Vysoko účinná extrakcia čagy pomocou sonikácie

Huby čaga (Inonotus obliquus) sú bohaté na veľmi účinné fytochemické látky (napr. polysacharidy, kyselinu betulínovú, triterpenoidy), o ktorých je známe, že prispievajú k zdraviu a bojujú proti chorobám. Využitie ultrazvukovej frekvencie s vysokým výkonom na extrakciu čagy je preferovanou technikou na výrobu špičkových extraktov z čagy s najvyššou kvalitou a výťažnosťou.

Extrakty z huby čaga pomocou ultrazvuku

Ultrazvuková extrakcia je vysoko účinná technika uvoľňovania fytochemických zlúčenín z prírodných surovín, ako sú rastliny a huby.
Huby čaga sú bohaté na viaceré zlúčeniny, ako sú polysacharidy, triterpény a polyfenoly, ktoré sú zodpovedné za väčšinu ich zdraviu prospešných a terapeutických účinkov. Medzi hlavné bioaktívne zlúčeniny čagy patria polysacharidy (napr. β-glukány, proteoglykány obsahujúce d-galaktózu, d-glukózu, d-xylózu a d-manózu), triterpenoidy (napr. betulín, kyselina betulínová), polyfenoly, fytosteroly (napr. inotodiol) a ďalšie zlúčeniny.

Ultrazvuková extrakcia účinne narúša bunky huby čaga a uvoľňuje vnútrobunkové zlúčeniny (t. j. bioaktívne fytochemické látky) do rozpúšťadla. Ultrazvuková extrakcia je založená na princípe akustickej kavitácie. Účinkami ultrazvukovej / akustickej kavitácie sú vysoké šmykové sily, turbulencie a výrazné tlakové rozdiely. Tieto sonomechanické sily narúšajú bunkové štruktúry, ako sú chitínové bunkové steny húb, podporujú prenos hmoty medzi materiálom čagy a rozpúšťadlom a vedú k veľmi vysokej výťažnosti extraktu pri rýchlom procese. Sonikácia navyše podporuje sterilizáciu extraktov usmrcovaním baktérií a mikróbov. Mikrobiálna inaktivácia sonikáciou je výsledkom deštruktívneho pôsobenia kavitačných síl na bunkovú membránu, tvorby voľných radikálov a lokálneho zahrievania.

Prečo je ultrazvuková extrakcia čagy taká výhodná?

Ultrazvuková extrakcia sa využíva v mnohých oblastiach výroby extraktov, napr. rastlinných a bylinných extraktov pre potraviny, výživové doplnky, liečivá a kozmetiku. Veľmi významným príkladom ultrazvukovej extrakcie je extrakcia kanabidiolu (CBD) a ďalších zlúčenín z rastliny konopy.
Keďže ultrazvuková extrakcia je netepelná extrakčná technika, bioaktívne zlúčeniny sa šetrne spracúvajú ultrazvukovými vlnami, čím sa zabraňuje tepelnej degradácii citlivých rastlinných zlúčenín. Všetky parametre ultrazvukového procesu, t. j. amplitúdu, intenzitu, teplotu a tlak, možno presne regulovať. To umožňuje presné riadenie procesu a kontrolu kvality a uľahčuje opakovanie a reprodukovanie už dosiahnutých výsledkov extrakcie. Výrobcovia extraktov oceňujú sonikáciu pre jej spoľahlivú opakovateľnosť procesu, ktorá pomáha štandardizovať procesy a produkty pri zachovaní vysokej úrovne kvality.

Vysokokvalitné extrakty z čagy s vysokou výťažnosťou pomocou sonikácie

Výskum potvrdzuje, že ultrazvukovo vyrobené extrakty z huby čaga obsahujú viac triterpenoidov než konvenčný extrakt získaný horúcou vodou. Technika ultrazvukovej extrakcie podporuje uvoľňovanie a izoláciu všetkých dôležitých zlúčenín z húb čaga (I. obliquus). Ultrazvukom asistovaná extrakcia prekonáva alternatívne extrakčné metódy vyššou účinnosťou a zvýšenou biologickou dostupnosťou bioaktívnych fytochemických látok v hubovom extrakte. Úryvky z vedeckých výskumných štúdií preukazujú vysokú účinnosť a výťažnosť ultrazvukovej extrakcie čagy.

Extrakcia polysacharidov z čagy

Zhang a kol. použili ultrazvukom asistovanú extrakciu na stanovenie optimálnych podmienok extrakcie polysacharidov z I. obliquus, pričom najlepšie podmienky zahŕňali použitie vody ako rozpúšťadla počas 15 minút pri 95 °C pri extrakcii s využitím ultrazvukovej frekvencie, čím sa dosiahli hodnoty extrakcie 1,82%

Extrakcia betulínu / kyseliny betulínovej z čagy

Výsledky ukazujú, že ultrazvuk zohrával aktívnu úlohu pri extrakcii betulínu a kyseliny betulínovej, pretože dokáže narušiť bunkové steny a podporuje lepší prenos hmoty a tepla. To následne pomáha úspešne extrahovať požadované fytochemické látky v krátkom čase s vysokou účinnosťou. Malý nárast výťažkov po pridaní kroku extrakcie rozpúšťadlom po sonikácii naznačoval, že väčšina týchto zlúčenín už musela byť z biomasy extrahovaná. Získané výsledky naznačujú maximálne množstvo extrahovateľného betulínu v biomase. (Alhazmi, 2017) Celkovo sonikácia výrazne zvýšila výťažok betulínu a kyseliny betulínovej.

Extrakčný protokol krok za krokom

Na izoláciu silného plnospektrálneho extraktu z čagy (Inonotus obliquus) sa používa dvojkrokový extrakčný protokol s využitím výkonového ultrazvuku.
Materiál: Sušená I. obliquus (100g) sa rozdrví na menšie kúsky s veľkosťou približne 1,3cm² (0,5×0,5 palca). Rozdrvený hubový materiál sa vloží do sklenenej kadičky s objemom 1,5L.

1. Krok: Ultrazvuková extrakcia za studena: Sušená, pomletá čaga sa suspenduje v 1000 mL 60% etanolu v čistenej alebo destilovanej vode (v/v; 60% etanol : 40% voda) pridaním zmesi rozpúšťadiel do sklenenej kadičky s čagou. Na extrakciu sa používa ultrazvukový extraktor UP400St vybavený sonotródou S24d22L2D. Sonotróda ultrazvukového prístroja sa ponorí do suspenzie huby a rozpúšťadla. Použitie miešadla je voliteľné, môže však pomôcť rovnomerne dopravovať rastlinné častice k sonotróde. Dbajte na to, aby sa sonotróda nedotýkala stien kadičky. Nastavte amplitúdu na 100% a sonikujte približne 10 min. Prístroj UP400St sa dodáva s pripojiteľným snímačom teploty. Pripojte termočlánok k ultrazvukovému prístroju a vložte snímač do suspenzie. V digitálnom menu ultrazvukového prístroja UP400St môžete nastaviť hornú hranicu teploty. Po dosiahnutí tejto maximálnej teploty sa činnosť ultrazvukového prístroja preruší a automaticky sa obnoví, len čo suspenzia dosiahne dolnú hodnotu nastaveného ∆T. Odporúčané hodnoty ∆T sú približne 30°C ako horná a 20°C ako dolná hodnota teploty. Použitie vodného alebo ľadového kúpeľa pomáha udržiavať nízku teplotu počas sonikácie. Po sonikácii sa pevné časti huby odstránia filtráciou a lisovaním. Rozpúšťadlo s extrahovanými fytochemickými látkami sa podrobí vákuovému alebo rotačnému odparovaniu, čím sa napokon získa frakcia čagy z etanolovej extrakcie. Zvyšné pevné časti čagy možno použiť na voliteľný druhý krok máčania, ultrazvukovú extrakciu za tepla.
2. Krok (voliteľný): Ultrazvuková extrakcia za tepla: Surovina z čagy získaná späť po prvej extrakcii sa použije v druhom kroku ultrazvukovej extrakcie za tepla na izoláciu frakcie fytochemických látok, ktoré ešte zostávajú v čage. Hubový materiál sa vloží do sklenenej kadičky, pridá sa 600mL čerstvého roztoku rozpúšťadiel v pomere 60% etanol : 40% voda a zahreje sa na približne 70°C. Počas sonikácie môže teplota stúpnuť až na 95°C. Dodatočné teplo podporuje uvoľňovanie zvyšných fytochemických látok. Keďže takmer všetky tepelne citlivé zlúčeniny už boli extrahované za teplotne kontrolovaných podmienok v kroku 1, tento druhý krok možno voliteľne použiť na vytvorenie veľmi silného extraktu, ktorý obsahuje všetky fytochemické látky čagy. Suspenzia sa sonikuje prístrojom UP400St rovnakým spôsobom, ako je opísané vyššie. Prefiltrujte, vylisujte a oddeľte huby od vodného extraktu. Fytochemické zložky z druhej extrakcie sa tiež izolujú odparovaním.

Obe frakcie extraktu z čagy, získané vodnou a etanolovou extrakciou, sa zmiešajú, čím sa získa plnospektrálny extrakt z čagy. Tento extrakt možno spracovať do rôznych produktov, ako sú tinktúry, kapsuly alebo jedlé produkty.

Tento proces možno úplne lineárne škálovať na akýkoľvek iný objem. Pri použití rovnakých ultrazvukových parametrov (intenzita ultrazvuku Ws/L, tlak, teplota, koncentračný pomer tuhej a kvapalnej fázy) možno všetky už dosiahnuté výsledky ultrazvukovej extrakcie čagy jednoducho preniesť na väčšie (alebo menšie) objemy pri zachovaní rovnakých výsledkov (t. j. výťažkov a účinnosti procesu).

Hubové extrakty vyrobené ultrazvukom sú bohaté na polysacharidy, ktoré sú známe mnohými priaznivými účinkami na zdravie. Sonikátor UP100H je ultrazvukový extraktor s výkonom 100 wattov na účinnú extrakciu liečivých húb, ako sú čaga, koralovec ježovitý, reishi alebo kordyceps.

Výber rozpúšťadla

Ultrazvuková extrakcia je kompatibilná s akýmkoľvek rozpúšťadlom. To vám umožňuje použiť rozpúšťadlo podľa vášho výberu. Vo vyššie uvedenom protokole extrakcie čagy odporúčame roztok rozpúšťadla so zložením 60% etanol : 40% voda (v/v). Kombinácia etanolu a vody umožňuje uvoľňovanie fytochemických látok s rôznou polaritou. Alternatívne možno použiť dvojfázovú extrakciu s etanolom v prvom extrakčnom kroku a vodou v druhom extrakčnom kroku. Ultrazvuková extrakcia s použitím kombinácie alkoholu a vody ako rozpúšťadla uvoľňuje z húb, ako je čaga, fytochemické látky rozpustné vo vode aj v alkohole.
Extrakcia je preto základom výroby čistých a účinných hubových extraktov.
Medzi ďalšie rozpúšťadlá používané na extrakciu Inonotus obliquus patria izopropanol, metanol, metanol obsahujúci 10% kyseliny octovej a etylacetát. Pre extrakty potravinárskej kvality sa odporúča netoxické rozpúšťadlo, pretože po odstránení rozpúšťadla (napr. odparením) môžu v extrakte niekedy zostať jeho zvyškové stopové množstvá.

Prečo ultrazvukové kúpele poskytujú nedostatočné výsledky pri extrakcii čagy?

Ultrazvukové kúpele sa bežne používajú na šetrné čistenie. V ultrazvukovom kúpeli vzniká akustická kavitácia nekontrolovane a je nerovnomerne rozložená v pomerne veľkej nádrži. Ak do ultrazvukového kúpeľa vložíte sklenenú kadičku so zmesou húb a rozpúšťadla, už aj tak slabé ultrazvukové vlny musia prejsť stenami kadičky, čo intenzitu ultrazvuku ešte viac znižuje. To znamená, že intenzita ultrazvuku v ultrazvukovej čistiacej nádrži je príliš nízka na účinnú extrakciu húb. Bunkové steny húb obsahujú chitín, húževnatý materiál, vďaka ktorému sú bunky húb veľmi tuhé a ťažko sa narúšajú. Na uvoľnenie bioaktívnych látok z húb, ako je čaga, je potrebný ultrazvuk s vysokou intenzitou. Ultrazvukové sondy vytvárajú oveľa intenzívnejšiu akustickú kavitáciu, ktorej sila rozrušuje bunkové steny húb.
 

Graf analýzy UV-Vis zobrazuje porovnanie extrakcie čagy ultrazvukovou sondou a v ultrazvukovom kúpeli. Sondový sonikátor UP100H (čierna krivka) poskytuje výrazne vyššie výťažky bioaktívnych látok z čagy.

 
Prečítajte si viac o rozdieloch medzi ultrazvukovými sondami a ultrazvukovými kúpeľmi a pozrite sa, ako sa líšia v účinnosti extrakcie!

Vysokovýkonné sonikátory na extrakciu čagy

Ultrazvuková extrakcia je spoľahlivá technológia spracovania, ktorá uľahčuje a urýchľuje výrobu vysokokvalitných extraktov z rôznych surovín, ako sú čaga a ďalšie huby. Portfólio Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rozsah od kompaktných laboratórnych ultrazvukových prístrojov až po priemyselné extrakčné systémy. Vďaka tomu vám v spoločnosti Hielscher môžeme ponúknuť najvhodnejší ultrazvukový prístroj pre vašu plánovanú kapacitu spracovania. Naši pracovníci s dlhoročnými skúsenosťami vám pomôžu od skúšok uskutočniteľnosti a optimalizácie procesu až po inštaláciu vášho ultrazvukového systému v konečnej výrobnej prevádzke.
Malé pôdorysné rozmery našich ultrazvukových extraktorov, ako aj ich rozmanité možnosti inštalácie umožňujú ich umiestnenie aj do prevádzok na spracovanie pektínu s obmedzeným priestorom. Ultrazvukové procesory sú nainštalované po celom svete v prevádzkach na výrobu potravín, liečiv a výživových doplnkov.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikované extrakčné zariadenia

Produktové portfólio Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rozsah vysokovýkonných ultrazvukových extraktorov od malého až po veľké meradlo. Doplnkové príslušenstvo umožňuje jednoduché zostavenie najvhodnejšej konfigurácie ultrazvukového zariadenia pre váš proces extrakcie čagy. Optimálna ultrazvuková zostava závisí od plánovanej kapacity, objemu, suroviny, vsádzkového alebo inline procesu a časového harmonogramu.

Vsádzkové a kontinuálne prietokové spracovanie

Ultrazvukové prístroje Hielscher možno používať na vsádzkové aj kontinuálne prietokové spracovanie. Ultrazvukové vsádzkové spracovanie je ideálne na testovanie a optimalizáciu procesov a na výrobu v malom až strednom rozsahu. Pri spracovaní veľkých objemov huby čaga môže byť výhodnejšie inline spracovanie. Kontinuálny proces inline miešania vyžaduje sofistikovanú zostavu – pozostávajúcu z čerpadla, hadíc alebo potrubí a nádrží –, je však vysoko účinný, rýchly a vyžaduje podstatne menej práce. Všetky priemyselné systémy možno prevádzkovať pri zvýšených tlakoch, čo zintenzívňuje kavitáciu, a tým zvyšuje účinnosť extrakcie. Hielscher Ultrasonics má najvhodnejšiu extrakčnú zostavu pre váš objem extrakcie a ciele procesu.

Ultrazvukové extraktory pre každú výrobnú kapacitu

Sortiment Hielscher Ultrasonics pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov od kompaktných laboratórnych ultrazvukových prístrojov cez stolové a poloprevádzkové systémy až po plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou spracovania celých nákladných vozidiel materiálu za hodinu. Kompletný sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejší ultrazvukový extraktor pre vašu čagu aj ďalšie huby, kapacitu spracovania a výrobné ciele.
Stolové ultrazvukové systémy sú ideálne na skúšky uskutočniteľnosti a optimalizáciu procesu. Lineárne zväčšovanie meradla na základe stanovených procesných parametrov umožňuje veľmi jednoducho zvýšiť kapacitu spracovania od menších šarží až po plnohodnotnú komerčnú výrobu. Zväčšenie meradla možno dosiahnuť buď inštaláciou výkonnejšej ultrazvukovej extrakčnej jednotky, alebo paralelným zapojením viacerých ultrazvukových prístrojov. Modelom UIP16000 ponúka Hielscher najvýkonnejší ultrazvukový extraktor na svete.

Presne regulovateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Všetky ultrazvukové prístroje Hielscher sú presne regulovateľné, a preto predstavujú spoľahlivé pracovné nástroje vo výrobe. Amplitúda je jedným z rozhodujúcich procesných parametrov, ktoré ovplyvňujú účinnosť a efektívnosť ultrazvukovej extrakcie fytochemických látok z huby čaga (Inonotus obliquus).
Všetky procesory Hielscher Ultrasonics umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Sonotródy a zosilňovače amplitúdy sú príslušenstvom, ktoré umožňuje upravovať amplitúdu v ešte širšom rozsahu. Priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy a poskytovať požadovanú intenzitu ultrazvuku pre náročné aplikácie. Pri nepretržitej prevádzke 24/7 možno bez problémov dosahovať amplitúdy až 200µm.
Presné nastavenie amplitúdy a neustále monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu pomocou inteligentného softvéru vám umožňujú spracovávať hubovú surovinu za najúčinnejších ultrazvukových podmienok. Optimálna sonikácia pre najlepšie výsledky extrakcie!
Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročnom prostredí. Vďaka tomu sú ultrazvukové zariadenia Hielscher spoľahlivým pracovným nástrojom, ktorý spĺňa vaše požiadavky na extrakciu.

Jednoduché testovanie bez rizika

Ultrazvukové procesy možno škálovať úplne lineárne. To znamená, že každý výsledok, ktorý ste dosiahli pomocou laboratórneho alebo stolového ultrazvukového zariadenia, možno pri použití presne rovnakých procesných parametrov preniesť do inej mierky s presne rovnakým výsledkom. Vďaka tomu je sonikácia ideálna na testovanie uskutočniteľnosti bez rizika, optimalizáciu procesov a následné zavedenie do komerčnej výroby. Kontaktujte nás a zistite, ako môže sonikácia zvýšiť vašu produkciu extraktu z čagy.

Najvyššia kvalita – navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinný podnik vlastnený a riadený rodinou kladie Hielscher pri svojich ultrazvukových procesoroch dôraz na najvyššie štandardy kvality. Všetky ultrazvukové zariadenia sa navrhujú, vyrábajú a dôkladne testujú v našom sídle v nemeckom Teltowe neďaleko Berlína. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukových zariadení Hielscher z nich robia spoľahlivých pomocníkov vo vašej výrobe. Prevádzka 24/7 pri plnom zaťažení a v náročnom prostredí je prirodzenou vlastnosťou vysokovýkonných extraktorov Hielscher.
Ultrazvukový procesor Hielscher si môžete kúpiť v rôznych veľkostiach a s konfiguráciou presne prispôsobenou požiadavkám vášho procesu extrakcie húb. Od spracovania húb v malej laboratórnej kadičke až po kontinuálne prietokové miešanie hubových suspenzií v priemyselnom meradle vám Hielscher Ultrasonics ponúka vhodné ultrazvukové zariadenie! Kontaktujte nás – radi vám odporučíme ideálnu ultrazvukovú zostavu!

Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení: