Самый эффективный метод экстракции растительного сырья

Вы ищете мощную и надежную установку для экстракции, позволяющую получать высококачественные растительные экстракты? Здесь представлено сравнение распространенных методов экстракции, включая ультразвуковую экстракцию, экстракцию сверхкритическим CO2, экстракцию этанолом, мацерацию и другие, а также их преимущества и недостатки.

Экстракция растительного сырья ультразвуком в сравнении с альтернативными методами

Экстракцию растительного сырья можно выполнять различными методами. Однако эффективность, выход и качество экстракта в значительной степени зависят от используемого метода и протокола экстракции. Мацерация, экстракция сверхкритическим CO2, перколяция и экстракция в аппарате Сокслета – распространенные методы экстракции, которые часто дают недостаточно удовлетворительные результаты.
Экстракция с помощью ультразвука – это передовой метод выделения веществ, который превосходит традиционные методы экстракции по нескольким показателям.
Экстракция с помощью ультразвукового зонда – высокоэффективный метод извлечения соединений из растений и других материалов. По сравнению с такими методами, как мацерация, экстракция CO2, перколяция и микроволновая экстракция, ультразвуковая экстракция с использованием зонда превосходит их благодаря ряду преимуществ:

• Более быстрая экстракция: Ультразвуковая экстракция с использованием зонда позволяет извлекать соединения гораздо быстрее, чем мацерация и перколяция. Это связано с тем, что ультразвуковые волны создают в растворителе кавитационные пузырьки, которые вызывают микроудары, способствующие разрушению клеточных стенок и более быстрому высвобождению соединений.
• Более высокий выход: Ультразвуковая экстракция с использованием зонда позволяет получать более высокий выход соединений, чем мацерация, экстракция CO2 и перколяция. Это связано с тем, что ультразвуковые волны способствуют высвобождению большего количества целевых соединений из экстрагируемого материала.
• Более высокая эффективность: Ультразвуковая экстракция с использованием зонда более эффективна, чем мацерация, экстракция CO2, перколяция и экстракция в аппаратах Сокслета, поскольку для извлечения того же количества соединений требуется меньше растворителя. Это связано с тем, что ультразвуковые волны способствуют повышению растворимости целевых соединений в растворителе.
• Универсальность: Ультразвуковую экстракцию с использованием зонда можно применять для извлечения широкого спектра соединений из различных материалов, включая как гидрофильные, так и гидрофобные соединения. Это означает, что ультразвук также отлично подходит для получения экстрактов полного спектра.
• Низкая стоимость: Ультразвуковая экстракция с использованием зонда обычно обходится дешевле, чем экстракция CO2, перколяция, мацерация и экстракция в аппарате Сокслета, поскольку не требует оборудования высокого давления или трудозатрат, связанных с длительной работой.
• Экологичность: Ультразвуковые зонды позволяют проводить экологичную экстракцию, поскольку она требует меньше растворителя и энергии по сравнению с другими методами и образует меньше отходов. Хотя обработка ультразвуком совместима с любыми растворителями, благодаря высокой эффективности обработки ультразвуком в большинстве случаев можно избежать применения токсичных растворителей. Этанол, водный раствор этанола и вода – отличные растворители для ультразвуковой экстракции растительного сырья.

По сравнению с традиционными методами экстракции растительного сырья ультразвуковая экстракция с использованием зонда обладает существенными преимуществами, что объясняет широкое применение ультразвука для извлечения многочисленных биоактивных соединений из растений.

Получение высококачественных экстрактов из растительного сырья

Для получения высококачественных растительных экстрактов важно не только исходное сырье (растительный материал), но и применяемый метод экстракции. Растительные экстракты чувствительны к температуре, то есть разрушаются под действием тепла. Поэтому крайне важно выбрать нетермический метод экстракции.
Выбор растворителя для экстракции – еще один важный фактор, влияющий на качество экстракта. Такие растворители, как гексан, метанол, бутан и другие агрессивные химические вещества, могут загрязнять экстракт. Несмотря на то что растворители удаляют после экстракции, в конечном экстракте могут обнаруживаться следовые количества токсичных растворителей. Вода, спирт, этанол, глицерин или растительные масла являются безопасными, нетоксичными растворителями и одобрены FDA для употребления в пищу.

Пошаговый протокол экстракции растительного сырья с помощью ультразвукового зонда

Как извлекают биоактивные соединения из растений с помощью обработки ультразвуком с использованием зонда? Ниже приведена пошаговая инструкция по извлечению фитохимических веществ и биоактивных соединений из растительного материала, такого как листья, лепестки, плодовое тело, стебли, корни или корневища!

1. Сначала растительный материал измельчают или нарезают на небольшие кусочки, чтобы увеличить площадь поверхности для экстракции.
2. Затем растительный материал смешивают с растворителем (например, этанолом или водой) для извлечения полифенолов.
3. Затем для содействия процессу экстракции применяют обработку ультразвуком с использованием зонда, воздействуя на смесь высокоинтенсивными низкочастотными ультразвуковыми волнами с частотой около 20kHz. Это вызывает акустическую кавитацию и быстрые колебания растворителя, способствующие распаду и разрушению растительных клеток и высвобождению биоактивных веществ, таких как полифенолы, флавоноиды и витамины.
4. Затем смесь фильтруют, чтобы отделить твердый растительный материал от жидкости, содержащей извлеченные биоактивные соединения.
5. Затем жидкость выпаривают или подвергают дальнейшей обработке для удаления растворителя и концентрирования биоактивных молекул.
6. Конечный продукт представляет собой экстракт, богатый биоактивными веществами, который можно использовать в различных областях, например в пищевых добавках, функциональных пищевых продуктах и косметике.

Примечание: это общий обзор процесса, и конкретные условия (растворитель, соотношение растительного материала и растворителя, время экстракции, мощность обработки ультразвуком и т. д.) могут различаться в зависимости от растительного источника и желаемого содержания биоактивных веществ.

Как работает ультразвуковая экстракция?

Ультразвуковая экстракция основана на принципе действия ультразвуковой акустической кавитации и представляет собой исключительно механическую обработку. Подобно смесителю с высоким сдвигом, ультразвуковой аппарат создает в обрабатываемой среде только механические силы сдвига. Сама ультразвуковая экстракция является нетермическим методом экстракции без применения химических веществ.
Что такое акустическая кавитация? – Акустическая, или ультразвуковая, кавитация возникает при передаче мощных низкочастотных ультразвуковых волн в суспензию, состоящую из растительного материала в жидкости (растворителе). Мощные ультразвуковые волны передаются в растительную суспензию через ультразвуковой процессор с зондом. Ультразвуковые волны высокой энергии распространяются через жидкость, создавая чередующиеся циклы высокого / низкого давления, что приводит к возникновению акустической кавитации. Акустическая, или ультразвуковая, кавитация локально создает экстремальные условия, такие как очень большие перепады давления и высокие силы сдвига. Когда кавитационные пузырьки схлопываются на поверхности твердых объектов (таких как частицы, растительные клетки, ткани и т. д.), микроструи и межчастичные столкновения вызывают такие эффекты, как разрушение частиц, сонопорация (перфорация клеточных стенок и клеточных мембран) и разрушение клеток. Кроме того, схлопывание кавитационных пузырьков в жидких средах создает турбулентность и перемешивание, способствующие массопереносу между внутренним содержимым клетки и окружающим растворителем. Ультразвуковое облучение – высокоэффективный способ интенсификации процессов массопереноса, поскольку обработка ультразвуком вызывает кавитацию и связанные с ней механизмы, такие как микроперемещения под действием струй жидкости, сжатие и декомпрессия материала с последующим разрушением клеточных стенок.
В зависимости от исходного сырья процесс ультразвуковой экстракции может требовать высокой интенсивности, например для разрушения жестких растительных клеток или материала с высоким содержанием целлюлозы. Ультразвуковые аппараты с зондом могут создавать очень высокие амплитуды, необходимые для возникновения сильной кавитации. Hielscher Ultrasonic производит высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы, которые легко обеспечивают амплитуды 200µm при непрерывной работе 24/7. Для еще более высоких амплитуд Hielscher предлагает специальные высокоамплитудные сонотроды (зонды).
Для усиления кавитации используют ультразвуковые реакторы и проточные ячейки, допускающие работу под повышенным давлением. С повышением давления кавитация и кавитационные силы сдвига становятся более разрушительными, тем самым усиливая эффекты ультразвуковой экстракции.

Извлекайте фитохимические вещества и биоактивные соединения с помощью обработки ультразвуком

Ультразвуковую экстракцию используют для высвобождения и выделения широкого спектра биоактивных соединений (так называемых фитохимических веществ) из растительного сырья.
Приведенный ниже список дает краткий обзор фитохимических веществ, извлекаемых ультразвуком:

• CBD и другие каннабиноиды из каннабиса и конопли
• Терпены
• Имбирь
• Розмарин
• Капсаицин из перца чили
• Кофеин из кофейных зерен
• Астаксантин из водорослей
• Аллицин из чеснока
• Катехины (EGEC) из чая
• Прополис
• Эллагитаннины из граната
• Аюрведические растительные экстракты
• Никотин из табака
• Эфирные масла
• Фитохимические вещества из крапивы двудомной
• Пектины из кожуры цитрусовых
• Полифенолы из кожуры манго
• Тараксацин и тараксастерол из одуванчика

Растворители для ультразвуковой экстракции

Ультразвуковая экстракция совместима почти с любым растворителем. Чаще всего для извлечения биоактивных соединений из растительного сырья используют этанол, воду, смесь этанола и воды, глицерин и растительные масла, поскольку эти растворители считаются безопасными для употребления в пищу и просты в использовании.
Узнайте больше о растворителях, используемых для ультразвуковой экстракции!

Преимущества ультразвуковой экстракции этанолом

Этанол – один из наиболее часто используемых растворителей для ультразвуковой экстракции благодаря своей безопасности (одобрен FDA для употребления в пищу), эффективности и способности растворять широкий спектр веществ. Ультразвуковая экстракция этанолом превосходит применение других растворителей и других технологий экстракции по экономической эффективности, линейной масштабируемости, простоте и безопасности.
Превосходная эффективность этанола как растворителя связана с его химическим строением, включающим углеводородный хвост и одну гидроксильную группу. Такое химическое строение позволяет этанолу растворять и извлекать очень широкий спектр веществ, включая полифенолы, флавоноиды, терпены, каннабиноиды и липиды (масла).
Например, ультразвуковая экстракция каннабиноидов этанолом не требует винтеризации (удаления восков) – этапа, необходимого при других методах экстракции, таких как экстракция CO2, для удаления восков.

Экстракция этанолом дает разные эффекты в зависимости от температуры этанола. Нагретый этанол часто используют для получения экстрактов полного спектра, которые ценятся за их эффект антуража. С другой стороны, для получения растительных дистиллятов или дистиллятов каннабиса предпочтительно используют ледяной этанол. Экстракция ледяным этанолом не требует последующей фильтрации. Поскольку ультразвуковая экстракция является нетермической обработкой, ее можно проводить с горячим/теплым или охлажденным/ледяным этанолом. Ультразвуковые реакторы с рубашкой помогают поддерживать требуемую температуру процесса во время обработки. Цифровое управление и интеллектуальное программное обеспечение ультразвукового аппарата контролируют температуру процесса с помощью подключаемых датчиков температуры и могут быть запрограммированы на остановку или приостановку экстракционной обработки, когда температура среды выходит за пределы определенного диапазона.

Купите самое эффективное оборудование для ультразвуковой экстракции!

Высокопроизводительные экстракционные системы Hielscher Ultrasonics доступны для любого масштаба – от небольших лабораторных установок и пилотных установок среднего размера до полностью промышленного производства объемом несколько тонн в час. В зависимости от производительности ультразвуковые экстракторы Hielscher можно использовать в периодическом или непрерывном поточном режиме. Выбор растворителя остается за вами, поскольку ультразвуковые аппараты Hielscher можно использовать в сочетании с любым растворителем. Все устройства для ультразвуковой экстракции просты и безопасны в эксплуатации. В соответствии с вашим исходным сырьем, производительностью процесса и целевым результатом Hielscher предлагает наиболее подходящий ультразвуковой аппарат.
На процессы ультразвуковой экстракции влияют исходное сырье, растворитель и производительность. Для создания идеальной ультразвуковой установки для вашего процесса экстракции доступны различные принадлежности, такие как сонотроды (зонды) разных размеров и форм, усилители амплитуды, проточные ячейки различных объемов и геометрии, подключаемые датчики температуры и давления и множество других приспособлений.
Контроль процесса крайне важен для получения воспроизводимого результата. Поэтому все цифровые модели оснащены интеллектуальным программным обеспечением, позволяющим настраивать, контролировать и корректировать параметры экстракции. Благодаря точному контролю амплитуды, времени обработки ультразвуком и коэффициентов заполнения импульсов можно добиться оптимальных результатов процесса, таких как превосходный выход и наивысшее качество экстракта. Автоматическая регистрация данных процесса обработки ультразвуком служит основой для стандартизации процесса и воспроизводимости / повторяемости, необходимых для надлежащей производственной практики (GMP).

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