Extrakcia terpénov ultrazvukom
Je preukázané, že ultrazvuková extrakcia terpénov poskytuje vysoké výťažky terpénu oxidu karyofylénu, napr. z konopy a chmeľu. Oxid karyofylénu je terpén, ktorý sa nachádza v konope, chmeli, čiernom korení, bazalke a rozmaríne. Extrahovaný terpén oxid karyofylénu sa ako účinná látka používa ako aromatická prísada a výživový doplnok.
Použitie extrahovaného oxidu karyofylénu
Oxid karyofylénu sa vyznačuje aromatickou vôňou a chuťou (t. j. bylinnou). Vďaka svojej intenzívnej aromatickej vôni a chuti sa často používa ako aromatická prísada do potravín aj ako vonná zložka. Okrem toho sa dokáže viazať na endokrinné receptory CB2 v ľudskom tele, čo z neho robí zaujímavú farmaceutickú zložku.
Ultrazvuková extrakcia oxidu karyofylénu
Ultrazvuková extrakcia terpénu oxidu karyofylénu je vynikajúca technika na dosiahnutie vysokých výťažkov, napr. z konopy a chmeľu. Prečítajte si viac o akustickej kavitácii, ktorá je základným princípom ultrazvukovej extrakcie!
Napríklad oxid β-karyofylénu bol ultrazvukovo extrahovaný pomocou ultrazvukového zariadenia UP100H (100W, 30kHz) zo sušených chmeľových šištíc.
Údaje z GC analýzy ukazujú výťažok extrakcie oxidu β-karyofylénu získaného z chmeľu pomocou zariadenia UP100H od spoločnosti Hielscher.
UP400St – výkonný 400W ultrazvukový procesor s miešadlom na extrakciu terpénov
Analýza ultrazvukového extraktu z chmeľu plynovou chromatografiou: oxid β-karyofylénu, α-karyofylén, α-pinén, mycrene, limonén, α-caryophylene a oxid karyofylénu a ďalšie látky.
Okrem oxidu β-karyofylénu boli úspešne extrahované aj ďalšie terpény, napríklad α-karyofylén, α-pinén, mycrene, limonén a α-caryophylene.
Ako sa terpény extrahujú z rastlín pomocou sondovej sonikácie? Návod krok za krokom!
- Najskôr sa rastlinný materiál pomelie alebo naseká na malé kúsky, aby sa zväčšila plocha povrchu na extrakciu.
- Rastlinný materiál sa potom zmieša s rozpúšťadlom (napríklad etanolom alebo vodou) na extrakciu terpénov.
- Na podporu extrakčného procesu sa potom použije sondová sonikácia, pri ktorej sa na suspenziu pôsobí vysokointenzívnymi nízkofrekvenčnými ultrazvukovými vlnami s frekvenciou približne 20kHz. To spôsobuje akustickú kavitáciu a rýchle kmitanie rozpúšťadla, čo podporuje rozpad a narušenie rastlinných buniek a uvoľňovanie terpénov.
- Zmes sa potom prefiltruje, aby sa pevný rastlinný materiál oddelil od kvapaliny obsahujúcej extrahované terpény.
- Kvapalina sa potom odparí alebo sa podrobí ďalšiemu spracovaniu s cieľom odstrániť rozpúšťadlo a skoncentrovať terpény.
- Konečným produktom je extrakt bohatý na terpény, ktorý možno použiť v rôznych oblastiach, napríklad vo výživových doplnkoch, funkčných potravinách a kozmetike.
Protokol ultrazvukovej extrakcie terpénov
Chmeľ sa pomlel bežným mlynčekom na kávu, aby sa dosiahla rovnomernejšia veľkosť častíc vo vzorke chmeľu.
Do liekovky sa vložilo 4,5mg chmeľu a potom sa pridalo 5mL etanolu. Liekovka sa vložila do kadičky s ľadovou vodou na odvádzanie tepla. Následne sa vzorka sonikovala pomocou zariadenia UP100H, vybaveného sonotródou MS7, pri nastavení amplitúdy na 50% počas 90sec.
Analýza ultrazvukového extraktu z chmeľu plynovou chromatografiou:
Sonikácia zabezpečuje intenzívny prenos hmoty medzi bunkovou matricou a rozpúšťadlom, vďaka čomu sa dosahuje veľmi vysoký výťažok vysokokvalitného extraktu.
- vysokokvalitné terpénové extrakty (bez tepelnej degradácie)
- vysoké výťažky
- rýchly postup
- rýchla návratnosť investície
- šetrnejšie rozpúšťadlá
- nižšia spotreba rozpúšťadla
- bezpečná a jednoduchá obsluha
- nízke nároky na údržbu
- ekologická extrakcia terpénov šetrná k životnému prostrediu
Ultrazvuková extrakcia terpénov vyniká ako ekologická extrakčná metóda, ktorá umožňuje výrazne urýchliť postup extrakcie terpénov a pritom vyžaduje menej energie než iné konvenčné extrakčné metódy (t. j. superkritický CO2, Soxhlet atď.). Ďalšími výhodami spojenými s použitím ultrazvukovej extrakcie terpénov sú jednoduchá obsluha ultrazvukového extraktora, rýchly proces, žiadny chemický odpad, vysoký výťažok, šetrnosť k životnému prostrediu, vyššia kvalita vďaka šetrným podmienkam spracovania a predchádzanie tepelnej degradácii.
Ultrazvukové extraktory na terpény
Nasledujúca tabuľka vám pomôže zorientovať sa v tom, ktoré ultrazvukové zariadenie by mohlo byť najvhodnejšie pre vaše požiadavky na extrakciu terpénov.
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 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 | UIP4000 |
| neuplatňuje sa | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| neuplatňuje sa | väčší | zostava zariadení UIP16000 |
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnej až po priemyselnú mierku.
Literatúra/Referencie
- 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
Užitočné informácie
Karyofylén
Karyofylén alebo (−)-β-karyofylén je prírodný bicyklický seskviterpén, ktorý sa nachádza v mnohých éterických olejoch. Ako dobrý zdroj karyofylénu sú známe tieto byliny: konopa, konopa siata (Cannabis sativa), čierna rasca (Carum nigrum), klinčeky (Syzygium aromaticum), chmeľ (Humulus lupulus), bazalka (Ocimum spp.), oregano (Origanum vulgare), čierne korenie (Piper nigrum), levanduľa (Lavandula angustifolia), rozmarín (Rosmarinus officinali) a kopaivový olej (Copaifera spp.). β-karyofylén je fytokanabinoid so silnou afinitou ku kanabinoidnému receptoru typu 2 (CB 2), ale nie ku kanabinoidnému receptoru typu 1 (CB 1).
Oxid karyofylénu
Oxid karyofylénu (tiež oxid β-karyofylénu) je oxidačný derivát β-karyofylénu a má podobu bieleho kryštalického pevného prášku s teplotou topenia približne 62°C.
Je cenený pre svoje protizápalové, lokálne anestetické a antioxidačné účinky. Prvé výskumy naznačujú, že oxid karyofylénu by mohol byť aj potenciálnym liekom na liečbu rakoviny. Oxid karyofylénu je súčasťou cyklobutánového kruhu, ktorý sa už používa v medicínskom výskume na syntézu široko používaného chemoterapeutického lieku karboplatiny.
Oxid karyofylénu, v ktorom sa olefín karyofylénu zmenil na epoxid, je schválenou zložkou na aromatizáciu potravín.
β-karyofylén aj oxid β-karyofylénu vykazujú nízku rozpustnosť vo vode, čo sťažuje ich vstrebávanie do bunky. Pri použití týchto seskviterpénov ako liečiv alebo výživových doplnkov enkapsulácia do lipozómov prekonáva slabú rozpustnosť týchto seskviterpénov vo vodných kvapalinách a zabezpečuje biologickú dostupnosť a biologickú aktivitu. Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovej enkapsulácii bioaktívnych látok!
Oxid karyofylénu v konope
V rastline konopy siatej sa oxid karyofylénu nachádza ako seskviterpén, ktorý pozostáva z troch izoprénových jednotiek. Oxid karyofylénu je jedným z najväčších a najhojnejšie zastúpených terpénov v rastline konopy a je zodpovedný za jej charakteristickú arómu a vôňu. Ultrazvuková extrakcia sa úspešne používa na výrobu plnospektrálnych kanabidiolových olejov, čím sa zabezpečuje sprievodný účinok rozmanitých zlúčenín.
Ultrazvuková kavitácia pri extrakcii
Keď sa do kvapaliny privádzajú vysokovýkonné ultrazvukové vlny, v kvapaline dochádza k cyklom stláčania a rozpínania (zrieďovania). Počas zrieďovania sa v kvapaline vytvárajú dutiny alebo takzvané kavitačné bubliny. Tieto kavitačné bubliny, ktoré sú drobnými vákuovými bublinami, vznikajú pri pôsobení podtlaku, keď sa prekoná lokálna pevnosť kvapaliny v ťahu. Vákuové bubliny rastú počas niekoľkých cyklov stláčania / zrieďovania, až kým nedokážu absorbovať viac energie a kavitačná bublina sa implozívne nezrúti. Tento jav je známy ako kavitácia. Podľa výskumu prof. Suslicka (1990) panujú v kavitačných bublinách extrémne podmienky s teplotami až do 5000 K, tlakmi 1000 atmosfér, rýchlosťou zahrievania a ochladzovania nad 1010 K/s a prúdmi kvapaliny s rýchlosťou až 280m/s, ktoré sa prejavujú ako veľmi vysoká šmyková sila a turbulencie v kavitačnej zóne. Kombinácia týchto faktorov (tlak, teplo, šmyk a turbulencia) sa využíva na urýchlenie prenosu hmoty v extrakčnom procese. Tieto lokálne vznikajúce podmienky sa navyše využívajú aj pri ultrazvukových procesoch, ako je homogenizácia, emulgácia alebo dispergácia.
Ultrazvuková extrakcia je založená na akustickej kavitácii a jej hydrodynamických šmykových silách
Ultrazvuková extrakcia terpénov
Princíp ultrazvukovej extrakcie je založený na dvoch účinkoch, ktoré vznikajú pri prenose vysokovýkonných ultrazvukových vĺn do kvapaliny alebo suspenzie:
Po prvé, rozpúšťadlo (okolité kvapalné médium) sa vtláča do bunkovej matrice. V závislosti od amplitúdy a intenzity kavitácie tlak kvapaliny perforuje alebo narúša bunkovú stenu.
Po druhé, počas cyklu zrieďovania sa obsah bunky (t. j. vnútrobunkový materiál) vyplavuje z jej vnútra. Po ultrazvukovej extrakcii sa cieľové zlúčeniny nachádzajú v rozpúšťadle a možno ich od neho oddeliť (napr. odparením rozpúšťadla), čím sa napokon získa čistý extrakt.
Zloženie suroviny (napríklad obsah vlhkosti, stupeň macerácie / mletia a veľkosť častíc) a zvolené rozpúšťadlo sú veľmi dôležitými faktormi na dosiahnutie účinného a efektívneho procesu ultrazvukovej extrakcie. Zásadné sú aj parametre ultrazvukového procesu: amplitúda, tlak, teplota a čas sonikácie sa musia stanoviť a optimalizovať na dosiahnutie najlepších výsledkov.