Cea mai eficientă metodă de extracție pentru plante
Căutați o configurație de extracție puternică și fiabilă pentru a produce extracte botanice de înaltă calitate? Aici puteți găsi o comparație a tehnicilor comune de extracție, inclusiv extracția cu ultrasunete, extracția cu CO2 supercritic, extracția etanolului, macerarea, printre altele și avantajele acestora, precum și dezavantajele.
Extracția botanică folosind ultrasunete vs tehnici alternative
Extracția plantelor poate fi efectuată prin diverse tehnici. Cu toate acestea, eficiența, randamentul extractului și calitatea sunt puternic influențate de metoda de extracție și protocolul utilizat. Macerarea, extracția cu CO2 supercritic, percolarea și extracția Soxhlet sunt metode comune de extracție, care oferă adesea rezultate de extracție insuficiente.
Extracția pe bază de ultrasunete este o tehnică sofisticată de izolare, care excelează metodele tradiționale de extracție în mai multe puncte.
Extracția pe bază de ultrasunete folosind o sondă cu ultrasunete este o metodă extrem de eficientă de extragere a compușilor din plante și alte materiale. În comparație cu alte metode, ar fi macerarea, extracția CO2, percolarea și extracția cu microunde, extracția cu ultrasunete de tip sondă excelează datorită mai multor avantaje:
- Extracție mai rapidă: Extracția cu ultrasunete de tip sondă poate extrage compuși mult mai rapid decât macerarea și percolarea. Acest lucru se datorează faptului că undele ultrasonice creează bule de cavitație în solvent, care creează micro-șocuri care ajută la descompunerea pereților celulari și eliberarea compușilor mai repede.
- Randament mai mare: Extracția cu ultrasunete de tip sondă poate extrage un randament mai mare de compuși decât macerarea, extracția CO2 și percolarea. Acest lucru se datorează faptului că undele ultrasonice ajută la eliberarea mai multor compuși țintă din materialul extras.
- Mai eficient: Extracția cu ultrasunete de tip sondă este mai eficientă decât macerarea, extracția CO2, percolarea și extractoarele Soxhlet, deoarece necesită mai puțin solvent pentru a extrage aceeași cantitate de compuși. Acest lucru se datorează faptului că undele ultrasonice ajută la creșterea solubilității compușilor țintă în solvent.
- Versatilitate: Extracția cu ultrasunete de tip sondă poate fi utilizată pentru a extrage o gamă largă de compuși din diverse materiale, inclusiv compuși hidrofili și hidrofobi. Acest lucru înseamnă că ultrasunetele sunt excelente pentru producerea de extracte cu spectru complet, de asemenea.
- Cost redus: Extracția cu ultrasunete de tip sondă este, în general, mai puțin costisitoare decât extracția cu CO2, percolarea, macerarea și extracția Soxhlet, deoarece nu necesită echipamente de înaltă presiune sau forță de muncă intensă în timp.
- Ecologice: Sondele cu ultrasunete permit o extracție ecologică, deoarece necesită mai puțin solvent și energie în comparație cu alte metode și produce mai puține deșeuri. Deși sonicare este compatibil cu orice solvenți, datorită eficienței ridicate a ultrasonicators, solvenții toxici pot fi evitați în cea mai mare parte. Etanolul, etanolul apos și apa sunt solvenți excelenți pentru extracția botanică cu ultrasunete.
În comparație cu tehnicile tradiționale de extracție botanică, extracția cu ultrasunete de tip sondă oferă avantaje semnificative, ceea ce explică utilizarea largă a extracției cu ultrasunete pentru numeroși compuși bioactivi din plante.
Extracția botanică cu Ultrasonicator UP400St
Extracția extractelor de înaltă calitate din plante
Pentru extractele botanice de înaltă calitate nu numai materia primă (materialul vegetal) este esențială, ci și tehnica de extracție aplicată este crucială. Extractele de plante sunt sensibile la temperatură, ceea ce înseamnă că sunt degradate de căldură. Prin urmare, este esențial să alegeți o metodă de extracție non-termică.
Selectarea solventului de extracție este un alt factor important, care influențează calitatea extractului. Solvenții precum hexanul, metanolul, butanul și alte substanțe chimice dure pot contamina extractul. Chiar dacă solvenții sunt îndepărtați după extracție, urme de solvenți toxici pot fi găsite în extractul final. Apa, alcoolul, etanolul, glicerina sau uleiurile vegetale sunt solvenți siguri, non-toxici și aprobați de FDA pentru consum.
Hielscher Ultrasonics este mândru să fie partener al Eden Ecosystem, un pionier de piață pentru tehnici inovatoare de extracție și extracte de parfum și arome naturale de înaltă calitate.
Eden Ecosystem este specializată în producerea de extracte botanice pentru parfumuri, arome, cosmetice și suplimente nutritive.
Deoarece Eden Ecosystem aplică doar tehnici ușoare de extracție, cum ar fi ultrasunetele și solvenții ecologici, non-toxici, extractele rezultate sunt atât complet noi, cât și mai bogate.
Având o experiență extraordinară în aplicații de extracție botanică, Eden Ecosystem oferă, de asemenea, servicii de consultanță pentru utilizatori și producători terți.
Vizitați site-ul Eden Ecosystem pentru a afla mai multe despre produsele și serviciile lor!
| extracție cu ultrasunete | Macerare | Extracția CO2 | Soxhlet | Percolare | |
|---|---|---|---|---|---|
| solvent | compatibil cu aproape orice solvent | apă, solvenți apoși și neapoși | CO2 | apă, solvenți apoși și neapoși | solvenți organici |
| temperatură | extracție non-termică, control precis al temperaturii |
Ambient | sub căldură | temperatura ambiantă, ocazional se aplică căldură |
deasupra criticului temperatura de 31°C |
| presiune | ambele, atmosferice sau Este posibilă o presiune ridicată |
atmosferic | atmosferic | atmosferic | presiuni foarte mari (peste presiunea critică de 74 bar) |
| Timp de procesare | Repede | foarte lent | încet | foarte lent | Moderat |
| Cantitatea de solvent | jos încărcătură solidă ridicată de material vegetal în solvent, în special atunci când o celulă de flux Se utilizează configurarea |
mare | Moderat | mare | cantități mari de CO2 supercritic |
| Polaritatea extractului natural | dependentă de solvent; pentru a extrage nepolar și polar compuși, o extracție în două etape se recomandă utilizarea a doi solvenți |
dependentă de solvent | dependentă de solvent | dependentă de solvent | dependent de presiune (sub presiuni mai mari mai polare) |
| Flexibilitate / Scalabilitate | pentru extracția în serie și în linie, scalabilitate liniară |
numai extragerea loturilor; scalabilitate limitată |
numai extragerea loturilor; scalabilitate limitată |
numai extragerea loturilor; scalabilitate limitată |
numai extragerea loturilor; scalabilitate liniară limitată, foarte scump |
- randamente ridicate
- Calitate superioară
- Extracte cu spectru complet
- proces rapid
- Compatibil cu orice solvent
- ușor și sigur de operat
- scalabilitate liniară
- ecologic
- ROI rapid
Protocol pas cu pas de extracție botanică folosind o sondă cu ultrasunete
Cum sunt compuși bioactivi extrase din plante folosind ultrasonication tip sondă? Mai jos puteți găsi o instrucțiune pas cu pas pentru extracția fitochimicalelor și compușilor bioactivi din materiale vegetale, cum ar fi frunze, petale, corp fructifer, tulpini, rădăcini sau rizomi!
- În primul rând, materialul vegetal este măcinat sau tăiat în bucăți mici pentru a crește suprafața pentru extracție.
- Materialul vegetal este apoi amestecat cu un solvent (cum ar fi etanolul sau apa) pentru a extrage polifenolii.
- Ultrasonication tip sondă este apoi utilizat pentru a ajuta la procesul de extracție prin aplicarea undelor cu ultrasunete de înaltă intensitate, de joasă frecvență, la aproximativ 20kHz la amestec. Acest lucru provoacă cavitație acustică și o vibrație rapidă a solventului, care promovează dezintegrarea și întreruperea celulelor vegetale și eliberarea substanțelor bioactive, cum ar fi polifenolii, flavonoidele și vitaminele.
- Amestecul este apoi filtrat pentru a separa materialul vegetal solid de lichidul care conține compușii bioactivi extrași.
- Lichidul este apoi evaporat sau supus unei prelucrări suplimentare pentru a îndepărta solventul și a concentra moleculele bioactive.
- Produsul final este un extract bogat în bioactive care poate fi utilizat în diverse aplicații, cum ar fi suplimentele alimentare, alimentele funcționale și produsele cosmetice.
Notă: Aceasta este o prezentare generală a procesului și condițiile specifice (solvent, raportul dintre materialul vegetal și solvent, timpul de extracție, puterea de ultrasonication etc.) pot varia în funcție de sursa de plante și conținutul dorit de substanță bioactivă.
Cum funcționează extracția cu ultrasunete?
Extracția cu ultrasunete se bazează pe principiul de lucru al cavitației acustice cu ultrasunete și este un tratament pur mecanic. Similar cu un mixer de forfecare mare, un ultrasonicator creează doar forțe mecanice de forfecare în mediul de proces. Extracția cu ultrasunete în sine este non-termică, tehnica de extracție fără substanțe chimice.
Ce este cavitația acustică? – Cavitația acustică sau ultrasonică apare atunci când undele cu ultrasunete de mare putere, de joasă frecvență, sunt cuplate într-o suspensie constând din material botanic într-un lichid (solvent).
Undele ultrasonice de mare putere sunt cuplate printr-un procesor cu ultrasunete de tip sondă în suspensia botanică. Undele cu ultrasunete de înaltă energie călătoresc prin lichid creând cicluri alternative de înaltă presiune / joasă presiune, ceea ce duce la fenomenul de cavitație acustică. Cavitația acustică sau ultrasonică duce local la condiții extreme, cum ar fi diferențe de presiune foarte mari și forțe mari de forfecare. Când bulele de cavitație implodează pe suprafața solidelor (cum ar fi particulele, celulele vegetale, țesuturile etc.), microjeturile și coliziunea interparticlulară generează efecte precum descompunerea particulelor, sonoporația (perforarea pereților celulari și a membranelor celulare) și întreruperea celulelor. În plus, implozia bulelor de cavitație în medii lichide creează turbulențe și agitație, care promovează transferul de masă între interiorul celulei și solventul înconjurător. Iradierea cu ultrasunete este o modalitate extrem de eficientă de a spori procesele de transfer de masă, deoarece sonicare rezultate în cavitație și mecanismele sale conexe, ar fi micros-mișcare prin jeturi lichide, compresie și decompresie în material, cu întreruperea ulterioară a pereților celulari.
În funcție de materia primă, procesul de extracție cu ultrasunete ar putea necesita intensități mari, de exemplu pentru a rupe celulele rigide ale plantelor sau materialul cu o cantitate mare de celuloză. Sonda de tip ultrasonicators poate genera amplitudini foarte mari, care este necesar pentru a genera cavitație impact. Hielscher Ultrasonic produce extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță, care pot crea cu ușurință amplitudini de 200μm în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, Hielscher oferă sonotrodes specificate de mare amplitudine (sonde).
Reactoare cu ultrasunete presurizabile și celule de flux sunt folosite pentru a intensifica cavitația. Cu presiuni în creștere, cavitație și forțele de forfecare cavitaționale devin mai distructive și de a îmbunătăți astfel efectele de extracție cu ultrasunete.
UIP4000hdT, un procesor ultrasonic puternic de 4kW pentru extracția botanică
Extract fito-chimice și compuși bioactivi cu sonicare
Extracția cu ultrasunete este utilizată pentru a elibera și izola o mare varietate de compuși bioactivi (așa-numitele fito-chimice) din botanice.
Lista de mai jos vă oferă o mică imagine de ansamblu asupra ultrasonically extrase fito-chimice:
- CBD și alți canabinoizi din canabis și cânepă
- Terpene
- ghimbir
- rozmarin
- Capsaicină din ardei iute
- Cofeina din boabe de cafea
- Astaxantina din alge
- Alicina din usturoi
- Catechine (EGEC) din ceai
- Ellagitannins din rodie
- Extracte din plante ayurvedice
- Nicotina din tutun
- uleiuri esențiale
- Fitochimicale din urzica
- Pectine din coji de citrice
- Polifenoli din coaja de mango
- Taraxacin și Taraxasterol din păpădie
Solvenți pentru extracție cu ultrasunete
Extracția cu ultrasunete este compatibilă cu aproape orice solvent. Cel mai frecvent, etanolul, apa, amestecul etanol / apă, glicerina și uleiurile vegetale sunt utilizate pentru extracția compușilor bioactivi din plante, deoarece acești solvenți sunt considerați siguri pentru consum și sunt ușor de utilizat.
Citiți mai multe despre solvenții utilizați pentru extracția cu ultrasunete!
Avantajele extracției cu ultrasunete etanol
Etanolul este unul dintre cei mai frecvent utilizați solvenți cu extracție cu ultrasunete datorită siguranței sale (aprobat de FDA pentru consum), eficacității sale și solvabilității sale largi. Extracția cu ultrasunete etanol depășește alți solvenți și alte tehnologii de extracție cu rentabilitate, scalabilitate liniară, simplitate și siguranță.
Eficacitatea superioară a etanolului ca solvent este legată de compoziția sa chimică dintr-o coadă de hidrocarburi și o singură grupare hidroxil. Această compoziție chimică permite etanolului să dizolve și să extragă un spectru foarte larg de substanțe, din polifenoli, flavonoide, terpene, canabinoizi și lipide (uleiuri).
De exemplu, extracția cu ultrasunete etanol de canabinoizi nu necesită winterization (deparafinare), un pas necesar cu alte metode de extracție, ar fi extracția cu CO2 pentru a îndepărta ceara.
Extracția etanolului prezintă efecte diferite în funcție de temperatura etanolului. Etanolul încălzit este adesea folosit pentru a produce extracte cu spectru complet, care sunt evaluate pentru efectul lor de anturaj. Pe de altă parte, etanolul rece ca gheața este de preferință utilizat pentru a produce distilate din plante sau canabis. Extracția în etanol rece ca gheața nu necesită filtrare ulterioară. Deoarece extracția cu ultrasunete este un tratament non-termic, acesta poate fi utilizat cu etanol cald / cald sau răcit / rece ca gheața. Reactoarele cu ultrasunete cu manta ajuta la mentinerea temperaturii de procesare dorite in timpul tratamentului. Controlul digital și software-ul inteligent al ultrasonicator monitorizează temperatura de procesare printr-un senzor de temperatură conectabil și poate fi programat să oprească sau să întrerupă tratamentul de extracție atunci când temperatura mediului iese dintr-un anumit interval.
Cumpărați cel mai eficient echipament de extracție cu ultrasunete!
Hielscher Ultrasonics' sisteme de extracție de înaltă performanță sunt disponibile la orice scară de la dimensiunea mică de laborator, scară pilot de dimensiuni medii la producția complet industrială de câteva tone pe oră. În funcție de debit, extractoare cu ultrasunete Hielscher pot fi utilizate în modul lot sau continuu inline. Alegerea solventului depinde de tine, ca ultrasonicators Hielscher pot fi utilizate în combinație cu orice solvent. Toate dispozitivele de extracție cu ultrasunete sunt simple și sigure de operat. În funcție de materia primă, capacitățile de proces și ținta de ieșire, Hielscher vă oferă ultrasonicator cel mai potrivit.
Procesele de extracție cu ultrasunete sunt influențate de materia primă, solvent și debit. Diverse accesorii, ar fi sonotrodes (sonde) de diferite dimensiuni și forme, coarne de rapel, celule de curgere cu diferite volume și geometrii, senzori de temperatură și presiune conectabile și multe alte gadget-uri sunt disponibile pentru a asambla configurația cu ultrasunete ideală pentru procesul de extracție.
Controlul procesului este crucial pentru a obține rezultate reproductibile. Prin urmare, toate modelele digitale sunt echipate cu software inteligent, care vă permite să reglați, să monitorizați și să revizuiți parametrii de extracție. Datorită controlului precis asupra amplitudinii, timpului de sonicare și ciclurilor de funcționare, se pot obține rezultate optime ale procesului, cum ar fi randamentul superior și cea mai înaltă calitate a extractului. Înregistrarea automată a datelor procesului de sonicare sunt bazele pentru standardizarea procesului și reproductibilitatea / repetabilitatea, care sunt necesare pentru bunele practici de fabricație (GMP).
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 până la 150L | 3 până la 15L / min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Omogenizator cu ultrasunete UIP2000hdT (2kW) cu reactor în lot agitat continuu
Fapte aleatorii care merită știute
Ce sunt extractele botanice?
Plantele, cum ar fi frunzele, petalele, florile, tulpinile, rădăcinile și scoarța conțin compuși bioactivi puternici (fito-chimicale), care sunt utilizați în alimente și băuturi, suplimente alimentare, terapeutice și farmaceutice, precum și în produse cosmetice. Exemple proeminente de extracte botanice sunt antioxidanții, vitaminele (de exemplu, vitamina A, C, E, K; Vitaminele B), proteine (de exemplu, cânepă, soia), polifenoli, flavonoide, terpene, canabinoizi (de exemplu, CBD, CBG, THC), oligozaharide și lipide (de exemplu, omega-3 din semințe de in sau semințe de cânepă).
Antioxidanții acționează ca un mecanism puternic de apărare care împiedică celulele organismului împotriva deteriorării cauzate de îmbătrânire, stres, inflamație și boli. Cercetările arată, de asemenea, că antioxidanții pot contribui ca potențiator al sistemului imunitar și prezintă proprietăți anti-cancer. În plus, antioxidanții împiedică oxidarea produselor și extind astfel stabilitatea și durata lor de conservare. Prin urmare, antioxidanții sunt adăugați la multe alimente și băuturi, suplimente nutritive, terapeutice și produse cosmetice. Exemple foarte proeminente de antioxidanți sunt vitamina E (α-tocoferol), vitamina C (acid ascorbic), beta-caroten și glutation.
Antioxidanții și alți compuși bioactivi pot fi extrași fie din materiale naturale, cum ar fi plantele sau algele, fie sintetizați artificial. Compușii bioactivi, care sunt extrași dintr-o sursă naturală, prezintă o biodisponibilitate mai mare, bioaccesibilitate și, prin urmare, o potență crescută. Prin urmare, în suplimentele de înaltă calitate se utilizează fito-chimicale extrase în mod natural.
Cum funcționează CO2 ca solvent?
CO2 încălzit la peste 90 de grade Fahrenheit și 1000 de kilograme pe inch pătrat presiune este considerat supercritic. CO2 supercritic va acționa ca un solvent care dizolvă uleiurile.
Ce este winterization de extracte de canabis?
Pentru a ierna un extract brut, extractul brut de canabis este amestecat cu etanol. După aceea, soluția este apoi plasată într-un congelator pentru a se răci. Frigul permite separarea compușilor prin diferențe în punctele lor de topire și precipitare. În procesul de răcire, grăsimile și cerurile cu puncte de topire mai mari vor precipita și pot fi apoi îndepărtate prin filtrare, centrifugare, decantare sau alte procese de separare. În cele din urmă, etanolul trebuie îndepărtat din soluție. Acest lucru se realizează prin fierbere. Etanolul fierbe la o presiune atmosferică de 78,5 °C. În cele din urmă, se obține un extract lichid pur de ulei de canabis.
Beneficiile nutriționale ale antioxidanților
Antioxidanții acționează ca un mecanism puternic de apărare care împiedică celulele organismului împotriva deteriorării cauzate de îmbătrânire, stres, inflamație și boli. Cercetările arată, de asemenea, că antioxidanții pot contribui ca potențiator al sistemului imunitar și prezintă proprietăți anti-cancer.
Antioxidanții sunt molecule care captează radicalii liberi. Radicalii liberi și alte specii reactive de oxigen (ROS) sunt derivate fie din procesele metabolice regulate, esențiale din corpul uman, fie din surse externe, cum ar fi expunerea la raze X, ozon, fumat, poluanți atmosferici și substanțe chimice toxice. Radicalii liberi sunt produși în multe reacții chimice în lanț în organism, ca urmare a metabolismului aerob. Formarea și expunerea la radicalii liberi face parte din multe procese metabolice și nu poate fi evitată. Un corp sănătos poate face față formării normale a radicalilor liberi, îi curăță și îi transformă în molecule inofensive. Cu toate acestea, în evenimente stresante sau în condiții de mediu dăunătoare, povara radicalilor liberi crește și contribuie la inflamație și îmbătrânire. O alimentație bună și sănătoasă oferă antioxidanți, care dezarmează radicalii liberi oxidativi.
Există două categorii de antioxidanți care pot fi distinse, enzimele antioxidante (de exemplu, superoxid dismutaze, catalaza, glutation peroxidaza) și nutrienții antioxidanți, care includ vitamine, minerale și diverse substanțe fitochimice. Câteva clase de nutrienți antioxidanți sunt enumerate mai jos:
- vitamina E (α-tocoferol), vitamina C (acid ascorbic), beta-caroten
- glutation, ubiquinol și acid uric
- seleniu
- flavonoide (pigmenți polifenolici)
Vitamina C, acidul uric, bilirubina, albumina și tiolii sunt antioxidanți hidrofili, care curăță radicalii, în timp ce vitamina E și ubiquinolul sunt antioxidanți lipofili care curăță radicalii.
Valoarea ORAC a diferitelor alimente
Potența antioxidanților din alimente este măsurată ca valoare ORAC (capacitatea de absorbție a radicalilor de oxigen). Potrivit USDA, următoarele alimente au cele mai mari valori ORAC și, prin urmare, cea mai bună potență antioxidantă:
-
- Prune uscate: 5770
- Stafidele: 2830
- Afine: 2400
- Mure: 2036
- Kale: 1770
- Căpșuni: 1540
- Spanac: 1260
- Zmeură: 1220
- Varză de Bruxelles: 980
- Prune: 949
- Germeni de lucernă: 930
- Flori de broccoli: 890
- Sfecla: 840
- Portocale: 750
- Struguri rosii: 739
- Ardei gras roșu: 710
- Cireșe: 670
- Kiwi fructe: 602
- Grepfrut: 483
- Ceapa: 450
Literatură / Referințe
- 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 produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la Laborator spre dimensiunea industrială.