenów.
- Produktem końcowym jest bogaty w terpeny ekstrakt, który może być wykorzystywany w różnych zastosowaniach, takich jak suplementy diety, żywność funkcjonalna i kosmetyki.
Protokół ultradźwiękowej ekstrakcji terpenów
Chmiel został zmielony za pomocą konwencjonalnego młynka do kawy, aby uzyskać bardziej jednorodny rozmiar cząstek próbki chmielu.
Do fiolki wsypano 4,5 mg chmielu, a następnie dodano 5 ml etanolu. Fiolkę umieszczono w zlewce z lodowatą wodą w celu rozproszenia ciepła. Następnie próbkę poddano działaniu ultradźwięków za pomocą UP100Hwyposażonej w sonotrodę MS7, przy amplitudzie ustawionej na 50% przez 90 s.
Analiza chromatografii gazowej ultradźwiękowego ekstraktu chmielu:
Sonikacja zapewnia wysoki transfer masy między matrycą komórkową a rozpuszczalnikiem, dzięki czemu uzyskuje się bardzo wysoką wydajność wysokiej jakości ekstraktu.
- wysokiej jakości ekstrakty terpenowe (bez degradacji termicznej)
- wysokie zyski
- szybka procedura
- Szybki zwrot z inwestycji
- łagodniejsze rozpuszczalniki
- mniejsze zużycie rozpuszczalnika
- Bezpieczna i łatwa obsługa
- niskie koszty utrzymania
- Zielona, przyjazna dla środowiska ekstrakcja terpenów
Ultradźwiękowa ekstrakcja terpenów wyróżnia się jako zielona metoda ekstrakcji, która pozwala znacznie przyspieszyć procedurę ekstrakcji terpenów, jednocześnie wymagając mniej energii niż inne konwencjonalne metody ekstrakcji (tj. nadkrytyczny CO2), Soxhlet itp.). Inne zalety związane z zastosowaniem ultradźwiękowej ekstrakcji terpenów to łatwa obsługa ekstraktora ultradźwiękowego, szybki proces, brak odpadów chemicznych, wysoka wydajność, przyjazność dla środowiska, lepsza jakość dzięki łagodnym warunkom przetwarzania i zapobieganiu degradacji termicznej.
Ekstraktory ultradźwiękowe do terpenów
Poniższa tabela wskazuje, które urządzenie ultradźwiękowe może być najbardziej odpowiednie dla Twoich potrzeb w zakresie ekstrakcji terpenów.
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000 |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Homogenizatory ultradźwiękowe o dużej mocy - od laboratoryjnych po przemysłowe.
Literatura/Referencje
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Fakty, które warto znać
kariofilen
Kariofilen lub (-)-β-kariofilen to naturalny bicykliczny seskwiterpen, który można znaleźć w wielu olejkach eterycznych. Następujące zioła są znane jako dobre źródło kariofilenu: konopie indyjskiekonopie siewne (Cannabis sativa), czarny kminek (Carum nigrum), goździki (Syzygium aromaticum), chmiel (Humulus lupulus), bazylia (Ocimum spp.), oregano (Origanum vulgare), pieprz czarny (Piper nigrum)lawenda (Lavandula angustifolia), rozmaryn (Rosmarinus officinali) i olej copaiba (Copaifera spp.). β-kariofilen jest fitokannabinoidem o silnym powinowactwie do receptora kannabinoidowego typu 2 (CB 2), ale nie do receptora kannabinoidowego typu 1 (CB 1).
tlenek kariofilenu
Tlenek kariofilenu (również tlenek β-kariofilenu) jest pochodną utleniania β-kariofilenu i jest białym krystalicznym stałym proszkiem o temperaturze topnienia ok. 62°C.
Jest ceniony za swoje działanie przeciwzapalne, miejscowo znieczulające i przeciwutleniające. Pierwsze badania sugerują, że tlenek kariofilenu może być również potencjalnym lekiem w leczeniu raka. Tlenek kariofilenu jest częścią pierścienia cyklobutanowego, który jest już wykorzystywany w badaniach medycznych do syntezy szeroko stosowanego leku chemioterapeutycznego - karboplatyny.
Tlenek kariofilenu, w którym olefina kariofilenu stała się epoksydem, jest zatwierdzonym składnikiem do aromatyzowania żywności.
Zarówno β-kariofilen, jak i tlenek β-kariofilenu wykazują niską rozpuszczalność w wodzie, co utrudnia ich wchłanianie do komórki. Aby wykorzystać te seskwiterpeny jako leki lub suplementy diety, należy je zamknąć w kapsułkach. liposomy przezwyciężyć słabą rozpuszczalność tych seskwiterpenów w płynach wodnych i zapewnić biodostępność i bioaktywność. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej enkapsulacji związków bioaktywnych!
Tlenek kariofilenu w konopiach indyjskich
W roślinie Cannabis sativa tlenek kariofilenu występuje jako seskwiterpen, który składa się z trzech jednostek izoprenowych. Tlenek kariofilenu jest jednym z największych i najobficiej występujących terpenów w konopiach indyjskich i jest odpowiedzialny za charakterystyczny aromat i zapach konopi. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest z powodzeniem stosowana do produkcji Oleje kannabidiolowe o pełnym spektrum działania, dzięki czemu uzyskuje się efekt otoczenia związków kolektora.
Kawitacja ultradźwiękowa do ekstrakcji
Gdy fale ultradźwiękowe o dużej mocy są wprowadzane do cieczy, w płynie występują cykle kompresji i ekspansji (rozrzedzania). Podczas rozrzedzania w cieczy powstają puste przestrzenie lub tak zwane pęcherzyki kawitacyjne. Te pęcherzyki kawitacyjne, które są małymi pęcherzykami próżniowymi, pojawiają się, gdy wywierane jest podciśnienie, tak że lokalna wytrzymałość cieczy na rozciąganie zostaje pokonana. Pęcherzyki próżniowe rosną przez kilka cykli sprężania / rozrzedzania, aż nie mogą wchłonąć więcej energii i pęcherzyk kawitacyjny ulega implozyjnemu zapadnięciu się. Zjawisko to znane jest jako kawitacja. Według badań prof. Suslicka (1990), w pęcherzykach kawitacyjnych panują ekstremalne warunki z temperaturą do 5000 K, ciśnieniem 1000 atmosfer, szybkością nagrzewania/chłodzenia powyżej 1010 K/s i strumieniami cieczy o prędkości do 280 m/s, które pojawiają się jako bardzo duża siła ścinająca i turbulencje w strefie kawitacji. Połączenie tych czynników (ciśnienie, ciepło, ścinanie i turbulencje) jest wykorzystywane do przyspieszenia transferu masy w procesie ekstrakcji. Co więcej, te lokalnie występujące warunki są również wykorzystywane w procesach ultradźwiękowych, takich jak homogenizacja, emulgowanie lub dyspergowanie.
Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na kawitacji akustycznej i jej hydrodynamicznych siłach ścinających
Ultradźwiękowa ekstrakcja terpenów
Zasada ekstrakcji ultradźwiękowej opiera się na dwóch efektach, które powstają, gdy fale ultradźwiękowe o dużej mocy są sprzężone z cieczą lub zawiesiną:
Po pierwsze, rozpuszczalnik (otaczające ciekłe medium) jest wpychany do matrycy komórkowej. W zależności od amplitudy i siły kawitacji, ściana komórkowa jest perforowana lub uszkadzana przez ciśnienie cieczy.
Po drugie, podczas cyklu rozrzedzania zawartość komórki (tj. materiał wewnątrzkomórkowy) jest wypłukiwana z wewnętrznej komórki. Po ekstrakcji ultradźwiękowej docelowe związki znajdują się w rozpuszczalniku i można je oddzielić od rozpuszczalnika (np. przez odparowanie rozpuszczalnika), aby ostatecznie uzyskać czysty ekstrakt.
Skład surowca (taki jak zawartość wilgoci, stopień maceracji / mielenia i wielkość cząstek oraz wybrany rozpuszczalnik są bardzo ważnymi czynnikami w celu uzyskania wydajnego i skutecznego procesu ekstrakcji ultradźwiękowej. Istotne są również parametry procesu ultradźwiękowego: amplituda, ciśnienie, temperatura i czas sonikacji muszą zostać ustalone i zoptymalizowane w celu uzyskania najlepszych wyników.