Фитохимия и ультразвуковая обработка: высокоэффективная ультразвуковая экстракция биологически активных веществ из растений

Фитохимия — это наука о химических соединениях растительного происхождения – от полифенолов, флавоноидов и алкалоидов до терпенов, сапонинов, гликозидов, пигментов, антиоксидантов и компонентов эфирных масел. Эти фитохимические вещества находят широкое применение в производстве нутрицевтиков, фармацевтических препаратов, косметики, пищевых ингредиентов, натуральных красителей, ароматизаторов, растительных экстрактов, а также в аналитических исследованиях.

Усовершенствуйте процесс экстракции фитохимических веществ с помощью ультразвуковых аппаратов Hielscher

Извлекайте больше биологически активных веществ за меньшее время
Звуковые ультразвуковые аппараты Hielscher зондового типа усиливают процесс экстракции растительных веществ за счет разрушения клеток растений и ускорения массообмена. Это позволяет с высокой степенью выхода извлекать фитохимические вещества из трав, корней, листьев, цветов, плодов, семян, коры, водорослей и других растительных материалов.

 
Почему стоит выбрать ультразвуковые экстракционные системы Hielscher

• Более высокая степень извлечения: Получать больше целевых соединений из того же растительного сырья.
• Сокращение времени обработки: Замените длительную мацерацию или этапы экстракции с интенсивным нагревом на быструю ультразвуковую обработку.
• Мягкая нетермическая экстракция: Сохранить термочувствительные фитохимические вещества, такие как полифенолы, терпены, антоцианы, витамины и антиоксиданты.
• Гибкость в выборе растворителей: Используйте воду, этанол, смеси воды и этанола, глицерин, масла, глубокие эвтектические растворители или другие подходящие экстрагенты.
• Точное управление технологическим процессом: Настройте амплитуду, мощность, потребляемую энергию, время, температуру, давление и расход.
• Линейное масштабирование: Разработать параметры экстракции в лабораторных условиях и перенести их на пилотное и промышленное производство.
• Пакетная и поточная обработка: Выберите ультразвуковую обработку в колбах лабораторного масштаба, обработку в резервуарах с перемешиванием или экстракцию с непрерывным прохождением.
• Надежная промышленная конструкция: Ультразвуковые аппараты Hielscher разработаны для использования в сложных производственных условиях, обеспечивают стабильную работу и легко интегрируются в производственные процессы.

Ультразвуковая обработка для более быстрой, чистой и полной экстракции фитохимических веществ

Чтобы использовать фитохимические вещества в рецептурах, тестах или коммерческих продуктах, их сначала необходимо выделить из растительной матрицы. Именно в этом отношении ультразвуковая обработка стала одной из наиболее эффективных технологий экстракции. Ультразвуковые аппараты зондового типа создают интенсивную акустическую кавитацию в жидкостях и суспензиях. Возникающие в результате микротурбулентность, сдвиговые силы и колебания давления разрушают растительные клетки, улучшают проникновение растворителя и ускоряют перенос биологически активных молекул в экстрагирующую среду.

Компания Hielscher Ultrasonics поставляет высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для фитохимической экстракции — от лабораторных исследований до полномасштабного промышленного производства. Независимо от того, занимаетесь ли вы разработкой растительного экстракта, оптимизацией подготовки аналитических проб или масштабированием процесса производства ингредиентов растительного происхождения, ультразвуковая обработка обеспечивает точный контроль над интенсивностью экстракции, воспроизводимостью результатов и производительностью.

Что такое ультразвуковая обработка в фитохимии?

Ультразвуковая обработка — это воздействие на жидкость или суспензию ультразвуком высокой мощности. В фитохимии ультразвуковая обработка чаще всего применяется для ультразвуковой экстракции, подготовки проб, разрушения клеток, диспергирования, эмульгирования и интенсификации технологических процессов.
Когда ультразвуковой датчик высокой интенсивности излучает звуковые волны в экстрагирующую среду, чередующиеся циклы высокого и низкого давления вызывают акустическую кавитацию. Кавитационные пузырьки бурно растут и разрушаются. Это разрушение приводит к возникновению локальных сдвиговых сил, микроструй жидкости и интенсивного перемешивания.

В ботанической экстракции эти свойства помогают:

• разрушать клеточные стенки и мембраны
• улучшить доступ растворителя к внутриклеточным соединениям
• уменьшить пограничные слои вокруг частиц растения
• улучшить проникновение фитохимических веществ в растворитель
• сократить время извлечения
• повысить воспроизводимость
• снизить необходимость в чрезмерном нагревании или длительном воздействии растворителя

В результате получается более быстрый, эффективный и зачастую более щадящий процесс экстракции по сравнению с традиционными методами мацерации, настаивания, перколяции или рефлюкса.

Почему ультразвуковая обработка важна для современной фитохимической экстракции

Растительное сырье имеет сложную структуру. Биоактивные соединения находятся внутри растительных клеток, связаны со структурными компонентами или распределены по различным тканям. Традиционные методы экстракции часто требуют длительного времени выдержки, большого объема растворителя или повышенных температур. Такие условия могут быть неэффективными и приводить к разложению термолабильных соединений.
Ультразвуковая экстракция позволяет преодолеть эти ограничения за счет усиления физического высвобождения фитохимических веществ. Вместо того чтобы полагаться исключительно на пассивную диффузию, ультразвуковая обработка активно разрушает растительную матрицу и стимулирует массообмен.

Благодаря этому ультразвуковая экстракция особенно полезна в тех случаях, когда производителям требуется:

• повышение выхода продукта из дорогостоящего растительного сырья
• более короткие производственные циклы
• Низкий расход растворителей
• улучшенная экстракция термочувствительных соединений
• воспроизводимая экстракция для контроля качества
• масштабируемая обработка от лабораторного уровня до промышленного производства
• совместимость с экологически чистыми растворителями и ингредиентами с чистым составом

В области фитохимических исследований ультразвуковая обработка также способствует улучшению подготовки аналитических проб. Лаборатории могут быстро и с высокой степенью стабильности извлекать целевые соединения перед проведением ВЭЖХ, ГХ-МС, ЖХ-МС, УФ-Вис-спектроскопии, определения антиоксидантной активности или других аналитических методов.

Серийная и поточная ультразвуковая обработка растительных экстрактов

Серийная ультразвуковая экстракция

Периодическая ультразвуковая обработка идеально подходит для лабораторных исследований, разработки рецептур, мелкосерийного производства и гибкой переработки. Ультразвуковой преобразователь с зондом погружается в емкость, содержащую суспензию растения и растворителя. Периодическая обработка проста в настройке и отлично подходит для отбора оптимальных параметров, таких как тип растворителя, амплитуда, время экстракции и температура.

Непрерывная поточная ультразвуковая экстракция

При больших объемах производства предпочтительным вариантом является непрерывная поточная ультразвуковая обработка. Растительная суспензия прокачивается через ультразвуковую проточную камеру, где подвергается контролируемому кавиционному воздействию. Поточная обработка повышает воспроизводимость результатов, улучшает контроль над процессом и увеличивает производительность. Кроме того, она делает масштабирование более предсказуемым, поскольку позволяет точно определять количество подаваемой энергии, время пребывания и расход.
Промышленные ультразвуковые устройства Hielscher рассчитаны на непрерывную работу и могут быть интегрированы с насосами, теплообменниками, резервуарами-накопителями, системами фильтрации, установками регенерации растворителей и системами последующей концентрации.

В приведенной ниже таблице указана примерная производительность наших ультразвуковых аппаратов при экстракции растительного сырья

Фитохимические вещества, извлеченные с помощью ультразвуковой обработки

Ультразвуковая обработка подходит для широкого спектра классов фитохимических веществ. Результат экстракции зависит от растительного сырья, размера частиц, растворителя, температуры, амплитуды ультразвука, времени пребывания и последующей очистки.

Полифенолы и флавоноиды

Полифенолы и флавоноиды относятся к числу наиболее изученных фитохимических веществ благодаря своим антиоксидантным свойствам и широкому применению в пищевых продуктах, нутрицевтиках и косметических средствах. Ультразвуковая экстракция способствует высвобождению фенольных кислот, катехинов, кверцетина, рутина, антоцианов и родственных соединений из листьев, плодов, кожуры, цветов, семян и коры.

Терпены и компоненты эфирных масел

Терпены и ароматические соединения играют важную роль в производстве растительных экстрактов, парфюмерии, ароматизаторов, а также при переработке каннабиса и конопли. Ультразвуковая обработка позволяет повысить эффективность экстракции из растительных тканей при одновременном обеспечении мягкого контроля температуры, что имеет важное значение для летучих и чувствительных к окислению соединений.

Алкалоиды

Алкалоиды содержатся во многих лекарственных растениях и часто извлекаются для использования в аналитических, фармацевтических или нутрицевтических целях. Ультразвуковая обработка способствует разрушению матрицы и может ускорить перенос алкалоидов в подходящие растворители.

Сапонины, гликозиды и дубильные вещества

Многие корни, травы, бобовые и лекарственные растения содержат сапонины, гликозиды и дубильные вещества. Ультразвуковая обработка способствует высвобождению этих соединений из волокнистой или плотной растительной матрицы и может быть оптимизирована для достижения баланса между выходом экстракта и селективностью.

Пигменты и антиоксиданты

Натуральные пигменты, такие как антоцианы, хлорофиллы, каротиноиды и беталаины, широко используются в пищевой, косметической и аналитической промышленности, а также при производстве напитков. Поскольку многие пигменты чувствительны к воздействию тепла, кислорода и изменениям pH, ультразвуковая экстракция в условиях контролируемой температуры представляет собой весьма выгодное решение.

Каннабиноиды и фитохимические вещества конопли

Конопля и каннабис содержат каннабиноиды, терпены, флавоноиды и другие растительные компоненты. Ультразвуковая экстракция способствует более эффективному выделению этих соединений из измельчённой биомассы и может применяться с использованием этанола, гидроэтанольных или других растворителей.

Ультразвуковая экстракция фитохимических веществ

Литература / Литература