Экстракция терпенов с помощью ультразвука
Доказано, что ультразвуковая экстракция терпенов обеспечивает высокий выход терпена оксида кариофиллена, например из каннабиса и хмеля. Оксид кариофиллена – это терпен, содержащийся в каннабисе, хмеле, перце, базилике и розмарине. В качестве активного соединения извлечённый терпен оксид кариофиллена используется как вкусоароматическая добавка и добавка для поддержания здоровья.
Применение извлечённого оксида кариофиллена
Оксид кариофиллена отличается характерным ароматным запахом и вкусом (то есть запахом и вкусом трав). Благодаря интенсивному ароматному запаху и вкусу его часто используют как вкусоароматическую добавку в пищевых продуктах, а также как компонент ароматических композиций. Кроме того, он способен связываться с эндокринными рецепторами CB2 в организме человека, что делает его интересным фармацевтическим компонентом.
Ультразвуковая экстракция оксида кариофиллена
Ультразвуковая экстракция терпена оксида кариофиллена – превосходный метод получения высоких выходов, например из каннабиса и хмеля. Подробнее об акустической кавитации – механизме действия ультразвуковой экстракции!
Например, оксид β-кариофиллена извлекали из высушенных шишек хмеля с помощью ультразвукового устройства UP100H (100W, 30kHz) .
Данные газохроматографического анализа показывают выход оксида β-кариофиллена, извлечённого из хмеля с помощью устройства Hielscher UP100H .
UP400St – мощный ультразвуковой процессор 400W с мешалкой для экстракции терпенов
Газохроматографический анализ ультразвукового экстракта хмеля: оксид β-кариофиллена, α-кариофиллен, α-пинен, mycrene, лимонен, α-caryophylene, оксид кариофиллена и другие соединения.
Помимо оксида β-кариофиллена, были успешно извлечены и другие терпены, в том числе α-кариофиллен, α-пинен, mycrene, лимонен и α-caryophylene.
Как извлекают терпены из растений с помощью ультразвуковой обработки зондового типа? Пошаговая инструкция!
- Сначала растительное сырьё измельчают или нарезают на мелкие кусочки, чтобы увеличить площадь поверхности для экстракции.
- Затем растительное сырьё смешивают с растворителем (например, этанолом или водой) для извлечения терпенов.
- Затем для содействия процессу экстракции используют ультразвуковую обработку зондового типа, воздействуя на суспензию высокоинтенсивными низкочастотными ультразвуковыми волнами с частотой около 20kHz. Это вызывает акустическую кавитацию и быстрые колебания растворителя, что способствует распаду и разрушению растительных клеток и высвобождению терпенов.
- Затем смесь фильтруют, чтобы отделить твёрдое растительное сырьё от жидкости, содержащей извлечённые терпены.
- Затем жидкость выпаривают или подвергают дальнейшей обработке для удаления растворителя и концентрирования терпенов.
- Конечный продукт представляет собой экстракт с высоким содержанием терпенов, который можно использовать в различных областях, например в пищевых добавках, функциональных пищевых продуктах и косметике.
Протокол ультразвуковой экстракции терпенов
Хмель измельчали обычной кофемолкой, чтобы получить более однородный размер частиц в образце хмеля.
Во флакон помещали 4,5mg хмеля, затем добавляли 5mL этанола. Флакон помещали в лабораторный стакан с ледяной водой для отвода тепла. Затем образец обрабатывали ультразвуком с помощью UP100H, оснащённого сонотродом MS7, при настройке амплитуды 50% в течение 90sec.
Газохроматографический анализ ультразвукового экстракта хмеля:
Обработка ультразвуком обеспечивает интенсивный массоперенос между клеточной матрицей и растворителем, благодаря чему достигается очень высокий выход высококачественного экстракта.
- высококачественные экстракты терпенов (без термического разложения)
- высокий выход
- быстрая процедура
- быстрая окупаемость инвестиций
- более мягкие растворители
- меньший расход растворителя
- безопасность и простота эксплуатации
- минимальное техническое обслуживание
- экологичная, безопасная для окружающей среды экстракция терпенов
Ультразвуковая экстракция терпенов выделяется как экологичный метод экстракции, позволяющий значительно ускорить извлечение терпенов при меньших затратах энергии по сравнению с другими традиционными методами экстракции (то есть с использованием сверхкритического CO2, метода Сокслета и т. д.). Другие преимущества ультразвуковой экстракции терпенов включают простоту обращения с ультразвуковым экстрактором, быстроту процесса, отсутствие химических отходов, высокий выход, экологичность, повышение качества благодаря мягким условиям обработки и предотвращение термического разложения.
Ультразвуковые экстракторы для терпенов
Приведённая ниже таблица поможет определить, какое ультразвуковое устройство может лучше всего соответствовать вашим требованиям к экстракции терпенов.
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| 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 | UIP4000 |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | больше | кластер устройств UIP16000 |
Ультразвуковые гомогенизаторы высокой мощности – от лабораторного до промышленного масштаба.
Литература / Источники
- 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
Полезные сведения
Кариофиллен
Кариофиллен, или (−)-β-кариофиллен, – природный бициклический сесквитерпен, который содержится во многих эфирных маслах. Следующие растения известны как хорошие источники кариофиллена: каннабис, конопля (Cannabis sativa), чёрный тмин (Carum nigrum), гвоздика (Syzygium aromaticum), хмель (Humulus lupulus), базилик (Ocimum spp.), душица (Origanum vulgare), чёрный перец (Piper nigrum), лаванда (Lavandula angustifolia), розмарин (Rosmarinus officinali, а также масло копайбы (Copaifera spp.). β-кариофиллен – фитоканнабиноид с высоким сродством к каннабиноидному рецептору типа 2 (CB 2), но не к каннабиноидному рецептору типа 1 (CB 1).
Оксид кариофиллена
Оксид кариофиллена (также оксид β-кариофиллена) является производным окисления β-кариофиллена и представляет собой белый твёрдый кристаллический порошок с температурой плавления около 62°C.
Он ценится за противовоспалительное, местноанестезирующее и антиоксидантное действие. Первые исследования показывают, что оксид кариофиллена также может быть потенциальным препаратом для лечения рака. Оксид кариофиллена является частью циклобутанового кольца, которое уже используется в медицинских исследованиях для синтеза широко применяемого химиотерапевтического препарата карбоплатина.
Оксид кариофиллена, в котором олефин кариофиллена превратился в эпоксид, является разрешённым компонентом для придания пищевым продуктам вкуса и аромата.
И β-кариофиллен, и оксид β-кариофиллена обладают низкой растворимостью в воде, что затрудняет их поглощение клеткой. Для использования этих сесквитерпенов в качестве лекарственных препаратов или пищевых добавок инкапсуляция в липосомы позволяет преодолеть низкую растворимость этих сесквитерпенов в водных жидкостях и обеспечить биодоступность и биоактивность. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой инкапсуляции биоактивных соединений!
Оксид кариофиллена в каннабисе
В растении cannabis sativa оксид кариофиллена встречается как сесквитерпен, состоящий из трёх изопреновых звеньев. Оксид кариофиллена – один из наиболее крупных и наиболее распространённых терпенов в растении каннабиса, отвечающий за его характерный аромат и запах. Ультразвуковая экстракция успешно применяется для получения каннабидиоловых масел полного спектра, благодаря чему обеспечивается эффект антуража многочисленных соединений.
Ультразвуковая кавитация для экстракции
При введении ультразвуковых волн высокой мощности в жидкость в ней возникают циклы сжатия и расширения (разрежения). Во время разрежения в жидкости образуются полости, или так называемые кавитационные пузырьки. Эти кавитационные пузырьки, представляющие собой крошечные вакуумные пузырьки, возникают под действием отрицательного давления, когда превышается локальная прочность жидкости на растяжение. Вакуумные пузырьки растут в течение нескольких циклов сжатия / разрежения, пока не перестают поглощать дополнительную энергию, после чего кавитационный пузырёк схлопывается внутрь. Это явление известно как кавитация. Согласно исследованиям профессора Suslick (1990), в кавитационных пузырьках преобладают экстремальные условия с температурой до 5000 K, давлением 1000 атмосфер, скоростью нагрева и охлаждения выше 1010 K/s и струями жидкости со скоростью до 280m/s, которые проявляются как очень высокие сдвиговые усилия и турбулентность в зоне кавитации. Сочетание этих факторов (давления, тепла, сдвига и турбулентности) используется для ускорения массопереноса в процессе экстракции. Кроме того, эти локально возникающие условия также используются в ультразвуковых процессах, таких как гомогенизация, эмульгирование или диспергирование.
Ультразвуковая экстракция основана на акустической кавитации и создаваемых ею гидродинамических сдвиговых усилиях
Ультразвуковая экстракция терпенов
Принцип ультразвуковой экстракции основан на двух эффектах, возникающих при передаче энергии ультразвуковых волн высокой мощности в жидкость или суспензию:
Во-первых, растворитель (окружающая жидкая среда) нагнетается в клеточную матрицу. В зависимости от амплитуды и интенсивности кавитации давление жидкости перфорирует или разрушает клеточную стенку.
Во-вторых, во время цикла разрежения содержимое клетки (то есть внутриклеточный материал) вымывается из её внутреннего пространства. После ультразвуковой экстракции целевые соединения находятся в растворителе и могут быть отделены от него (например, путём выпаривания растворителя), что в конечном итоге позволяет получить чистый экстракт.
Состав исходного сырья (например, содержание влаги, степень мацерации / измельчения и размер частиц, а также выбранный растворитель являются очень важными факторами для обеспечения эффективного и результативного процесса ультразвуковой экстракции. Параметры ультразвукового процесса также имеют существенное значение: амплитуду, давление, температуру и время обработки ультразвуком необходимо установить и оптимизировать для получения наилучших результатов.