Стратегии повышения выхода при экстракции растительного сырья
Для высокоэффективного получения экстрактов премиального качества из растительного сырья, то есть получения высокого выхода экстрактов премиального качества за короткое время экстракции, необходим высокопроизводительный метод экстракции. Ультразвуковая экстракция представляет собой метод интенсификации процесса, который позволяет использовать широкий спектр видов сырья и быстро и экономически эффективно получать высокий выход экстрактов превосходного качества.
Растительные экстракты премиального качества с помощью мощного ультразвука
При извлечении определённого биоактивного соединения или биоактивной фракции из растительного сырья на процесс экстракции влияют различные факторы. Помимо технологии экстракции (например, ультразвуковой экстракции), важными параметрами процесса, которые необходимо тщательно учитывать, являются полярность растворителя, сырьё и его предварительная обработка, соотношение твёрдой и жидкой фаз (то есть соотношение растительного материала и растворителя), время экстракции и температура. Экстракция с помощью ультразвука (UAE) позволяет обеспечить идеальные условия обработки, которые одновременно характеризуются мягкостью и высокой эффективностью. Свободный выбор мягких растворителей или экстракции холодной водой, низкие температуры и короткое время обработки делают ультразвуковую экстракцию превосходящим другие методом экстракции, который предотвращает термическое или химическое разрушение биоактивных молекул. Кроме того, UAE может высвободить всё доступное количество биоактивных молекул из растительного сырья. Именно поэтому обработка ультразвуком является наиболее широко используемой технологией экстракции для производства экстрактов с высокой биологической активностью.
Экстракция растительного сырья с помощью UP400St (400W, 24kHz)
В чём превосходство ультразвуковой экстракции?
Экстракция с помощью ультразвука (UAE) представляет собой высокоэффективный метод экстракции, основанный исключительно на механических силах. Ультразвуковая, или акустическая, кавитация характеризуется интенсивными силами сдвига, а также локально возникающими высокими перепадами температуры и давления. Эти чрезвычайно интенсивные кавитационные силы вызывают так называемую сонопорацию, то есть образование новых и увеличение существующих пор в клеточной мембране, а также разрушение структур растительных клеток. Усиленное ультразвуком движение растворителя внутрь клетки и из неё способствует быстрому и полному высвобождению растительных веществ. Используя исключительно механические силы, UAE не изменяет растительные молекулы посредством химических веществ или интенсивной тепловой обработки и тем самым предотвращает химические или вызванные нагревом изменения биоактивных веществ, содержащихся в растительном сырье. В результате ультразвуковая экстракция позволяет получать высококачественные экстракты полного спектра, которые обеспечивают полное совместное действие растительных веществ, известное как так называемый эффект антуража.
Ультразвуковая экстракция: мягкий нетермический и при этом высокоэффективный метод получения высокого выхода экстрактов премиального качества.
Сравнение ультразвуковой экстракции с другими методами
Ультразвуковая экстракция является широко используемым методом высвобождения и выделения из растительного сырья биоактивных соединений, таких как антиоксиданты, полифенолы, полисахариды, белки, липиды, каннабиноиды и другие фитохимические вещества.
Обработка ультразвуком является предпочтительным методом благодаря многочисленным преимуществам, среди которых высокий выход / полное извлечение, быстрая нетермическая обработка, совместимость практически с любыми растворителями (например, водой, этанолом, метанолом, изопропанолом, растительными маслами, глицерином и т. д.), простая и безопасная эксплуатация, низкая потребность в техническом обслуживании и многие другие.
В приведённой ниже таблице ультразвуковая экстракция сравнивается с другими традиционными методами экстракции, что подчёркивает преимущества UAE.
Ультразвуковые экстракторы Hielscher отличаются высокой эффективностью, надёжностью и удобством использования
| Ультразвуковая экстракция | Мацерация | Экстракция с использованием CO2 | Экстракция по Сокслету | Перколяция | |
|---|---|---|---|---|---|
| Растворитель | совместима практически с любым растворителем | вода, водные и неводные растворители | CO2 | вода, водные и неводные растворители | органические растворители |
| Температура | нетермическая экстракция, точный контроль температуры |
температура окружающей среды | при нагревании | температура окружающей среды, иногда применяется нагрев |
выше критической температуры 31°C |
| Давление | возможно как атмосферное, так и повышенное давление |
атмосферное | атмосферное | атмосферное | очень высокое давление (выше критического давления 74 bar) |
| Время обработки | короткое | очень длительное | длительное | очень длительное | умеренное |
| Количество растворителя | малое, высокое содержание твёрдого растительного материала в растворителе, особенно при использовании установки с проточной ячейкой |
большое | умеренное | большое | большие количества сверхкритического CO2 |
| Полярность природного экстракта | зависит от растворителя; для извлечения неполярных и полярных соединений рекомендуется двухстадийная экстракция с использованием двух растворителей |
зависит от растворителя | зависит от растворителя | зависит от растворителя | зависит от давления (при более высоком давлении полярность выше) |
| Гибкость / масштабируемость | для периодической экстракции и экстракции в потоке, линейная масштабируемость |
только периодическая экстракция, ограниченная масштабируемость |
только периодическая экстракция, ограниченная масштабируемость |
только периодическая экстракция, ограниченная масштабируемость |
только периодическая экстракция, ограниченная линейная масштабируемость, очень высокая стоимость |
Почему ультразвуковая экстракция настолько эффективна?
Механизм интенсификации экстракции мощным ультразвуком в основном обусловлен явлением акустической кавитации. Ультразвуковая кавитация вызывает столкновения между частицами растительной биомассы, что приводит к дроблению при межчастичных столкновениях и уменьшению размера частиц. При схлопывании кавитационных пузырьков на поверхности твёрдых растительных частиц эрозия и сонопорация дополнительно увеличивают площадь поверхности частиц. Усиленный таким образом массоперенос способствует высвобождению молекул, таких как белки, липиды, сахара, витамины, антиоксиданты, фитохимические вещества и пищевые волокна. Создаваемые ультразвуком силы сдвига улучшают проникновение растворителя в клеточный матрикс растительного материала и повышают проницаемость клеточных мембран соответственно. Эти механизмы действия мощного ультразвука обеспечивают значительную интенсификацию процесса при применении обработки ультразвуком для экстракции растительного сырья.
- высокий выход
- экстракты премиального качества
- высокоэффективный, быстрый процесс
- низкие эксплуатационные расходы
- воспроизводимые результаты
- линейная масштабируемость
- простая и безопасная эксплуатация
- прочность
Получите техническую информацию об ультразвуковых экстракторах Hielscher и их преимуществах!
Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и поставляет высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы для периодической и непрерывной обработки при любом масштабе производства. Помимо соответствия высочайшим техническим стандартам, исключительной прочности и работы в режиме 24/7/365 для обеспечения высокой эффективности, ультразвуковые аппараты Hielscher отличаются простотой и надёжностью эксплуатации. Высокая эффективность, интеллектуальное программное обеспечение, интуитивно понятное меню, автоматическое протоколирование данных и дистанционное управление через браузер – лишь некоторые особенности, которые отличают экстракторы Hielscher от другого экстракционного оборудования.
Преимущества ультразвуковых экстракторов Hielscher
Эффективность
- Более высокий выход
- Быстрый процесс экстракции – за считанные минуты
- Высококачественные экстракты – мягкая нетермическая экстракция
- Экологичные растворители (вода, этанол, глицерин, растительные масла и т. д.)
Простота
- Подключайте и работайте – установка и обучение за несколько часов
- Высокая производительность – для крупномасштабного производства экстрактов
- Периодическая работа или непрерывная работа в потоке
- Простая установка – поддержка различных напряжений питания и подключение всего четырёх шлангов
- Возможность перемещения
- Линейное масштабирование – добавьте ещё одну ультразвуковую систему параллельно для увеличения производительности
- Дистанционный мониторинг и управление – через ПК, смартфон или планшет
- Контроль процесса не требуется – настройте и запустите
- Высокая производительность – разработаны для непрерывного производства в режиме 24/7
- Прочность и низкая потребность в техническом обслуживании
- Высокое качество – разработаны и изготовлены в Германии
- Быстрая загрузка и выгрузка между партиями
- Лёгкая очистка
Безопасность
- Простая и безопасная эксплуатация
- Экстракция без растворителей или с применением растворителей (вода, этанол, растительные масла, глицерин и т. д.)
- Без высоких давлений и температур
- Доступны взрывозащищённые системы, сертифицированные по ATEX
- Простое управление (в том числе дистанционное)
Растворители для ультразвуковой экстракции
Выберите идеальный растворитель для вашего процесса экстракции: вода, водно-спиртовая смесь, изопропиловый спирт, гексан, этанол, метанол, бутан, растительные масла, глицерин,
нетоксичные растворители, а также любые другие стандартные растворители совместимы с ультразвуковой экстракцией.
Ультразвуковая экстракция холодной водой: Хотя технически вода является растворителем, так называемым универсальным растворителем, экстракция на водной основе обычно считается экстракцией без растворителя. Ультразвуковая экстракция без растворителя не требует каких-либо посторонних веществ. Суспензию воды и растительного материала подвергают обработке ультразвуком для разрушения клеточных стенок растения, чтобы биоактивные молекулы высвобождались в воду (растворитель). Обработка ультразвуком представляет собой исключительно механический метод, который не изменяет химически сырьё и экстракт. Поэтому ультразвуковая экстракция является предпочтительным методом производства высококачественных растительных экстрактов.
Ультразвуковой аппарат зондового типа UIP1000hdT с мешалкой для производства растительных экстрактов, таких как каннабиноиды (например, CBD, THC, CBG)
Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых экстракторов (при периодической и проточной обработке):
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500mL | от 10 до 200mL/min | UP100H |
| от 10 до 2000mL | от 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| от 0,1 до 20L | от 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| от 10 до 100L | от 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | более высокий | группа устройств UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Промышленная установка ультразвукового экстрактора UIP4000hdT для производства растительных экстрактов.
Hielscher Ultrasonics производит и поставляет высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы для лабораторного, пилотного и промышленного масштаба.
Литература / источники
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторного до промышленного масштаба.