Высокоэффективная экстракция чаги с помощью обработки ультразвуком

Грибы чага (Inonotus obliquus) богаты высокоактивными фитохимическими веществами (например, полисахаридами, бетулиновой кислотой, тритерпеноидами), которые, как известно, способствуют укреплению здоровья и борьбе с заболеваниями. Использование ультразвуковой частоты высокой мощности для экстракции чаги является предпочтительным методом получения превосходных экстрактов чаги высочайшего качества с максимальным выходом.

Получение экстрактов чаги с помощью ультразвука

Ультразвуковая экстракция – высокоэффективный метод высвобождения фитохимических соединений из природного сырья, такого как растения и грибы.
Чага богата различными соединениями, такими как полисахариды, тритерпены и полифенолы, которые обусловливают большинство ее полезных для здоровья и терапевтических эффектов. Основные биоактивные соединения чаги включают полисахариды (например, β-глюканы, протеогликаны, содержащие d-галактозу, d-глюкозу, d-ксилозу и d-маннозу), тритерпеноиды (например, бетулин, бетулиновую кислоту), полифенолы, фитостеролы (например, инотодиол) и другие соединения.

Ультразвуковая экстракция эффективно разрушает клетки чаги и высвобождает внутриклеточные соединения (то есть биоактивные фитохимические вещества) в растворитель. Ультразвуковая экстракция основана на принципе акустической кавитации. Эффекты ультразвуковой / акустической кавитации включают высокие силы сдвига, турбулентность и значительные перепады давления. Эти соно-механические силы разрушают клеточные структуры, такие как хитиновые клеточные стенки грибов, способствуют массопереносу между сырьем чаги и растворителем и обеспечивают очень высокий выход экстракта за короткое время. Кроме того, обработка ультразвуком способствует стерилизации экстрактов, уничтожая бактерии и микроорганизмы. Инактивация микроорганизмов при обработке ультразвуком обусловлена разрушительным воздействием кавитационных сил на клеточную мембрану, образованием свободных радикалов и локальным нагревом.

Почему ультразвуковая экстракция чаги имеет так много преимуществ?

Ультразвуковая экстракция применяется во многих областях производства экстрактов, например экстрактов растительного сырья и трав для пищевых продуктов, добавок, фармацевтических препаратов и косметики. Один из наиболее ярких примеров ультразвуковой экстракции – извлечение каннабидиола (CBD) и других соединений из растения каннабис.
Поскольку ультразвуковая экстракция является нетермическим методом экстракции, биоактивные соединения подвергаются мягкой обработке ультразвуковыми волнами, что предотвращает термическое разложение чувствительных растительных соединений. Все параметры ультразвукового процесса, то есть амплитуду, интенсивность, температуру и давление, можно точно контролировать. Это обеспечивает точный контроль процесса и качества и позволяет легко повторять и воспроизводить однажды полученные результаты экстракции. Производители экстрактов ценят обработку ультразвуком за надежную повторяемость процесса, которая помогает стандартизировать процессы и продукцию на высоком уровне качества.

Экстракты чаги высокого качества с высоким выходом благодаря обработке ультразвуком

Исследования подтверждают, что экстракты чаги, полученные с помощью ультразвука, содержат больше тритерпеноидов, чем обычный экстракт, полученный горячей водой. Метод ультразвуковой экстракции способствует высвобождению и выделению всех важных соединений из чаги (I. obliquus). Экстракция с применением ультразвука превосходит альтернативные методы экстракции благодаря более высокой эффективности и повышенной биодоступности биоактивных фитохимических веществ в грибном экстракте. Выдержки из научных исследований демонстрируют высокую эффективность и высокий выход при ультразвуковой экстракции чаги.

Экстракция полисахаридов из чаги

Zhang и соавторы использовали экстракцию с применением ультразвука для определения оптимальных условий извлечения полисахаридов из I. obliquus. Наилучшие условия включали использование воды в качестве растворителя в течение 15 минут при 95 °C с экстракцией на ультразвуковой частоте, что обеспечило показатель экстракции 1,82%

Экстракция бетулина / бетулиновой кислоты из чаги

Результаты показывают, что ультразвук играл активную роль в извлечении бетулина и бетулиновой кислоты, поскольку он способен вскрывать клеточные стенки и способствует улучшению массо- и теплопереноса. Это, в свою очередь, помогает успешно извлекать необходимые фитохимические вещества за короткое время с высокой эффективностью. Небольшое увеличение выхода при добавлении стадии экстракции растворителем после обработки ультразвуком указывало на то, что большая часть этих соединений, по всей видимости, уже была извлечена из биомассы. Полученные результаты указывают на максимальное количество бетулина, которое можно извлечь из биомассы. (Alhazmi, 2017) В целом обработка ультразвуком резко увеличила выход бетулина и бетулиновой кислоты.

Пошаговый протокол экстракции

Для выделения концентрированного экстракта полного спектра из чаги (Inonotus obliquus) применяется двухэтапный протокол экстракции с использованием мощного ультразвука.
Материал: высушенную I. obliquus (100g) измельчают на небольшие кусочки размером примерно 1,3cm² (0,5×0,5 дюйма). Измельченное грибное сырье помещают в стеклянный стакан объемом 1,5L.

1. Этап: холодная ультразвуковая экстракция: Высушенную измельченную чагу суспендируют в 1000 mL 60% этанола в очищенной или дистиллированной воде (v/v; 60% этанола : 40% воды), добавляя смесь растворителей в стеклянный стакан с чагой. Для экстракции используется ультразвуковой экстрактор UP400St, оснащенный сонотродом S24d22L2D. Сонотрод ультразвукового аппарата погружают в суспензию грибного сырья и растворителя. Использование мешалки необязательно, но может способствовать равномерному перемещению частиц растительного сырья к сонотроду. Убедитесь, что сонотрод не касается стенок стакана. Установите амплитуду на 100% и обрабатывайте ультразвуком примерно 10 min. UP400St поставляется с подключаемым датчиком температуры. Подключите термопару к ультразвуковому аппарату и поместите датчик в суспензию. В цифровом меню ультразвукового устройства UP400St можно задать верхний предел температуры. Ультразвуковой аппарат приостановит работу при достижении этой максимальной температуры и автоматически возобновит ее, как только температура суспензии достигнет нижнего значения заданного ∆T. Рекомендуемые значения ∆T составляют примерно 30°C для верхней и 20°C для нижней температуры. Использование водяной или ледяной бани помогает поддерживать низкую температуру во время обработки ультразвуком. После обработки ультразвуком твердые частицы грибного сырья удаляют фильтрованием и отжимом. Растворитель с извлеченными фитохимическими веществами подвергают вакуумному выпариванию или выпариванию на роторном испарителе, чтобы в итоге получить фракцию чаги, извлеченную этанолом. Оставшиеся твердые частицы чаги можно использовать для необязательного второго этапа замачивания – горячей ультразвуковой экстракции.
2. Этап (необязательный): горячая ультразвуковая экстракция: Сырье чаги, оставшееся после первой экстракции, используется на втором этапе горячей ультразвуковой экстракции для выделения фракции фитохимических веществ, все еще содержащихся в чаге. Грибное сырье помещают в стеклянный стакан, добавляют 600mL свежего раствора растворителей 60% этанола : 40% воды и нагревают примерно до 70°C. Во время обработки ультразвуком температура может повыситься до 95°C. Дополнительный нагрев способствует высвобождению оставшихся фитохимических веществ. Поскольку почти все термочувствительные соединения были извлечены в условиях контролируемой температуры на этапе 1, этот второй этап можно применять по желанию для получения очень концентрированного экстракта, содержащего полный набор фитохимических веществ чаги. Суспензию обрабатывают ультразвуком с помощью UP400St так же, как описано выше. Отфильтруйте, отожмите и отделите грибное сырье от водного экстракта. Фитохимические компоненты, полученные при второй экстракции, также выделяют путем выпаривания.

Обе фракции экстракта чаги, полученные при экстракции водой и этанолом, смешивают, чтобы получить экстракт чаги полного спектра. На основе этого экстракта можно создавать различные продукты, такие как настойки, капсулы или пищевые продукты.

Этот процесс допускает полностью линейное масштабирование на любой другой объем. При использовании одинаковых параметров ультразвуковой обработки (интенсивность ультразвука Ws/L, давление, температура, концентрация твердого сырья в жидкости (соотношение твердое:жидкое)) все однажды полученные результаты ультразвуковой экстракции чаги можно легко перенести на большие (или меньшие) объемы, сохраняя те же результаты (то есть выход и эффективность процесса).

Грибные экстракты, полученные с помощью ультразвука, богаты полисахаридами, известными своими многочисленными полезными для здоровья эффектами. Ультразвуковой аппарат UP100H – мощный ультразвуковой экстрактор мощностью 100 ватт для эффективной экстракции лекарственных грибов, таких как чага, ежовик гребенчатый, рейши или кордицепс.

Выбор растворителя

Ультразвуковая экстракция совместима с любым растворителем. Это позволяет использовать растворитель по вашему выбору. В приведенном выше протоколе экстракции чаги мы рекомендуем раствор, состоящий из 60% этанола : 40% воды (v/v). Сочетание этанола и воды позволяет высвобождать фитохимические вещества различной полярности. В качестве альтернативы можно применять двухфазную экстракцию с использованием этанола на первом этапе и воды на втором этапе. Ультразвуковая экстракция с использованием смеси спирта и воды в качестве растворителя высвобождает водорастворимые и спирторастворимые фитохимические вещества из грибов, таких как чага.
Таким образом, экстракция имеет основополагающее значение для получения чистых и высокоактивных грибных экстрактов.
Среди других растворителей, используемых для экстракции Inonotus obliquus, – изопропанол, метанол, метанол с добавлением 10% уксусной кислоты, этилацетат и другие. Для экстрактов пищевого качества рекомендуется нетоксичный растворитель, поскольку после удаления растворителя (например, выпариванием) в экстракте иногда могут оставаться его следовые количества.

Почему ультразвуковые ванны дают недостаточные результаты при экстракции чаги?

Ультразвуковые ванны обычно используются для мягкой очистки. В ультразвуковой ванне акустическая кавитация возникает неконтролируемо и неравномерно распределяется по относительно большому резервуару. Если поместить стеклянный стакан со смесью грибного сырья и растворителя в ультразвуковую ванну, и без того слабые ультразвуковые волны должны пройти через стенки стакана, что еще больше снижает интенсивность ультразвука. Это означает, что интенсивность ультразвука в резервуаре для ультразвуковой очистки слишком мала для эффективной экстракции грибов. Клеточные стенки грибов содержат хитин – прочный материал, который делает клетки грибов очень жесткими и трудно поддающимися разрушению. Для высвобождения биоактивных соединений из грибов, таких как чага, требуется ультразвук высокой интенсивности. Ультразвуковые зонды создают гораздо более интенсивную акустическую кавитацию – силу, которая вскрывает клеточные стенки грибов.
 

Диаграмма анализа UV-Vis показывает сравнение экстракции чаги с помощью ультразвукового зонда и ультразвуковой ванны. Ультразвуковой аппарат зондового типа UP100H (черная кривая) обеспечивает значительно более высокий выход биоактивных соединений чаги.

 
Узнайте больше о различиях между ультразвуковыми зондами и ультразвуковыми ваннами и сравните их эффективность экстракции!

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для экстракции чаги

Ультразвуковая экстракция – надежная технология обработки, которая упрощает и ускоряет производство высококачественных экстрактов из различного сырья, такого как чага и другие грибы. Ассортимент Hielscher Ultrasonics охватывает весь диапазон от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до промышленных экстракционных систем. Благодаря этому мы в Hielscher можем предложить вам наиболее подходящий ультразвуковой аппарат для запланированной производительности вашего процесса. Наши сотрудники с многолетним опытом помогут вам на всех этапах – от испытаний технологической осуществимости и оптимизации процесса до установки вашей ультразвуковой системы на конечном производственном уровне.
Благодаря небольшим габаритам наших ультразвуковых экстракторов и разнообразию вариантов установки они подходят даже для предприятий по переработке пектина с ограниченной площадью. Ультразвуковые процессоры установлены по всему миру на предприятиях по производству пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и пищевых добавок.

Hielscher Ultrasonics – передовое экстракционное оборудование

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь диапазон высокопроизводительных ультразвуковых экстракторов для малого и крупного масштаба. Дополнительные принадлежности позволяют легко собрать наиболее подходящую конфигурацию ультразвукового устройства для вашего процесса экстракции чаги. Оптимальная ультразвуковая установка зависит от запланированной производительности, объема, сырья, периодического или поточного режима процесса и сроков.

Периодическая и непрерывная проточная обработка

Ультразвуковые аппараты Hielscher можно использовать для периодической и непрерывной проточной обработки. Периодическая ультразвуковая обработка идеально подходит для испытания и оптимизации процесса, а также для производства малого и среднего масштаба. При переработке больших объемов чаги поточная обработка может быть более выгодной. Непрерывный процесс поточного смешивания требует сложной установки – состоящей из насоса, шлангов или труб и резервуаров, – но отличается высокой эффективностью, быстротой и значительно меньшими трудозатратами. Все промышленные системы могут работать при повышенном давлении, что усиливает кавитацию и тем самым повышает эффективность экстракции. Hielscher Ultrasonics предлагает наиболее подходящую экстракционную установку для вашего объема экстракции и целей процесса.

Ультразвуковые экстракторы для любой производительности

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает полный спектр ультразвуковых процессоров: от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов, настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров, способных перерабатывать объемы сырья, равные нескольким грузовикам в час. Полный ассортимент продукции позволяет нам предложить вам наиболее подходящий ультразвуковой экстрактор для чаги и других грибов с учетом производительности процесса и производственных целей.
Настольные ультразвуковые системы идеально подходят для испытаний технологической осуществимости и оптимизации процесса. Линейное масштабирование на основе установленных параметров процесса позволяет очень легко увеличивать производительность обработки от небольших партий до полноценного коммерческого производства. Масштабирование можно осуществлять либо путем установки более мощного ультразвукового экстрактора, либо путем объединения нескольких ультразвуковых аппаратов в параллельный кластер. С моделью UIP16000 Hielscher предлагает самый мощный ультразвуковой экстрактор в мире.

Точно регулируемые амплитуды для оптимальных результатов

Все ультразвуковые аппараты Hielscher допускают точное управление и поэтому служат надежными рабочими инструментами на производстве. Амплитуда – один из ключевых параметров процесса, влияющих на эффективность и результативность ультразвуковой экстракции фитохимических веществ из чаги (Inonotus obliquus).
Все процессоры Hielscher Ultrasonics позволяют точно задавать амплитуду. Сонотроды и бустеры являются принадлежностями, позволяющими изменять амплитуду в еще более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокие амплитуды и необходимую интенсивность ультразвука для сложных применений. Непрерывная работа с амплитудами до 200µm легко обеспечивается в режиме 24/7.
Точная настройка амплитуды и постоянный мониторинг параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения позволяют обрабатывать грибное сырье в наиболее эффективных ультразвуковых условиях. Оптимальная обработка ультразвуком для наилучших результатов экстракции!
Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях. Это делает ультразвуковое оборудование Hielscher надежным рабочим инструментом, отвечающим вашим требованиям к экстракции.

Простые испытания без риска

Ультразвуковые процессы допускают полностью линейное масштабирование. Это означает, что любой результат, достигнутый с помощью лабораторного или настольного ультразвукового аппарата, можно масштабировать с получением точно такого же результата при использовании точно тех же параметров процесса. Это делает обработку ультразвуком идеальным методом для испытаний технологической осуществимости без риска, оптимизации процесса и последующего внедрения в коммерческое производство. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как обработка ультразвуком может увеличить производство экстракта чаги.

Высочайшее качество – разработано и изготовлено в Германии

Как семейное предприятие, принадлежащее семье и управляемое ею, Hielscher уделяет первостепенное внимание высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты разрабатываются, изготавливаются и тщательно испытываются в нашей штаб-квартире в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надежность ультразвукового оборудования Hielscher делают его надежным рабочим инструментом на вашем производстве. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях – естественная характеристика высокопроизводительных экстракторов Hielscher.
Вы можете приобрести ультразвуковой процессор Hielscher любого размера с конфигурацией, точно соответствующей требованиям вашего процесса экстракции грибов. От обработки грибов в небольшом лабораторном стакане до непрерывного проточного смешивания грибных суспензий в промышленном масштабе – Hielscher Ultrasonics предлагает подходящий для вас ультразвуковой аппарат! Свяжитесь с нами – мы будем рады порекомендовать вам идеальную ультразвуковую установку!

Приведенная ниже таблица дает представление о приблизительной производительности обработки наших ультразвуковых аппаратов: