Cea mai eficientă metodă de extracție pentru materiale botanice

Căutați o configurație de extracție puternică și fiabilă pentru a produce extracte botanice de înaltă calitate? Aici găsiți o comparație a tehnicilor de extracție uzuale, printre care extracția cu ultrasunete, extracția cu CO2 supercritic, extracția cu etanol, macerarea și altele, precum și avantajele și dezavantajele acestora.

Extracția botanică cu ultrasunete vs. tehnici alternative

Extracția materialelor botanice poate fi realizată prin diverse tehnici. Totuși, eficiența, randamentul și calitatea extractului sunt puternic influențate de metoda și protocolul de extracție utilizate. Macerarea, extracția cu CO2 supercritic, percolarea și extracția Soxhlet sunt metode de extracție uzuale, care oferă adesea rezultate de extracție insuficiente.
Extracția pe bază de ultrasunete este o tehnică de izolare sofisticată, care depășește metodele tradiționale de extracție în mai multe privințe.
Extracția pe bază de ultrasunete cu ajutorul unei sonde ultrasonice este o metodă extrem de eficace de extragere a compușilor din plante și din alte materiale. Comparativ cu alte metode, precum macerarea, extracția cu CO2, percolarea și extracția cu microunde, extracția ultrasonică cu sondă se remarcă datorită mai multor avantaje:

• Extracție mai rapidă: Extracția ultrasonică cu sondă poate extrage compușii mult mai rapid decât macerarea și percolarea. Aceasta deoarece undele ultrasonice creează bule de cavitație în solvent, care generează micro-șocuri ce contribuie la ruperea pereților celulari și la eliberarea mai rapidă a compușilor.
• Randament mai mare: Extracția ultrasonică cu sondă poate obține un randament de compuși mai mare decât macerarea, extracția cu CO2 și percolarea. Aceasta deoarece undele ultrasonice contribuie la eliberarea unei cantități mai mari din compușii țintă din materialul supus extracției.
• Mai eficientă: Extracția ultrasonică cu sondă este mai eficientă decât macerarea, extracția cu CO2, percolarea și extractoarele Soxhlet, deoarece necesită mai puțin solvent pentru a extrage aceeași cantitate de compuși. Aceasta deoarece undele ultrasonice contribuie la creșterea solubilității compușilor țintă în solvent.
• Versatilitate: Extracția ultrasonică cu sondă poate fi utilizată pentru extragerea unei game largi de compuși din diverse materiale, inclusiv a compușilor atât hidrofili, cât și hidrofobi. Aceasta înseamnă că ultrasunetele sunt excelente și pentru producerea extractelor cu spectru complet.
• Cost redus: Extracția ultrasonică cu sondă este, în general, mai puțin costisitoare decât extracția cu CO2, percolarea, macerarea și extracția Soxhlet, deoarece nu necesită echipamente de înaltă presiune sau muncă ce consumă mult timp.
• Ecologică: Sondele ultrasonice permit o extracție ecologică, deoarece aceasta necesită mai puțin solvent și mai puțină energie comparativ cu alte metode și produce mai puține deșeuri. Deși sonicarea este compatibilă cu orice solvenți, datorită eficienței ridicate a ultrasonicatoarelor, solvenții toxici pot fi evitați în mare măsură. Etanolul, etanolul apos și apa sunt solvenți excelenți pentru extracția botanică cu ultrasunete.

Comparativ cu tehnicile tradiționale de extracție botanică, extracția ultrasonică cu sondă oferă avantaje semnificative, ceea ce explică utilizarea largă a extracției cu ultrasunete pentru numeroși compuși bioactivi din plante.

Obținerea de extracte de înaltă calitate din materiale botanice

Pentru extracte botanice de înaltă calitate, nu doar materia primă (materialul vegetal) este esențială, ci și tehnica de extracție aplicată este crucială. Extractele vegetale sunt sensibile la temperatură, ceea ce înseamnă că sunt degradate de căldură. Prin urmare, este crucial să se aleagă o metodă de extracție netermică.
Alegerea solventului de extracție este un alt factor important, care influențează calitatea extractului. Solvenți precum hexanul, metanolul, butanul și alte substanțe chimice agresive pot contamina extractul. Chiar dacă solvenții sunt îndepărtați după extracție, în extractul final se pot regăsi urme de solvenți toxici. Apa, alcoolul, etanolul, glicerina sau uleiurile vegetale sunt solvenți siguri, netoxici și aprobați de FDA pentru consum.

Protocol pas cu pas pentru extracția botanică cu o sondă ultrasonică

Cum se extrag compușii bioactivi din plante prin ultrasonicare cu sondă? Mai jos găsiți instrucțiuni pas cu pas pentru extracția compușilor fitochimici și a compușilor bioactivi din material vegetal precum frunze, petale, corpuri fructifere, tulpini, rădăcini sau rizomi!

1. Mai întâi, materialul vegetal este măcinat sau tocat în bucăți mici pentru a mări suprafața disponibilă pentru extracție.
2. Materialul vegetal este apoi amestecat cu un solvent (precum etanolul sau apa) pentru a extrage polifenolii.
3. Ultrasonicarea cu sondă este apoi utilizată pentru a sprijini procesul de extracție, prin aplicarea asupra amestecului a unor unde ultrasonice de intensitate ridicată și frecvență joasă, de aprox. 20kHz. Aceasta provoacă cavitație acustică și o vibrație rapidă a solventului, care favorizează dezintegrarea și ruperea celulelor vegetale și eliberarea substanțelor bioactive precum polifenolii, flavonoidele și vitaminele.
4. Amestecul este apoi filtrat pentru a separa materialul vegetal solid de lichidul care conține compușii bioactivi extrași.
5. Lichidul este apoi evaporat sau supus unei procesări suplimentare pentru a îndepărta solventul și a concentra moleculele bioactive.
6. Produsul final este un extract bogat în compuși bioactivi, care poate fi utilizat în diverse aplicații, precum suplimente alimentare, alimente funcționale și cosmetice.

Notă: Aceasta este o prezentare generală a procesului, iar condițiile specifice (solvent, raportul dintre materialul vegetal și solvent, durata extracției, puterea de ultrasonicare etc.) pot varia în funcție de sursa vegetală și de conținutul dorit de substanțe bioactive.

Cum funcționează extracția cu ultrasunete?

Extracția cu ultrasunete se bazează pe principiul de funcționare al cavitației acustice ultrasonice și este un tratament pur mecanic. Similar unui mixer cu forfecare ridicată, un ultrasonicator creează doar forțe mecanice de forfecare în mediul de proces. Extracția cu ultrasunete în sine este o tehnică de extracție netermică, fără substanțe chimice.
Ce este cavitația acustică? – Cavitația acustică sau ultrasonică apare atunci când unde ultrasonice de mare putere și frecvență joasă sunt cuplate într-o suspensie formată din material botanic într-un lichid (solvent). Undele ultrasonice de mare putere sunt cuplate în suspensia botanică prin intermediul unui procesor ultrasonic cu sondă. Undele ultrasonice de energie ridicată se propagă prin lichid, creând cicluri alternante de presiune înaltă / presiune joasă, ceea ce duce la fenomenul de cavitație acustică. Cavitația acustică sau ultrasonică generează local condiții extreme, precum diferențe de presiune foarte mari și forțe de forfecare ridicate. Când bulele de cavitație implodează la suprafața solidelor (precum particule, celule vegetale, țesuturi etc.), microjeturile și coliziunile dintre particule generează efecte precum fragmentarea particulelor, sonoporarea (perforarea pereților celulari și a membranelor celulare) și dezintegrarea celulelor. În plus, implozia bulelor de cavitație în mediile lichide creează turbulențe și agitare, care favorizează transferul de masă între interiorul celulei și solventul înconjurător. Iradierea ultrasonică este o modalitate extrem de eficientă de intensificare a proceselor de transfer de masă, deoarece sonicarea produce cavitație și mecanismele asociate acesteia, precum micro-mișcările generate de jeturile de lichid, compresia și decompresia în material, cu ruperea ulterioară a pereților celulari.
În funcție de materia primă, procesul de extracție cu ultrasunete poate necesita intensități ridicate, de ex. pentru a rupe celulele vegetale rigide sau materialul cu un conținut ridicat de celuloză. Ultrasonicatoarele cu sondă pot genera amplitudini foarte mari, necesare pentru a produce o cavitație puternică. Hielscher Ultrasonic produce extractoare ultrasonice de înaltă performanță, care pot crea cu ușurință amplitudini de 200µm în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, Hielscher oferă sonotrode (sonde) specifice de amplitudine ridicată.
Reactoarele ultrasonice și celulele de flux presurizabile sunt utilizate pentru a intensifica cavitația. Odată cu creșterea presiunii, cavitația și forțele de forfecare cavitaționale devin mai distructive și îmbunătățesc astfel efectele extracției cu ultrasunete.

Extrageți compuși fitochimici și compuși bioactivi prin sonicare

Extracția cu ultrasunete este utilizată pentru eliberarea și izolarea unei game largi de compuși bioactivi (așa-numiții compuși fitochimici) din materiale botanice.
Lista de mai jos vă oferă o scurtă prezentare a compușilor fitochimici extrași cu ultrasunete:

• CBD și alți canabinoizi din canabis și cânepă
• Terpene
• Ghimbir
• Rozmarin
• Capsaicină din ardei iuți
• Cofeină din boabe de cafea
• Astaxantină din alge
• Alicină din usturoi
• Catechine (EGEC) din ceai
• Propolis
• Elagitanini din rodie
• Extracte din plante ayurvedice
• Nicotină din tutun
• Uleiuri esențiale
• Compuși fitochimici din urzică
• Pectine din coji de citrice
• Polifenoli din coaja de mango
• Taraxacină și taraxasterol din păpădie

Solvenți pentru extracția cu ultrasunete

Extracția cu ultrasunete este compatibilă cu aproape orice solvent. Cel mai frecvent, pentru extracția compușilor bioactivi din materiale botanice se utilizează etanolul, apa, amestecul etanol/apă, glicerina și uleiurile vegetale, deoarece acești solvenți sunt considerați siguri pentru consum și sunt ușor de utilizat.
Aflați mai multe despre solvenții utilizați pentru extracția cu ultrasunete!

Avantajele extracției ultrasonice cu etanol

Etanolul este unul dintre cei mai frecvent utilizați solvenți în extracția cu ultrasunete datorită siguranței sale (aprobat de FDA pentru consum), eficacității sale și capacității sale de dizolvare foarte largi. Extracția ultrasonică cu etanol depășește alți solvenți și alte tehnologii de extracție prin rentabilitate, scalabilitate liniară, simplitate și siguranță.
Eficacitatea superioară a etanolului ca solvent este legată de compoziția sa chimică, alcătuită dintr-o coadă hidrocarbonată și o singură grupare hidroxil. Această compoziție chimică permite etanolului să dizolve și să extragă un spectru foarte larg de substanțe, de la polifenoli, flavonoide, terpene, canabinoizi și lipide (uleiuri).
De exemplu, extracția ultrasonică cu etanol a canabinoizilor nu necesită winterizare (decerare), o etapă necesară în cazul altor metode de extracție, precum extracția cu CO2, pentru îndepărtarea cerurilor.

Extracția cu etanol prezintă efecte diferite în funcție de temperatura etanolului. Etanolul încălzit este adesea utilizat pentru producerea extractelor cu spectru complet, apreciate pentru efectul de anturaj. Pe de altă parte, etanolul rece ca gheața este utilizat de preferință pentru producerea distilatelor din plante sau de canabis. Extracția în etanol rece ca gheața nu necesită filtrare ulterioară. Deoarece extracția cu ultrasunete este un tratament netermic, aceasta poate fi utilizată cu etanol fierbinte/cald sau răcit/rece ca gheața. Reactoarele ultrasonice cu manta ajută la menținerea temperaturii de procesare dorite în timpul tratamentului. Controlul digital și software-ul inteligent al ultrasonicatorului monitorizează temperatura de procesare prin intermediul unor senzori de temperatură conectabili și pot fi programate 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!

Sistemele de extracție de înaltă performanță Hielscher Ultrasonics sunt disponibile la orice scară, de la dimensiuni mici de laborator și scară pilot medie până la producție complet industrială de mai multe tone pe oră. În funcție de capacitatea de procesare, extractoarele ultrasonice Hielscher pot fi utilizate în regim de șarjă sau în regim continuu în linie. Alegerea solventului vă aparține, deoarece ultrasonicatoarele Hielscher pot fi utilizate în combinație cu orice solvent. Toate dispozitivele de extracție cu ultrasunete sunt simplu și sigur de operat. În funcție de materia primă, de capacitățile de proces și de obiectivul de producție, Hielscher vă oferă cel mai potrivit ultrasonicator.
Procesele de extracție cu ultrasunete sunt influențate de materia primă, de solvent și de capacitatea de procesare. Diverse accesorii, precum sonotrode (sonde) de diverse dimensiuni și forme, amplificatoare (booster), celule de flux cu diverse volume și geometrii, senzori de temperatură și presiune conectabili și multe alte dispozitive sunt disponibile pentru a asambla configurația ultrasonică ideală pentru procesul dumneavoastră de extracție.
Controlul procesului este crucial pentru obținerea unor rezultate reproductibile. Prin urmare, toate modelele digitale sunt echipate cu software inteligent, care vă permite să ajustați, să monitorizați și să revizuiți parametrii de extracție. Datorită controlului precis al amplitudinii, duratei de sonicare și ciclurilor de lucru, se pot obține rezultate optime ale procesului, precum un randament superior și cea mai înaltă calitate a extractului. Înregistrarea automată a datelor procesului de sonicare constituie baza pentru standardizarea procesului și pentru reproductibilitate / repetabilitate, cerute de Bunele Practici de Fabricație (GMP).

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre: