Stratégie na dosiahnutie vyšších výťažkov pri extrakcii rastlinných látok
Na vysoko účinnú výrobu extraktov prémiovej kvality z rastlinných surovín, t. j. na dosiahnutie vysokých výťažkov extraktov prémiovej kvality v krátkom čase extrakcie, je potrebná vysokovýkonná extrakčná technika. Ultrazvuková extrakcia je technika intenzifikácie procesu, ktorá umožňuje používať širokú škálu surovín a rýchlo a nákladovo efektívne dosahovať vysoké výťažky extraktov vynikajúcej kvality.
Prémiové rastlinné extrakty pomocou výkonového ultrazvuku
Pri extrakcii konkrétnej bioaktívnej zlúčeniny alebo bioaktívnej frakcie z rastlinnej suroviny ovplyvňujú proces extrakcie rôzne faktory. Okrem extrakčnej technológie (napr. ultrazvukovej extrakcie) sú dôležitými procesnými faktormi, ktoré treba dôkladne zvážiť, polarita rozpúšťadla, surovina a jej predúprava, pomer tuhej a kvapalnej fázy (t. j. pomer rastlinného materiálu a rozpúšťadla), čas extrakcie a teplota. Ultrazvukom asistovaná extrakcia (UAE) umožňuje dosiahnuť ideálne podmienky spracovania, ktoré sa vyznačujú súčasne šetrnosťou a vysokou účinnosťou. Voľný výber šetrných rozpúšťadiel alebo extrakcia studenou vodou, nízke teploty a krátke časy spracovania robia z ultrazvukovej extrakcie techniku s vynikajúcimi vlastnosťami, ktorá zabraňuje tepelnej alebo chemickej degradácii bioaktívnych molekúl. Navyše UAE dokáže z rastlinnej suroviny uvoľniť celé dostupné množstvo bioaktívnych molekúl. Preto je ultrazvukové spracovanie najpoužívanejšou extrakčnou technológiou na výrobu extraktov s vysokou účinnosťou.
Extrakcia rastlinných látok pomocou UP400St (400W, 24kHz)
V čom spočívajú prednosti ultrazvukovej extrakcie?
Ultrazvukom asistovaná extrakcia (UAE) je vysoko účinná extrakčná technika založená výlučne na mechanických silách. Ultrazvuková alebo akustická kavitácia sa vyznačuje intenzívnymi šmykovými silami, ako aj lokálne sa vyskytujúcimi veľkými rozdielmi teploty a tlaku. Tieto veľmi intenzívne kavitačné sily spôsobujú takzvanú sonoporáciu, čiže tvorbu nových a zväčšovanie existujúcich pórov v bunkovej membráne, ako aj narušenie štruktúr rastlinných buniek. Ultrazvukom zosilnené prúdenie rozpúšťadla do vnútra buniek a von z nich prispieva k rýchlemu a úplnému uvoľneniu rastlinných látok. Keďže UAE využíva výlučne mechanické sily, nemení rastlinné molekuly pôsobením chemikálií ani intenzívneho tepelného spracovania, a tým zabraňuje chemickým alebo teplom vyvolaným zmenám bioaktívnych látok nachádzajúcich sa v rastlinných surovinách. Výsledkom ultrazvukovej extrakcie sú vysokokvalitné plnospektrálne extrakty, ktoré poskytujú úplné účinky kombinácie rastlinných látok, známe ako takzvaný sprievodný efekt.
Ultrazvuková extrakcia: šetrná netepelná, a pritom vysoko účinná technika na dosiahnutie vysokých výťažkov extraktov prémiovej kvality.
Porovnanie ultrazvukovej extrakcie s inými technikami
Ultrazvuková extrakcia je široko používaná technika na uvoľňovanie a izoláciu bioaktívnych zlúčenín, ako sú antioxidanty, polyfenoly, polysacharidy, proteíny, lipidy, kanabinoidy a ďalšie fytochemikálie, z rastlinných materiálov.
Sonikácia je uprednostňovanou metódou vďaka mnohým výhodám, ako sú vysoké / úplné extrakčné výťažky, rýchle netepelné spracovanie, kompatibilita s takmer akýmkoľvek rozpúšťadlom (napr. vodou, etanolom, metanolom, izopropanolom, rastlinnými olejmi, glycerínom atď.), jednoduchá a bezpečná prevádzka, nízke nároky na údržbu a mnohé ďalšie.
Nasledujúca tabuľka porovnáva ultrazvukovú extrakciu s inými konvenčnými extrakčnými metódami a zdôrazňuje výhody UAE.
Ultrazvukové extraktory od spoločnosti Hielscher vynikajú účinnosťou, spoľahlivosťou a jednoduchým používaním
| Ultrazvuková extrakcia | Macerácia | CO2 extrakcia | Soxhlet | Perkolácia | |
|---|---|---|---|---|---|
| Rozpúšťadlo | kompatibilná s takmer akýmkoľvek rozpúšťadlom | voda, vodné a nevodné rozpúšťadlá | CO2 | voda, vodné a nevodné rozpúšťadlá | organické rozpúšťadlá |
| Teplota | netepelná extrakcia, presná regulácia teploty |
teplota okolia | pri zahrievaní | teplota okolia, príležitostne sa používa zahrievanie |
nad kritickou teplotou 31°C |
| Tlak | možný je atmosférický aj zvýšený tlak |
atmosférický | atmosférický | atmosférický | veľmi vysoké tlaky (nad kritickým tlakom 74 bar) |
| Čas spracovania | krátky | veľmi dlhý | dlhý | veľmi dlhý | stredne dlhý |
| Množstvo rozpúšťadla | malé, vysoký obsah tuhej rastlinnej hmoty v rozpúšťadle, najmä pri použití zostavy s prietokovou celou |
veľké | stredné | veľké | veľké množstvá superkritického CO2 |
| Polarita prírodného extraktu | závisí od rozpúšťadla; na extrakciu nepolárnych a polárnych zlúčenín sa odporúča dvojstupňová extrakcia s použitím dvoch rozpúšťadiel |
závisí od rozpúšťadla | závisí od rozpúšťadla | závisí od rozpúšťadla | závisí od tlaku (pri vyšších tlakoch je polarita vyššia) |
| Flexibilita / škálovateľnosť | na dávkovú a priebežnú extrakciu, lineárna škálovateľnosť |
iba dávková extrakcia, obmedzená škálovateľnosť |
iba dávková extrakcia, obmedzená škálovateľnosť |
iba dávková extrakcia, obmedzená škálovateľnosť |
iba dávková extrakcia, obmedzená lineárna škálovateľnosť, veľmi nákladná |
Prečo je ultrazvuková extrakcia taká účinná?
Mechanizmus, ktorým výkonový ultrazvuk zintenzívňuje extrakciu, sa pripisuje najmä javu akustickej kavitácie. Ultrazvuková kavitácia spôsobuje zrážky medzi časticami rastlinnej biomasy, čo vedie k ich rozdrobeniu a zmenšeniu ich veľkosti. Keď kavitačné bubliny kolabujú na povrchu tuhých rastlinných častíc, erózia a sonoporácia ďalej zväčšujú povrch častíc. Takto zintenzívnený prenos hmoty uľahčuje uvoľňovanie molekúl, ako sú bielkoviny, lipidy, cukry, vitamíny, antioxidanty, fytochemikálie a vláknina. Šmykové sily vytvárané ultrazvukom zlepšujú prenikanie rozpúšťadla do bunkovej matrice rastlinnej hmoty a zvyšujú priepustnosť bunkových membrán. Tieto mechanizmy výkonového ultrazvuku sú zodpovedné za výraznú intenzifikáciu procesu, ktorá sa dosahuje pri použití ultrazvuku na extrakciu rastlinných látok.
- vysoké výťažky
- extrakty prémiovej kvality
- vysoko účinný, rýchly proces
- nízke prevádzkové náklady
- reprodukovateľné výsledky
- lineárna škálovateľnosť
- jednoduchá a bezpečná obsluha
- robustnosť
Získajte technické informácie o ultrazvukových extraktoroch Hielscher a ich výhodách!
Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové extraktory na dávkové a kontinuálne spracovanie pri akomkoľvek rozsahu výroby. Okrem najvyšších technických štandardov, vynikajúcej robustnosti a prevádzky 24/7/365 zabezpečujúcej vysokú efektívnosť sa ultrazvukové prístroje Hielscher vyznačujú jednoduchou a spoľahlivou obsluhou. Vysoká účinnosť, inteligentný softvér, intuitívne menu, automatické zaznamenávanie údajov a diaľkové ovládanie cez prehliadač sú len niektoré z funkcií, ktoré odlišujú extraktory Hielscher od iných extrakčných zariadení.
Výhody ultrazvukových extraktorov Hielscher
Účinnosť
- Vyššie výťažky
- Rýchly proces extrakcie – v priebehu niekoľkých minút
- Vysokokvalitné extrakty – šetrná, netepelná extrakcia
- Ekologické rozpúšťadlá (voda, etanol, glycerín, rastlinné oleje atď.)
Jednoduchosť
- Pripojte a používajte – inštalácia a zaškolenie v priebehu niekoľkých hodín
- Vysoká kapacita spracovania – na veľkokapacitnú výrobu extraktov
- Dávková alebo kontinuálna prietoková prevádzka
- Jednoduchá inštalácia – podporuje viacero napätí a vyžaduje pripojenie iba štyroch hadíc
- Premiestniteľné
- Lineárne zväčšovanie výrobnej kapacity – na zvýšenie kapacity pridajte paralelne ďalší ultrazvukový systém
- Diaľkové monitorovanie a ovládanie – prostredníctvom PC, smartfónu alebo tabletu
- Proces nevyžaduje dohľad – 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 dávkami
- Jednoduché čistenie
Bezpečnosť
- Jednoduchá a bezpečná prevádzka
- Extrakcia bez rozpúšťadiel alebo s použitím rozpúšťadiel (voda, etanol, rastlinné oleje, glycerín atď.)
- Bez vysokých tlakov a teplôt
- K dispozícii sú systémy v nevýbušnom vyhotovení s certifikáciou ATEX
- Jednoduché ovládanie (aj prostredníctvom diaľkového ovládania)
Rozpúšťadlá na ultrazvukovú extrakciu
Vyberte si ideálne rozpúšťadlo pre svoj extrakčný proces: voda, zmes vody a alkoholu, izopropylalkohol, hexán, etanol, metanol, bután, rastlinné oleje, glycerín,
netoxické rozpúšťadlá, ako aj akékoľvek iné bežné rozpúšťadlá sú kompatibilné s ultrazvukovou extrakciou.
Ultrazvuková extrakcia studenou vodou: Hoci je voda z technického hľadiska rozpúšťadlom, takzvaným univerzálnym rozpúšťadlom, extrakcia na báze vody sa vo všeobecnosti považuje za extrakciu bez rozpúšťadla. Ultrazvuková extrakcia bez rozpúšťadla nevyžaduje žiadne cudzorodé látky. Suspenzia vody a rastlinného materiálu sa sonikuje, aby sa narušili bunkové steny rastliny a bioaktívne molekuly sa tak uvoľnili do vody (rozpúšťadla). Sonikácia je čisto mechanická metóda, ktorá chemicky nemení surovinu ani extrakt. Ultrazvuková extrakcia je preto uprednostňovanou technikou výroby vysokokvalitných rastlinných extraktov.
Sondový ultrazvukový prístroj UIP1000hdT s miešadlom na výrobu rastlinných extraktov, ako sú kanabinoidy (napr. CBD, THC, CBG)
Nasledujúca tabuľka poskytuje orientačné údaje o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových extraktorov (dávkové a prietokové spracovanie):
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zoskupenie zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Priemyselná inštalácia ultrazvukového extraktora UIP4000hdT na výrobu rastlinných extraktov.
Hielscher Ultrasonics vyrába a dodáva vysokovýkonné ultrazvukové extraktory pre laboratórnu, poloprevádzkovú a priemyselnú mierku.
Literatúra / Referencie
- 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 vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnych až po priemyselné rozmery.