Extracția terpenelor cu ultrasunete
S-a demonstrat că extracția cu ultrasunete a terpenelor oferă randamente ridicate ale terpenului oxid de cariofilen, de ex. din cannabis și hamei. Oxidul de cariofilen este un terpen care se găsește în cannabis, hamei, piper, busuioc și rozmarin. Ca și compus activ, terpenul oxid de cariofilen extras este utilizat ca aditiv de aromatizare și supliment pentru sănătate.
Utilizarea oxidului de cariofilen extras
Oxidul de cariofilen se distinge prin mirosul și gustul său aromatic (adică de ierburi). Datorită mirosului și gustului său aromatic intens, este adesea utilizat ca aditiv de aromatizare în alimente, precum și ca componentă de parfum. În plus, are și capacitatea de a se lega de receptorii endocrini CB2 din corpul uman, ceea ce îl face o componentă farmaceutică interesantă.
Extracția cu ultrasunete a oxidului de cariofilen
Extracția cu ultrasunete a terpenului oxid de cariofilen este o tehnică excelentă pentru obținerea unor randamente ridicate, de ex. din cannabis și hamei. Citiți mai multe despre cavitația acustică, principiul activ al extracției cu ultrasunete!
De exemplu, oxidul de β-cariofilen a fost extras cu ultrasunete cu ajutorul dispozitivului cu ultrasunete UP100H (100W, 30kHz) din muguri uscați de hamei.
Datele analizei GC arată randamentul de extracție al oxidului de β-cariofilen, extras cu dispozitivul Hielscher UP100H din hamei.
UP400St – procesor cu ultrasunete puternic, de 400W, cu agitator, pentru extracția terpenelor
Analiza prin cromatografie de gaze a extractului de hamei obținut cu ultrasunete: oxid de β-cariofilen, α-cariofilen, α-pinen, mycrene, limonen, α-caryophylene, precum și oxid de cariofilen și altele.
Pe lângă oxidul de β-cariofilen, au fost extrase cu succes și alte terpene, precum α-cariofilen, α-pinen, mycrene, limonen și α-caryophylene, printre altele.
Cum se extrag terpenele din plante prin sonicare cu sondă? Instrucțiuni pas cu pas!
- Mai întâi, materialul vegetal este măcinat sau tocat în bucăți mici pentru a mări suprafața de extracție.
- Materialul vegetal este apoi amestecat cu un solvent (cum ar fi etanolul sau apa) pentru a extrage terpenele.
- Sonicarea cu sondă este apoi utilizată pentru a sprijini procesul de extracție, prin aplicarea asupra suspensiei a unor unde ultrasonice de intensitate ridicată și frecvență joasă, de aprox. 20kHz. Aceasta provoacă cavitație acustică și o vibrație rapidă a solventului, ceea ce favorizează dezintegrarea și distrugerea celulelor vegetale și eliberarea terpenelor.
- Amestecul este apoi filtrat pentru a separa materialul vegetal solid de lichidul care conține terpenele extrase.
- Lichidul este apoi evaporat sau supus unei prelucrări suplimentare pentru a îndepărta solventul și a concentra terpenele.
- Produsul final este un extract bogat în terpene, care poate fi utilizat în diverse aplicații, precum suplimente alimentare, alimente funcționale și cosmetice.
Protocolul extracției cu ultrasunete a terpenelor
Hameiul a fost măcinat cu o râșniță de cafea convențională pentru a obține o dimensiune mai omogenă a particulelor probei de hamei.
4,5mg de hamei au fost introduse într-un flacon, apoi s-au adăugat 5mL de etanol. Flaconul a fost plasat într-un pahar Berzelius cu apă cu gheață pentru disiparea căldurii. Apoi, proba a fost sonicată cu un UP100H, echipat cu sonotroda MS7, la o setare a amplitudinii de 50%, timp de 90sec.
Analiza prin cromatografie de gaze a extractului de hamei obținut cu ultrasunete:
Sonicarea asigură un transfer de masă ridicat între matricea celulară și solvent, astfel încât, în consecință, se obține un randament foarte ridicat de extract de înaltă calitate.
- extracte de terpene de înaltă calitate (fără degradare termică)
- randamente ridicate
- procedură rapidă
- RoI rapid
- solvenți mai blânzi
- consum mai redus de solvent
- operare sigură și ușoară
- întreținere redusă
- extracție a terpenelor ecologică, prietenoasă cu mediul
Extracția cu ultrasunete a terpenelor se remarcă drept o metodă de extracție ecologică, care permite accelerarea semnificativă a procedurii de extracție a terpenelor, necesitând în același timp mai puțină energie decât alte metode de extracție convenționale (adică CO2 supercritic, Soxhlet etc.). Alte avantaje asociate utilizării extracției cu ultrasunete a terpenelor sunt manipularea ușoară a extractorului cu ultrasunete, procesul rapid, lipsa deșeurilor chimice, randamentul ridicat, caracterul ecologic, calitatea îmbunătățită datorită condițiilor blânde de procesare și prevenirea degradării termice.
Extractoare cu ultrasunete pentru terpene
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind dispozitivul cu ultrasunete care ar putea fi cel mai potrivit pentru cerințele dumneavoastră de extracție a terpenelor.
| Volumul lotului | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 până la 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 până la 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | cluster de UIP16000 |
Omogenizatoare cu ultrasunete de mare putere, de la scară de laborator la scară industrială.
Literatură/Referințe
- 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
Informații care merită cunoscute
Cariofilen
Cariofilenul sau (−)-β-cariofilenul este un sescviterpen biciclic natural care se găsește în multe uleiuri esențiale. Următoarele plante aromatice sunt cunoscute ca o sursă bună de cariofilen: cannabis, cânepă (Cannabis sativa), chimen negru (Carum nigrum), cuișoare (Syzygium aromaticum), hamei (Humulus lupulus), busuioc (Ocimum spp.), oregano (Origanum vulgare), piper negru (Piper nigrum), lavandă (Lavandula angustifolia), rozmarin (Rosmarinus officinali, și ulei de copaiba (Copaifera spp.). β-cariofilenul este un fitocanabinoid cu afinitate puternică față de receptorul canabinoid de tip 2 (CB 2), dar nu și față de receptorul canabinoid de tip 1 (CB 1).
Oxid de cariofilen
Oxidul de cariofilen (și oxid de β-cariofilen) este derivatul de oxidare al β-cariofilenului și este o pulbere solidă cristalină albă, cu un punct de topire de aprox. 62°C.
Este apreciat pentru efectele sale antiinflamatoare, anestezice locale și antioxidante. Primele cercetări sugerează că oxidul de cariofilen ar putea fi, de asemenea, un potențial medicament pentru tratamentul cancerului. Oxidul de cariofilen face parte din inelul ciclobutanic, care este deja utilizat în cercetarea medicală pentru sintetizarea carboplatinei, un medicament chimioterapic utilizat pe scară largă.
Oxidul de cariofilen, în care olefina cariofilenului a devenit un epoxid, este o componentă aprobată pentru aromatizarea alimentelor.
Atât β-cariofilenul, cât și oxidul de β-cariofilen prezintă o solubilitate scăzută în apă, ceea ce împiedică absorbția lor în celulă. Pentru a utiliza aceste sescviterpene ca medicamente sau suplimente nutritive, încapsularea în lipozomi depășește solubilitatea redusă a acestor sescviterpene în fluidele apoase și asigură biodisponibilitatea și bioactivitatea. Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre încapsularea cu ultrasunete a compușilor bioactivi!
Oxidul de cariofilen în cannabis
În planta cannabis sativa, oxidul de cariofilen se găsește sub formă de sescviterpen, care constă din trei unități de izopren. Oxidul de cariofilen este unul dintre cele mai mari și mai abundente terpene din planta de cannabis și este responsabil pentru aroma și mirosul distinctiv al cannabisului. Extracția cu ultrasunete este aplicată cu succes pentru producerea de uleiuri de canabidiol cu spectru complet, astfel încât să fie asigurat efectul de anturaj al numeroșilor compuși.
Cavitația ultrasonică pentru extracție
Atunci când undele ultrasonice de mare putere sunt introduse într-un lichid, în fluid apar cicluri de compresie și expansiune (rarefiere). În timpul rarefierii, în lichid se generează goluri sau așa-numitele bule de cavitație. Aceste bule de cavitație, care sunt bule minuscule de vid, apar atunci când se exercită presiunea negativă, astfel încât rezistența locală la tracțiune a lichidului este depășită. Bulele de vid cresc pe parcursul mai multor cicluri de compresie / rarefiere până când nu mai pot absorbi energie, iar bula de cavitație suferă un colaps imploziv. Acest fenomen este cunoscut sub numele de cavitație. Conform cercetărilor prof. Suslick (1990), în bulele de cavitație predomină condiții extreme, cu temperaturi de până la 5000 K, presiuni de 1000 atmosfere, viteze de încălzire-răcire de peste 1010 K/s și jeturi de lichid cu viteze de până la 280m/s, care se manifestă ca forțe de forfecare foarte mari și turbulențe în zona de cavitație. Combinația acestor factori (presiune, căldură, forfecare și turbulență) este utilizată pentru accelerarea transferului de masă în procesul de extracție. În plus, aceste condiții care apar local sunt utilizate și în procese ultrasonice precum omogenizarea, emulsionarea sau dispersarea.
Extracția cu ultrasunete se bazează pe cavitația acustică și pe forțele sale hidrodinamice de forfecare
Extracția cu ultrasunete a terpenelor
Principiul extracției cu ultrasunete se bazează pe două efecte, care se produc atunci când undele ultrasonice de mare putere sunt cuplate într-un lichid sau într-o suspensie:
În primul rând, solventul (mediul lichid înconjurător) este împins în matricea celulară. În funcție de amplitudinea și intensitatea cavitației, peretele celular este perforat sau distrus de presiunea lichidului.
În al doilea rând, în timpul ciclului de rarefiere, conținutul celulei (adică materialul intracelular) este evacuat din interiorul celulei. După extracția cu ultrasunete, compușii vizați se află în solvent și pot fi separați de acesta (de ex. prin evaporarea solventului), astfel încât în final se obține un extract pur.
Compoziția materiei prime (cum ar fi conținutul de umiditate, gradul de macerare / măcinare și dimensiunea particulelor, precum și solventul selectat sunt factori foarte importanți pentru obținerea unui proces de extracție cu ultrasunete eficient și eficace. Parametrii procesului ultrasonic sunt, de asemenea, esențiali: amplitudinea, presiunea, temperatura și durata sonicării trebuie stabilite și optimizate pentru cele mai bune rezultate.