Vysokoúčinná extrakcia vodou pomocou výkonového ultrazvuku

Extrakciu rastlinných zlúčenín vodou (napr. extrakciu studenou alebo horúcou vodou, tlakovú extrakciu vodou a extrakciu subkritickou vodou) možno účinne zlepšiť pôsobením ultrazvuku. Extrakcia vodou podporovaná ultrazvukom nielen poskytuje vyššie výťažky a skracuje čas spracovania, ale v porovnaní s konvenčnými extrakčnými technikami vedie aj k nižšej spotrebe energie, miernejším extrakčným podmienkam a vysokokvalitným extraktom. Ultrazvuková extrakcia vodou sa úspešne používa na extrakciu mnohých zlúčenín rastlinného pôvodu vrátane alkaloidov, flavonoidov, glykozidov, fenolových zlúčenín a polysacharidov.

Ultrazvuková extrakcia bioaktívnych zlúčenín vodou

Voda je najpolárnejšie rozpúšťadlo, vďaka čomu je výborným rozpúšťadlom pre polárne zlúčeniny. Vzhľadom na svoju netoxickosť a šetrnosť k životnému prostrediu by voda bola ideálnym rozpúšťadlom pre akýkoľvek rastlinný extrakt. Menej polárne a nepolárne zložky sa však vo vode rozpúšťajú slabo alebo vôbec. Navyše bez akejkoľvek podpory prenosu hmoty by extrakcia vo vode bola mimoriadne pomalá, a teda nehospodárna. Nízkofrekvenčný ultrazvuk s vysokou intenzitou je veľmi účinná extrakčná technika, ktorá zabezpečuje intenzívne miešanie a prenos hmoty. Ultrazvuková extrakcia je preto známa tým, že poskytuje významné výhody oproti konvenčným extrakčným metódam. Medzi tieto výhody patria vyššie výťažky, rýchle spracovanie, rýchle cykly spracovania šarží aj kontinuálna extrakcia priamo v procesnej linke, používanie ekologických rozpúšťadiel, mierne extrakčné podmienky, ktoré zachovávajú zlúčeniny v extrakte, bezpečná prevádzka a jednoduché škálovanie na vysokú spracovateľskú kapacitu pre komerčnú výrobu. (porov. Zabot et al., 2021)

Extrakcia horúcou vodou zlepšená pôsobením ultrazvuku

Parametre, ktoré určujú extrakciu rastlinných látok pri extrakcii vodou, sú teplota, čas, tlak a veľkosť povrchu rastlinného materiálu. Vďaka vysokej teplote vody možno extrakt horúcou vodou pripraviť za pomerne krátky čas.
Riešenie: Výťažok a rýchlosť extrakcie možno výrazne zvýšiť použitím ultrazvukového miešania. Samotná horúca voda má len obmedzenú schopnosť narúšať bunkové štruktúry a vysoké teploty často poškodzujú alebo ničia termolabilné zlúčeniny, čím sa znižuje kvalita extraktu. Pri kombinácii ultrazvukovej extrakcie s extrakciou horúcou vodou možno teplotu výrazne znížiť (napr. zo 100°C na 50°C), čo zabraňuje tepelnej degradácii extrahovaných rastlinných zložiek, zvyšuje celkový výťažok a šetrí energiu. Ultrazvuková kavitácia je princípom, na ktorom je založený jav ultrazvukovej extrakcie. Ultrazvuková (alebo akustická) kavitácia predstavuje čisto mechanické sily, ktoré narúšajú bunkové steny, uvoľňujú cieľové zlúčeniny a zlepšujú prenos hmoty medzi vnútrom bunky a vodou (rozpúšťadlom). Ultrazvuková extrakcia vodou tak poskytuje vynikajúce extrakčné výsledky.

Extrakcia studenou vodou zlepšená pôsobením ultrazvuku

Extrakcia studenou vodou (vylúhovanie v studenej vode) je výrazne menej účinná, pretože sa pri nej nepoužíva horúca voda. Studená voda ani voda izbovej teploty neextrahuje rastlinné zlúčeniny veľmi dobre, pretože studená voda preniká do rastlinného materiálu veľmi pomaly a prenos hmoty je takmer zanedbateľný. Výhoda extrakcie studenou vodou spočíva v zabránení akémukoľvek zvýšeniu teploty, čím sa predchádza tepelnej degradácii zlúčenín citlivých na teplo. Veľmi slabá dynamika extrakcie však spôsobuje, že konvenčná extrakcia studenou vodou je pre komerčnú výrobu nepraktická. Preto sa vylúhovanie v studenej vode pre svoju pomalosť a neúčinnosť používa takmer výlučne v experimentálnej fáze.
Riešenie: Zavedením ultrazvukového pôsobenia do extrakcie studenou vodou možno ľahko prekonať pomalosť a neúčinnosť namáčania v studenej vode. Ultrazvukom zintenzívnená extrakcia studenou vodou umožňuje udržiavať nízke extrakčné teploty a zároveň vnášať intenzívne šmykové sily do média tvoreného pevnou a kvapalnou fázou. V dôsledku mechanizmu ultrazvukovej extrakcie sa bunkové steny otvárajú a rastlinné zlúčeniny sa rýchlo uvoľňujú do vody. Ultrazvuková extrakcia a lúhovanie v studenej vode menia namáčanie za studena na vysoko účinný proces, ktorý poskytuje vysokú výťažnosť a vysokokvalitné extrakty za krátky čas extrakcie.

Extrakcia vodou pod tlakom v kombinácii s ultrazvukovým pôsobením

Ultrazvuková extrakcia sa vyznačuje mikromiešaním, ktoré prostredníctvom vibrácií podporuje intenzívnejšiu difúziu rozpúšťadla do častice a z jej vnútra na povrch, čím zintenzívňuje prenos hmoty. Ultrazvukové pôsobenie navyše zmenšuje veľkosť častíc bunkového materiálu, čo vedie k zlepšeniu účinkov ultrazvukom podporovanej extrakcie kvapalinou pod tlakom. Menšie častice s veľkosťou približne 0,68 mm poskytujú vyššiu výťažnosť než väčšie častice (približne 1,05 mm), pretože väčšia plocha povrchu umožňuje výrazne zvýšiť prenos hmoty, a tým zlepšiť výťažnosť extrakcie. (porov. Zabot et al., 2021)

Účinná extrakcia studenou vodou pod tlakom pomocou výkonového ultrazvuku

Vysoký tlak uľahčuje prenikanie studenej vody do rastlinných tkanív a fytochemické látky rozpustné vo vode sa rozpúšťajú bez tepelného rozkladu. Metódu extrakcie studenou vodou pri vysokom tlaku možno kombinovať s ultrazvukom na zlepšenie izolácie polárnych a nepolárnych rastlinných zložiek. Voda ako netoxické, lacné a ekologické rozpúšťadlo je atraktívnou alternatívou k organickému rozpúšťadlu, najmä pri výrobe potravín, liečiv a výživových doplnkov rastlinného pôvodu.
Pri ultrazvukom zintenzívnenej extrakcii studenou vodou pod tlakom sa do extrakčnej nádrže alebo prietokovej cely zabuduje ultrazvuková sonda (sonotróda). Nádrž alebo prietoková cela sa bežne natlakuje na tlak medzi 5 a 100 barg v závislosti od cieľových zlúčenín extraktu. Hielscher Ultrasonics dodáva dokonca aj priemyselné ultrazvukové reaktory a prietokové cely vyrobené na mieru, ktoré možno natlakovať až na 300barg, čo umožňuje nastaviť optimálny tlak vášho extrakčného procesu.
 

Extrakcia superkritickou vodou zlepšená sonikáciou

Ultrazvukom intenzifikovaná extrakcia subkritickou vodou je ďalšou synergickou technikou, pri ktorej výkonový ultrazvuk zlepšuje prenos hmoty medzi tuhou a kvapalnou fázou. Extrakcia subkritickou vodou (SWE) – známa aj ako extrakcia horúcou vodou pod tlakom alebo extrakcia prehriatou vodou – je menej bežne používanou technikou na extrakciu rastlinných zlúčenín s nižšou polaritou. Pri extrakcii subkritickou vodou sa ako rozpúšťadlo používa voda v superkritickom stave.
Čo je subkritická voda a prečo je dobrým rozpúšťadlom na extrakciu menej polárnych rastlinných zlúčenín? „Voda má mnoho termodynamických vlastností, ktoré výrazne ovplyvňujú teplota a tlak. V závislosti od podmienok možno meniť jej skupenstvo (tuhé, kvapalné alebo plynné), tepelné správanie, hustotu alebo viskozitu. Zvýšením teploty a tlaku nad bod známy ako kritický bod (definovaný pri 221 bar a 374 °C) môže voda dosiahnuť superkritický stav. Za subkritických podmienok, ktoré zodpovedajú teplotám medzi 100°C a kritickou teplotou (374°C) a tlaku medzi 1 bar a kritickým tlakom (221 bar), aby sa zabránilo vyparovaniu, polarita vody klesá; voda sa tak stáva lepším rozpúšťadlom na extrakciu rôznych organických bioaktívnych zlúčenín.“ (Li and Chemat, 2019)
Keď sa ultrazvuk kombinuje s extrakciou subkritickou vodou, účinnosť extrakcie možno zlepšiť zvýšením výťažku extraktu a skrátením času extrakcie. Na dosiahnutie optimálnych výsledkov by mal tlak v uzavretom tlakovom vsádzkovom reaktore alebo prietokovom reaktore dosahovať aspoň dvojnásobok tlaku vodnej pary. (Tabuľku tlaku vodnej pary nájdete na konci tejto stránky.)
Huang et al. (2010) skúmali účinky nízkofrekvenčného vysokovýkonného ultrazvuku v kombinácii s extrakciou subkritickou vodou na extrakciu. Na tento účel je do kotla zariadenia na extrakciu subkritickou vodou zavedená ultrazvuková sonda na extrakciu silice z Lithospermum erythrorhizon. Výsledky ukázali, že zosilňujúci účinok ultrazvuku pri 20 KHz bol lepší než pri 36 KHz a zvyšoval sa s výstupným výkonom (od 0 do 250 W). Výťažok extrakcie subkritickou vodou sa vďaka ultrazvukovému kmitaniu (250 W, 20 KHz) zvýšil z 1,87% na 2,39% pri teplote 160°C a tlaku 5 MPa počas 25-minútovej extrakcie. Pôsobenie ultrazvuku mohlo zlepšiť nielen výťažok extrakcie, ale aj rýchlosť extrakcie, a tým ušetriť čas.
Ultrazvukom podporovanú extrakciu subkritickou vodou možno vykonávať pri nižších tlakoch (napr. 5barg) než konvenčnú extrakciu subkritickou vodou (napr. 10MPa), čo šetrí náklady na energiu a zvyšuje bezpečnosť extrakčného postupu.

Výhody ultrazvukovej extrakcie rastlinných látok

Vedecký výskum aj priemyselné využitie dokazujú, že ultrazvukom podporovaná extrakcia je spoľahlivá a ľahko ovládateľná technika, ktorá nevyžaduje technické znalosti ani intenzívne školenie. Veľmi vysoká účinnosť extrakcie, vysoké výťažky, nízke prevádzkové náklady, ako aj nízke investičné náklady (najmä v porovnaní s inými technikami, ako sú extraktory s CO₂ ) a nízke náklady na energiu sú hlavnými výhodami sondových ultrazvukových extraktorov.
Ďalšími výhodami, vďaka ktorým sa technológia ultrazvukovej extrakcie stáva preferovanou metódou, sú vysoká kvalita extraktov vďaka nízkym teplotám extrakcie, spoľahlivé výsledky (opakovateľnosť / reprodukovateľnosť), úplne lineárne škálovanie na akúkoľvek úroveň výroby, ako aj nenáročná údržba.
„Ďalšími výhodami spojenými s použitím extrakcie pomocou ultrazvukovej sondy sú jednoduchá manipulácia s extraktom, rýchle vykonanie, žiadne rezíduá, vysoký výťažok, šetrnosť k životnému prostrediu, vyššia kvalita a zabránenie degradácii extraktu.“
(porov. Chemat and Khan, 2011)

Extrakčná zostava na izoláciu rastlinných látok: Sondový ultrazvukový procesor UP400St, vákuový filter Büchi a rotačná odparka na extrakciu fytochemických látok.

Vysokovýkonné ultrazvukové procesory na extrakciu vodou

Extraktory Hielscher Ultrasonics sú v oblasti extrakcie rastlinných látok dobre zavedené bez ohľadu na použité rozpúšťadlo. Výrobcovia extraktov – menší výrobcovia exkluzívnych extraktov pre špecializované trhy aj veľkí výrobcovia s hromadnou produkciou – nájdu v širokom portfóliu zariadení Hielscher ideálne ultrazvukové extrakčné zariadenie pre svoje výrobné požiadavky. Zostavy na vsádzkové aj kontinuálne prietokové spracovanie sú bežne dostupné a možno ich expedovať zo skladu. Ultrazvuková extrakcia je vhodná na prácu s akýmkoľvek rozpúšťadlom a možno ju flexibilne použiť na extrakciu akéhokoľvek rastlinného materiálu. Použitie vody ako rozpúšťadla umožňuje vyrábať extrakty s ekologickou certifikáciou bez použitia veľmi drahého „bio“ etanolu. (Na výrobu ekologického vodného extraktu musí byť, samozrejme, rastlinný materiál vypestovaný ekologicky).

Vysokoúčinná extrakcia s Hielscher Ultrasonics

Ultrazvukové extraktory Hielscher účinne narúšajú rastlinné bunky, zväčšujú plochu povrchu rastlinného materiálu na prenikanie rozpúšťadla a zintenzívňujú prenos hmoty na uvoľňovanie fytochemických látok (sekundárnych metabolitov). Extraktory Hielscher sú navrhnuté s ohľadom na jednoduché používanie, rýchlo sa inštalujú a možno ich bezpečne a intuitívne obsluhovať.

Spĺňanie najvyšších štandardov kvality – navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Sofistikovaný hardvér a inteligentný softvér ultrazvukových procesorov Hielscher sú navrhnuté tak, aby zaručovali spoľahlivé výsledky ultrazvukovej extrakcie z vašej rastlinnej suroviny s reprodukovateľnými výsledkami a jednoduchou, bezpečnou obsluhou. Robustnosť, spoľahlivosť, nepretržitá prevádzka 24/7 pri plnom zaťažení a jednoduchá obsluha z pohľadu pracovníka sú ďalšími faktormi kvality, vďaka ktorým sú ultrazvukové procesory Hielscher obľúbené.
Extraktory Hielscher Ultrasonics sa na celom svete používajú na vysokokvalitnú extrakciu fytochemických látok. Ultrazvukové extraktory Hielscher preukázateľne poskytujú vysokokvalitné rastlinné látky a používajú ich nielen menší remeselní výrobcovia špeciálnych a exkluzívnych extraktov, ale predovšetkým sa využívajú v priemyselnej výrobe široko komerčne dostupných extraktov, výživových doplnkov a liečivých prípravkov. Vďaka robustnému hardvéru a inteligentnému softvéru možno ultrazvukové procesory Hielscher jednoducho obsluhovať a monitorovať.

Automatické zaznamenávanie údajov

Na splnenie výrobných štandardov pre potraviny, výživové doplnky a liečivé prípravky sa musia výrobné procesy podrobne monitorovať a zaznamenávať. Digitálne ultrazvukové zariadenia Hielscher Ultrasonics disponujú automatickým zaznamenávaním údajov. Vďaka tejto inteligentnej funkcii sa všetky dôležité procesné parametre, ako sú ultrazvuková energia (celková a čistá energia), teplota, tlak a čas, automaticky ukladajú na zabudovanú SD kartu hneď po zapnutí zariadenia. Monitorovanie procesu a zaznamenávanie údajov sú dôležité pre priebežnú štandardizáciu procesu a kvalitu produktu. Prístup k automaticky zaznamenaným procesným údajom vám umožňuje spätne preskúmať predchádzajúce sonikačné cykly a vyhodnotiť výsledok.
Ďalšou funkciou uľahčujúcou používanie je diaľkové ovládanie našich digitálnych ultrazvukových systémov prostredníctvom prehliadača. Pomocou diaľkového ovládania cez prehliadač môžete svoj ultrazvukový procesor odkiaľkoľvek na diaľku spúšťať, zastavovať, nastavovať a monitorovať.
Chcete sa dozvedieť viac o výhodách ultrazvukovej extrakcie rastlinných materiálov vodou? Kontaktujte nás teraz a prediskutujte s nami svoj proces výroby rastlinných extraktov! Naši skúsení pracovníci vám radi poskytnú ďalšie informácie o ultrazvukovej extrakcii, našich ultrazvukových systémoch a cenách!

Nasledujúca tabuľka poskytuje orientačný prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových procesorov:

Technické informácie o ultrazvukovej extrakcii vodou

Konvenčné extrakčné metódy, ako sú macerácia, infúzia, perkolácia, odvarovanie, refluxná extrakcia, destilácia vodnou parou, sublimácia a lisovanie, sa bežne používajú na extrakciu liečivých zlúčenín z rastlín. Medzi nevýhody týchto metód patria časová náročnosť procesu, nízka čistota a nízka účinnosť.

Procesné parametre ovplyvňujúce ultrazvukovú extrakciu

Ultrazvukom podporovaná extrakcia je známa svojimi jedinečnými vlastnosťami a výhodami, vďaka ktorým je sonikácia lepšou extrakčnou technikou v porovnaní s konvenčnými metódami extrakcie rastlinných zlúčenín. Významnou výhodou ultrazvukom podporovanej extrakcie je možnosť presného prispôsobenia parametrov ultrazvukového spracovania (ako sú amplitúda, čas, teplota a tlak), čo umožňuje optimálne nastaviť ultrazvukový proces pre cieľovú zlúčeninu. Každý rastlinný materiál má ideálne extrakčné parametre, pri ktorých sa dosahujú najlepší výťažok, kvalita a rýchlosť extrakcie. Proces ultrazvukovej extrakcie umožňuje dokonale prispôsobiť tieto optimálne extrakčné podmienky.

Amplitúda ultrazvuku

Amplitúda je výchylka kmitania ultrazvukovej sondy (sonotródy). Čím vyššia je amplitúda, tým intenzívnejšie sú vibrácie a kavitácia v sonikovanej kvapaline. Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na vysokovýkonné sondové ultrazvukové prístroje, ktoré dokážu poskytovať presne nastaviteľné amplitúdy. Sondy prispôsobené konkrétnym požiadavkám, ktoré dokážu poskytovať amplitúdu až 200µm pri nepretržitej prevádzke 24/7, sú bežne dostupné zo skladu. Aj pre ešte vyššie amplitúdy možno ľahko vyrobiť ultrazvukové sonotródy na mieru.
Amplitúda je jedným z najdôležitejších parametrov – ak nie vôbec najdôležitejším – pre účinnú extrakciu z rastlín. Vysoké amplitúdy vytvárajú sily potrebné na narušenie bunkových stien a uvoľnenie vnútrobunkového materiálu. Vďaka tomu je vysokovýkonná sonikácia pri extrakcii z rastlín taká účinná.

Čas / trvanie ultrazvukového ošetrenia

Ultrazvukom podporovaná extrakcia je zvyčajne oveľa kratšia než tradičné metódy, pretože sonikácia uvoľňuje rastlinné zlúčeniny pri výrazne vyšších rýchlostiach extrakcie. Sonikácia umožňuje kratšie extrakčné postupy, čím chráni extrahované zlúčeniny pred nadmerným spracovaním. Kratšie spracovanie vďaka ultrazvuku znamená vyššiu kapacitu spracovania a vyššiu kvalitu extraktu.

Pulzné ultrazvukové ošetrenie

Pulzná sonikácia je režim ošetrenia, pri ktorom sa ultrazvukové ošetrenie prerušuje definovanými cyklami prestávok (napr. 50% pracovný cyklus: 30 sek. ZAP., 30 sek. VYP.; 100% pracovný cyklus: nepretržitá sonikácia bez prestávok). Pracovný cyklus ultrazvuku (známy aj ako pulzný režim alebo cykly pulznej sonikácie) označuje percentuálny podiel času, počas ktorého sa ultrazvuk privádza do média (trvanie pulzu), v rámci jednej periódy pulzu. Napríklad režim s 50% pracovným cyklom by znamenal 30 sek. ZAP., 30 sek. VYP. Počas prestávky pracovného cyklu sa sonikovaná kvapalina na definovaný čas (napr. 30 sek.) vracia do nerušeného stavu, čo podporuje odvádzanie tepla na udržanie cieľovej teploty spracovania. Pracovný cyklus sonikácie je pre účinnosť extrakcie menej dôležitý, používa sa však na udržanie určitej procesnej teploty.

Hydrostatický tlak

Tlak je ďalším veľmi dôležitým parametrom ultrazvukových procesov. Pôsobenie hydrostatického tlaku na sonikované médium ovplyvňuje intenzitu kavitácie. Pri zvýšenom tlaku sa intenzita ultrazvukovej (akustickej) kavitácie zvyšuje. Hielscher Ultrasonics ponúka rôzne typy ultrazvukových vsádzkových reaktorov a prietokových komôr, ktoré možno natlakovať na zintenzívnenie účinkov sonikácie.

Teplota extrakcie

Tak ako každé mechanické spracovanie, aj sonikácia spôsobuje zvýšenie teploty, čo je v súlade s 2. termodynamickým zákonom. Sonikácia je však netepelnou technikou spracovania, pretože procesy podporované ultrazvukom sú založené na čisto mechanických silách (nazývaných aj sonomechanické sily). Teplotu extrakcie počas ultrazvukovej extrakcie možno účinne regulovať a udržiavať v určitom zvolenom teplotnom rozsahu. Všetky digitálne ultrazvukové procesory Hielscher sú vybavené pripojiteľným snímačom teploty a inteligentným softvérom, v ktorom možno nastaviť určitý teplotný rozsah procesu. Pri každom prekročení tohto teplotného rozsahu ultrazvukový prístroj preruší činnosť, kým sa teplota opäť nedostane do zvoleného rozsahu, a potom automaticky pokračuje v sonikácii. Táto inteligentná funkcia ultrazvukových prístrojov Hielscher umožňuje presne regulovateľný proces sonikácie a ideálne výsledky.
Keďže teplota extrakcie sa môže pri jednotlivých rastlinných zlúčeninách a rastlinách líšiť, je teplota dôležitým faktorom, ktorý by sa pri optimalizácii ultrazvukového procesu nemal zanedbávať. Napríklad sa zistilo, že 80°C je ideálna teplota na dosiahnutie maximálneho výťažku flavonoidov zo Sophora flavescens, zatiaľ čo pri extrakcii arabinoxylánu z pšeničných otrúb sa najlepšie výsledky dosiahli pri 50°C.

Na ultrazvukovú extrakciu použite ľubovoľné rozpúšťadlo

Rôzne rastlinné zlúčeniny majú rôznu polaritu, ktorá ovplyvňuje ich rozpustnosť v rozličných rozpúšťadlách. Napríklad saponíny a polysacharidy sú polárnejšie, a preto vykazujú dobrú rozpustnosť vo vode, keďže voda je vysoko polárna. Na druhej strane sú fenolové zlúčeniny, ako sú antokyány a kyselina chlorogénová, pomerne nepolárne, a preto sa lepšie rozpúšťajú v menej polárnom rozpúšťadle, ako je etanol. Na dosiahnutie vysokej účinnosti extrakcie by sa preto rozpúšťadlo malo vyberať podľa rozpustnosti cieľových zlúčenín. Napríklad voda je dobrým rozpúšťadlom na extrakciu polárnych zlúčenín, ako je psilocybín z húb, ako aj oligosacharidov, glykozidov a flavonoidov; zatiaľ čo zmes etanolu a vody s koncentráciou etanolu 60% (v/v) je vhodná na ultrazvukom podporovanú extrakciu zlúčenín, ako sú napríklad apigenín, baikalín a luteolín.
Prečítajte si viac o rozpúšťadlách, polarite rozpúšťadiel a najvhodnejších rozpúšťadlách na ultrazvukovú extrakciu!

Voda ako extrakčné rozpúšťadlo

Voda je najpolárnejšie rozpúšťadlo a je vhodná na extrakciu širokej škály polárnych zlúčenín. Medzi jej hlavné výhody patrí schopnosť rozpúšťať širokú škálu látok. Navyše je lacná, netoxická, bezpečná a nehorľavá. Medzi jej nevýhody patrí výrazná selektivita voči polárnym zlúčeninám v dôsledku jej vysokej polarity. Vzhľadom na jej vysoký bod varu 100°C si zahusťovanie extraktu (napr. destiláciou alebo odparovaním v rotačnej odparke) vyžaduje veľké množstvo energie. Voda je navyše náchylná na rast baktérií a plesní.

Frekvencia ultrazvuku

Frekvencia ultrazvuku okolo 20kHz sa osvedčila ako najvýkonnejšia a najúčinnejšia na extrakciu rastlinných látok. Ovplyvňuje účinnosť ultrazvukom podporovanej extrakcie liečivých zlúčenín z rastlín. Vo všeobecnosti nízka frekvencia ultrazvuku (t. j. približne 20kHz) vytvára intenzívnejšiu kavitáciu (sonomechanické účinky), čo vedie k vyššej účinnosti extrakčného procesu.

Rastlinný materiál

Rastlinné materiály sa môžu výrazne líšiť štruktúrou a tuhosťou svojich buniek. V závislosti od zloženia bunkovej steny, ktorá môže obsahovať celulózu, hemicelulózy, lignín, pektínové polysacharidy, bielkoviny, fenolové a necelulózové zlúčeniny a vodu, môžu byť bunkové steny pevné alebo mäkké. Rôzne druhy a časti rastlín obsahujú rôzne typy a množstvá týchto zložiek bunkových stien. Preto každý druh rastliny vyžaduje špecifické parametre spracovania na dosiahnutie optimálnych výsledkov extrakcie.
Keďže intenzitu možno presne nastaviť, ultrazvukové extraktory Hielscher dokážu spoľahlivo narušiť mäkké aj tvrdé bunkové steny. Mäkké bunkové steny môžu vyžadovať menej intenzívne pôsobenie ultrazvuku, zatiaľ čo pevné bunkové štruktúry profitujú z intenzívnejšieho spracovania.
Surovina na extrakciu rastlinných látok môže byť čerstvo zozbieraná (vlhká) alebo sušená. Ultrazvuková extrakcia je vhodná pre čerstvé/vlhké aj sušené rastliny. Veľkosť pevných častíc rastlinného materiálu je ďalším dôležitým faktorom: veľký povrch (t. j. malá veľkosť častíc) je výhodný, pretože poskytuje veľkú kontaktnú plochu pre šmykové sily vyvolané ultrazvukovou kavitáciou, čo vedie k vyššej účinnosti. Preto sa rastlinný materiál maceruje alebo melie na malé kúsky (približne 3–5mm).

Prečo je ultrazvuková extrakcia najlepšou metódou?

Účinnosť

• Vyššie výťažky
• Rýchly proces extrakcie – v priebehu niekoľkých minút
• Vysokokvalitné extrakty – šetrná, netepelná extrakcia
• Ekologické rozpúšťadlá (voda, etanol, glycerín, rastlinné oleje, NADES atď.)

Jednoduchosť

• Plug-and-play – nastavenie a uvedenie do prevádzky v priebehu niekoľkých minút
• Vysoká kapacita spracovania – na veľkoobjemovú výrobu extraktov
• Vsádzková alebo kontinuálna prietoková prevádzka
• Jednoduchá inštalácia a uvedenie do prevádzky
• Prenosné / pohyblivé – prenosné jednotky alebo zariadenia na kolieskach
• Lineárne zväčšovanie rozsahu výroby – na zvýšenie kapacity pridajte paralelne ďalší ultrazvukový systém
• Diaľkové monitorovanie a ovládanie – prostredníctvom PC, smartfónu alebo tabletu
• Nevyžaduje sa dohľad nad procesom – nastavte a spustite
• Vysoký výkon – navrhnuté na nepretržitú výrobu 24/7
• Robustnosť a nízke nároky na údržbu
• Vysoká kvalita – navrhnuté a vyrobené v Nemecku
• Rýchle plnenie a vyprázdňovanie medzi šaržami
• Jednoduché čistenie

Bezpečnosť

• Jednoduchá a bezpečná prevádzka
• Extrakcia bez rozpúšťadiel alebo s rozpúšťadlami (voda, etanol, rastlinné oleje, glycerín atď.)
• Bez vysokých tlakov a teplôt
• Dostupné sú systémy v nevýbušnom vyhotovení s certifikáciou ATEX
• Jednoduché ovládanie (aj prostredníctvom diaľkového ovládania)

Literatúra / Referencie

• Ping-ping Huang, Ri-fu Yang, Tai-qiu Qiu, Wei Zhang & Chun-mei Li (2010): Ultrasound-Enhanced Subcritical Water Extraction of Volatile Oil from Lithospermum erythrorhizon. Separation Science and Technology, 45:10, 1433-1439.
• Zabot, G. L., Viganó, J., & Silva, E. K. (2021): Low-Frequency Ultrasound Coupled with High-Pressure Technologies: Impact of Hybridized Techniques on the Recovery of Phytochemical Compounds. Molecules, 26(17), 2021. 5117.
• Li, Ying; Chemat, Farid (2019): Plant Based „Green Chemistry 2.0“: Moving from Evolutionary to Revolutionary. Springer Science 2019.
• 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.