Ultrazvuková extrakcia bunkového materiálu

Ultrazvuková extrakcia alebo sonoextrakcia je technológia intenzifikácie procesov, ktorá funguje na princípe prenosu vysokovýkonného ultrazvuku do suspenzie rastlinného alebo bunkového tkaniva. Hielscher Ultrasonics dodáva spoľahlivé ultrazvukové prístroje na rozrušovanie buniek a extrakciu od malých laboratórnych vzoriek až po veľké objemy pri priemyselnom spracovaní. Príťažlivosť ultrazvukom asistovanej extrakcie spočíva v netepelnom spracovaní materiálu, jednoduchom použití a možnosti škálovania od skúšobnej až po výrobnú mierku.

Ultrazvukové prístroje Hielscher generujú ultrazvuk s vysokou intenzitou, ktorý možno presne regulovať podľa požiadaviek vášho procesu.

Nasledujúci zoznam uvádza rôzne protokoly ultrazvukového spracovania, ktoré demonštrujú široké možnosti využitia výkonového ultrazvuku v biológii, spracovaní potravín a farmaceutickej výrobe.
Či už máte na mysli konkrétnu extrakciu rastlinného materiálu, alebo chcete získať všeobecnejšie informácie o našich vysokovýkonných ultrazvukových extraktoroch, použite kontaktný formulár nižšie! Radi vám pomôžeme!

Ultrazvuková extrakcia boldínu z listov bolda (Peumus boldus Molina)

Použitie ultrazvuku:
Dôležitou účinnou látkou v bolde je boldín ((S)-2,9-dihydroxy-1,10-dimetoxyaporfín), ktorý je spolu s katechínom ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxyfenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-benzopyrán-3,5,7-triol) hlavnou zložkou alkaloidovej a flavonoidovej frakcie v listoch bolda. Boldín je silný antioxidant, ktorý podlieha peroxidačnému poškodeniu sprostredkovanému voľnými radikálmi a pôsobí ako účinný zachytávač hydroxylových radikálov.
Postup extrakcie: Pri typickom postupe extrakcie sa vzorky listov bolda extrahovali pomocou 1L destilovanej vody pri atmosférickom tlaku s použitím ultrazvukového prístroja UIP1000hd vo vsádzkovom a prietokovom režime. Čas extrakcie sa pohybuje od 10 do 40 min. pri intenzite ultrazvuku od 10 do 23 W/cm² a v teplotnom rozsahu od 10 do 70°C. Najlepšie výsledky sa dosiahli za týchto podmienok: intenzita ultrazvuku 23 W/cm² počas 40 min. pri teplote 36°C
Výsledky: Výsledky analýzy ukazujú, že vysokovýkonná sonikácia zvyšuje rýchlosť uvoľňovania analytu z rastlinnej matrice bolda na výrazne vyššiu úroveň v porovnaní s konvenčnou metódou: rovnaký výťažok sa sonikáciou dosiahol za 30 min., zatiaľ čo čas konvenčnej extrakcie bol 2h.
Chemat (2013) a spolupracovníci preukázali, že ultrazvukom asistovaná extrakcia zlepšuje účinnosť extrakcie rastlinného materiálu a zároveň skracuje čas extrakcie pri zvýšenej koncentrácii extraktov (rovnaké množstvo rozpúšťadla a rastlinného materiálu). Analýza ukázala, že optimalizované podmienky boli: výkon sonikácie 23 W/cm² s použitím UIP1000hd počas 40 min. a pri teplote 36°C. Optimalizované parametre ultrazvukovej extrakcie zabezpečujú lepšiu extrakciu v porovnaní s konvenčnou maceráciou z hľadiska času procesu (30 min. namiesto 120 min.), vyššieho výťažku, vyššej energetickej účinnosti, lepšej čistoty, vyššej bezpečnosti a lepšej kvality produktu.
Odporúčaný prístroj:
UIP1000hdT so sonotródou BS2d34 a prietokovou celou
Literatúra/vedecká publikácia:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Dávková a kontinuálna ultrazvuková extrakcia listov Boldo (Peumus boldus mol.). Medzinárodný časopis molekulárnych vied 14, 2013. 5750-5764.

Ultrazvuková extrakcia kyseliny chlorogénovej z tabakových listov

Použitie ultrazvuku:
Pri extrakčných experimentoch sa listy tabaku Nicotiana tabacum pomleli na menšie častice s rozmermi približne >4 x ≧2 mm. Pri skúškach ultrazvukovej extrakcie sa 20g vzorky sušených tabakových listov extrahovali destilovanou vodou pri teplotách od 5°C do 30°C. Extrakčné experimenty sa uskutočňovali s trvaním extrakčného cyklu od 5 minút do 30 minút. Do vypočítaného optimálneho objemu 256 ml destilovanej vody potrebného na extrakciu všetkej rozpustnej kyseliny chlorogénovej z 20 g vzoriek sušených tabakových listov sa pridalo približne 10 až 15 kvapiek etanolu. Optimálny objem 256 ml destilovanej vody sa potom rozdelil na čiastkové objemy extrakčného rozpúšťadla na použitie v jednotlivých cykloch ultrazvukovej extrakcie.
Na pôsobenie ultrazvuku sa použil ultrazvukový procesor UP400S (400 wattov, 24 kHz) s titánovou sonotródou H7 s priemerom hrotu 7mm. Sonotróda H7 sa zasunula do polovice výšky extrakčnej zmesi.
Protokol: Ako optimálne podmienky ultrazvukovej extrakcie kyseliny chlorogénovej z tabakových listov sa stanovili: 20g sušených tabakových listov v destilovanej vode (optimálny pomer kvapaliny k tuhej látke: 12,8mL/g) pri procesnej teplote 20 degC, ultrazvukové zariadenie UP400S (400W, 24kHz) počas 3 cyklov sonikácie, každý v trvaní 15min (celkové trvanie sonikácie: 45 min).
Odporúčané zariadenie:
UP400S so sonotródou H7
Referencia/ Vedecká práca:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optimalizácia a ortogonálny návrh procesu ultrazvukom podporovanej vodnej extrakcie na získavanie kyseliny chlorogénovej zo sušených tabakových listov. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
Prečítajte si viac o ultrazvukovej extrakcii z tabaku!

Ultrazvuková extrakcia mangiferínu

Použitie ultrazvuku:
Mangiferín (1,3,6,7-tetrahydroxy-2-[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymetyl)oxán-2-yl]xantén-9-ón; vzorec: C₁₉H₁₈O₁₁) je polyfenol so štruktúrou C-glykozylxantónu, ktorý sa vyskytuje v mnohých rastlinných druhoch. Mangiferín vykazuje rôzne farmakologické účinky. Regioselektívnu acyláciu mangiferínu možno veľmi účinne katalyzovať lipázou pri pôsobení ultrazvuku. V porovnaní s konvenčnými metódami vyniká ultrazvukom podporovaná katalýza výhodami kratšieho reakčného času a vyšších výťažkov. Ako optimálne podmienky ultrazvukovej acylácie mangiferínu sa stanovili:
lipáza: PCL, donor acylovej skupiny: vinylacetát; reakčné rozpúšťadlo: DMSO, reakčná teplota: 45 degC, ultrazvukový výkon: 200W; pomer substrátov: donor acylovej skupiny/mangiferín 6/1, dávka enzýmu: 6 mg/ml
Výťažok regioselektívnej acylácie dosahoval až 84%.
Odporúčané zariadenie:
UP200St alebo UP200Ht
Referencia/ Vedecká práca:
porov.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): Vplyv ultrazvuku na lipázou katalyzovanú regioselektívnu acyláciu mangiferínu v nevodných rozpúšťadlách. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Ultrazvuková extrakcia kapsaicinoidov

Použitie ultrazvuku:
Extrakcia kapsaicinoidov (kapsaicínu, nordihydrokapsaicínu) z čili papričiek: Kapsaicinoidy sa z papričiek Capsicum frutescens získali ultrazvukovou extrakciou za nasledujúcich podmienok: rozpúšťadlo: 95% (v/v) etanol, pomer objemu rozpúšťadla k hmotnosti materiálu 10 ml/g, čas extrakcie sonikáciou 40 min., teplota extrakcie 45°C. Výťažok extrakcie: 85% kapsaicinoidov
Odporúčané zariadenie:
UP400St
Prečítajte si viac o ultrazvukom podporovanej extrakcii kapsaicinoidov z čili papričiek!

Ultrazvuková extrakcia silymarínu zo semien pestreca mariánskeho

Použitie ultrazvuku:
Ultrazvukom asistovaná extrakcia sa uskutočnila pomocou ultrazvukového prístroja UP400S. V tejto štúdii sa použila ultrazvuková sonda s priemerom 1,5 cm. Presne sa navážilo 10 g odtučneného prášku z pestreca mariánskeho a rozpustilo sa v 100 mL metanolu. Kadička sa umiestnila do vodného kúpeľa a udržiavala sa pri teplote 25°C. Prášok z pestreca mariánskeho rozpustený v rozpúšťadle sa sonikoval počas rôznych časových intervalov (30, 60, 90, 120 a 150 min.). Po každom časovom intervale sa roztok prefiltroval cez filtračný papier Whatman a každý filtrát (približne 80mL) sa odparoval pomocou rotačnej odparky, kým sa nezískalo 30 mL roztoku. Absorbancia fenolových zlúčenín sa merala UV-Vis spektrofotometrom pri vlnovej dĺžke 517 nm podľa metódy DPPH. Podľa očakávania viedol dlhší čas extrakcie k zvýšeniu obsahu silymarínu.
Autori štúdie zistili, že ultrazvuková extrakcia na získanie alkoholových extraktov je jednou z najlepších techník na nahradenie konvenčných techník. Preukázalo sa, že ultrazvuková extrakcia umožňuje získať kvalitnejší extrakt. Ďalšími výhodami sú úspora času, vyššia účinnosť atď.
Odporúčané zariadenie:
UP400St
Referencia / vedecká publikácia:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ultrazvukom asistovaná extrakcia zložiek silymarínu zo semien pestreca mariánskeho (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311–318.
Prečítajte si viac o ultrazvukovej extrakcii silymarínu zo semien pestreca mariánskeho!

Ultrazvuková extrakcia steviozidu

Použitie ultrazvuku:
Vzorky 10g suchých a pomletých listov stévie sa extrahovali v 100mL vody za nepretržitého miešania (magnetickým miešadlom). Hodnota pH sa regulovala pomocou 0,01 M fosforečnanu sodného s pH 7. Vzorka sa vložila do sklenenej kadičky s objemom 150 mL a sonikovala sa sondovým ultrazvukovým prístrojom UIP500hT (20kHz, 500W). Hrot sonotródy sa ponoril približne 1,5 cm do suspenzie listov stévie. Ultrazvukové zariadenie sa nastavilo na výstupný výkon 350W. Mierna sonikácia pri výkone 350 W počas 5–10 min. pri konštantnej procesnej teplote 30°C poskytla výťažok rebaudiozidu A 30–34g na 100g vzorky. Po sonikácii sa roztok extraktu odstredil a prefiltroval cez mikroporéznu membránu s veľkosťou pórov 0,45 μm; filtrát sa odobral na analýzu celkového obsahu rebaudiozidu A. Extrakčný výťažok celkového obsahu rebaudiozidu A sa analyzoval pomocou HPLC.
Ultrazvukom asistovanou extrakciou bez rozpúšťadiel sa dosiahol vysoký výťažok rebaudiozidu A v porovnaní s tradičnými extrakčnými metódami, ako sú tepelná extrakcia alebo macerácia.
Odporúčané zariadenie:
UIP500hdT
Prečítajte si viac o ultrazvukovej extrakcii stévie!

Ultrazvuková extrakcia terpénov

Použitie ultrazvuku:
Extrakciu prchavých zlúčenín, ako sú terpény, zo súkvetí kultivaru Cannabis sativa L. pestovaného na vlákno možno zlepšiť pomocou ultrazvuku. Štúdie preukázali, že už po krátkej sonikácii sa cieľové terpény uvoľňujú z rastlinného materiálu.
Výsledky ukazujú, že pôsobenie ultrazvuku trvajúce najviac 5 min umožňuje získať vyššiu koncentráciu terpénov v porovnaní s maceráciou. Pri pôsobení ultrazvuku dlhšom ako 5 min sa však zvýšila koncentrácia δ-9-tetrahydrokanabinolu (THC).
Protokol sonikácie:
Ultrazvukom asistovaná extrakcia terpénov sa uskutočnila pomocou 200W sondového ultrazvukového prístroja. Ultrazvukové zariadenie sa nastavilo na amplitúdu 25%. Ku každému z troch alikvotných podielov po 50g sušených súkvetí sa pridalo 250mL 70% etanolu v/v, ktorý sa použil ako extrakčné rozpúšťadlo. Každá kadička aj s obsahom sa ponorila do ľadového kúpeľa. Sonikácia sa vykonávala počas 5, 10 a 15 min. Počas ultrazvukovej extrakcie sa v rámci postupu zabezpečil nepretržitý rýchly odvod tepla, aby sa teplota procesu udržala pod 30°C. Po extrakcii sa zmesi filtrovali vo vákuu cez filtračný papier Whatman č. 3 a rozpúšťadlo sa odstránilo rotačným vákuovým odparovaním. Každý extrakčný pokus sa vykonal v troch opakovaniach s použitím troch rôznych vzoriek.
Zistilo sa, že sonikácia je zaujímavou alternatívou k macerácii pri extrakcii prchavých zlúčenín zo súkvetí konopy, ale zároveň sa ukázalo, že ultrazvukové spracovanie nesmie trvať dlhšie ako 5 minút, aby sa dosiahla vyššia výťažnosť terpénov. Ultrazvukové spracovanie dlhšie ako 5 minút naopak zvýšilo koncentráciu δ-9-tetrahydrokanabinolu (THC). Extrakt zo súkvetí Cannabis sativa získaný ultrazvukovou extrakciou trvajúcou 5 min by sa mohol použiť ako prísada do parfumov alebo ako aróma do nápojov. Môže sa použiť ako alternatíva pri priemyselnom využití konopy, pri ktorom sa stonky používajú vo vláknárskom priemysle a extrakty zo súkvetí v kozmetickom a potravinárskom priemysle.
Odporúčané zariadenie:
UP200St alebo UP200Ht so sonotródou/sondou S26d14
Referencia / výskumná publikácia:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): „Ultrazvukom podporovaná extrakcia prchavých zlúčenín zo súkvetí technickej konopy Cannabis sativa L.“. IJARNP 2014, 7/ 1. 8-14.
Prečítajte si viac o ultrazvukom podporovanej extrakcii terpénov!

Extrakčná zostava na izoláciu látok z rastlín: sondový ultrazvukový prístroj UP400ST, vákuový filter Büchi a rotačná odparka na extrakciu fytochemikálií.

Ultrazvuková extrakcia vanilínu z fermentovaných a sušených vanilkových strukov

Použitie ultrazvuku:
Extrakcia vanilínu sa optimalizovala pomocou sonikácie. Ultrazvukové zariadenie s výkonom 100 wattov preto pracovalo v pulznom režime (cykly: 5 sekúnd zapnuté, po ktorých nasledovalo 5 sekúnd vypnuté).
Najlepšie výsledky sa dosiahli pri ultrazvukovej extrakcii so 40% etanolom počas 1h pri 30°C. Na porovnanie výsledkov s konvenčnými extrakčnými metódami sa vykonali aj extrakcie vo vodnom kúpeli a v ultrazvukovom kúpeli. Výsledky ukázali, že optimalizovaná extrakcia vanilínu pomocou ultrazvukovej sonotródy so 40% etanolom počas 1h pri 30°C bola porovnateľná s extrakciou vo vodnom kúpeli so 40% etanolom pri 56°C počas 15h.
Odporúčané zariadenie:
UP100H
Referencia / výskumná publikácia:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Vylepšená extrakcia vanilínového 4-hydroxy-3-metoxybenzaldehydu z vytvrdených vanilkových bôbov pomocou ultrazvukom asistovanej extrakcie: Porovnanie extrakcie s ultrazvukom a extrakcie v horúcom vodnom kúpeli. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6-12.
Prečítajte si viac o výhodách ultrazvukovej extrakcie vanilínu!

Ultrazvuková extrakcia fenolových zlúčenín z jujuby (Ziziphus Jujube)

Použitie ultrazvuku:
Na ultrazvukom podporovanú extrakciu fenolových zlúčenín z jujuby (Ziziphus Jujube) sa použil sondový ultrazvukový prístroj s vysokou intenzitou UP200H s výkonom 200W a frekvenciou 24kHz. Ultrazvukové zariadenie bolo vybavené sonotródou S2 s mikrohrotom (priemer hrotu 2 mm), ktorá bola ponorená do vodného kúpeľa, v ktorom bola umiestnená kadička so vzorkou (vnútorné rozmery: 280:195:135 mm). Amplitúda ultrazvukových vibrácií bola 100% menovitého výkonu (maximálna amplitúda 260 μm), akustický výkon bol 0,171402 W a intenzita 21,8346 W/cm2. Intenzita ultrazvuku sa stanovila kalorimetricky meraním nárastu teploty suspenzie v čase za adiabatických podmienok. Postup ultrazvukovej extrakcie sa použil na extrakciu celkových fenolových látok zo vzoriek podľa experimentálneho plánu (na optimalizáciu).
Odporúčané zariadenie:
UP200H so sonotródou S2
Referencia / výskumná publikácia:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimalizujte extrakciu fenolových zlúčenín jujuby (Ziziphus Jujube) pomocou metódy extrakcie pomocou ultrazvuku. IECFP 2013.

Kliknite sem a nájdite ďalšie sonikačné protokoly na ultrazvukové spracovanie biologického materiálu!