Zelo učinkovita ekstrakcija čage s sonikacijo

Gobe čaga (Inonotus obliquus) so bogate z zelo močnimi fitokemikalijami (npr. polisaharidi, betulinsko kislino, triterpenoidi), za katere je znano, da prispevajo k zdravju in se borijo proti boleznim. Uporaba ultrazvočne frekvence visoke moči za ekstrakcijo čage je prednostna tehnika za pridobivanje vrhunskih izvlečkov čage najvišje kakovosti in z največjim izkoristkom.

Izvlečki gob čaga z ultrazvokom

Ultrazvočna ekstrakcija je zelo učinkovita tehnika sproščanja fitokemičnih spojin iz naravnih surovin, kot so rastline in glive.
Gobe čaga so bogate z različnimi spojinami, kot so polisaharidi, triterpeni in polifenoli, ki so odgovorne za večino njihovih zdravju koristnih in terapevtskih učinkov. Glavne bioaktivne spojine čage so med drugim polisaharidi (npr. β-glukani, proteoglikani, ki vsebujejo d-galaktozo, d-glukozo, d-ksilozo in d-manozo), triterpenoidi (npr. betulin, betulinska kislina), polifenoli in fitosteroli (npr. inotodiol).

Ultrazvočna ekstrakcija učinkovito razgrajuje celice gobe čaga in sprošča znotrajcelične spojine (tj. bioaktivne fitokemikalije) v topilo. Ultrazvočna ekstrakcija temelji na načelu delovanja akustične kavitacije. Učinki ultrazvočne / akustične kavitacije so velike strižne sile, turbulenca in velike tlačne razlike. Te sonomehanske sile razgrajujejo celične strukture, kot so hitinske celične stene gob, pospešujejo prenos snovi med surovino čage in topilom ter omogočajo zelo velike izkoristke ekstrakcije v hitrem postopku. Poleg tega sonikacija spodbuja sterilizacijo izvlečkov z uničevanjem bakterij in mikrobov. Mikrobna inaktivacija s sonikacijo je posledica uničujočega delovanja kavitacijskih sil na celično membrano, nastajanja prostih radikalov in lokalnega segrevanja.

Zakaj je ultrazvočna ekstrakcija čage tako koristna?

Ultrazvočna ekstrakcija se uporablja na številnih področjih proizvodnje izvlečkov, npr. rastlinskih in zeliščnih izvlečkov za živila, prehranska dopolnila, zdravila in kozmetiko. Zelo pomemben primer ultrazvočne ekstrakcije je ekstrakcija kanabidiola (CBD) in drugih spojin iz rastline konoplje.
Ker je ultrazvočna ekstrakcija netermična tehnika ekstrakcije, se bioaktivne spojine blago obdelujejo z ultrazvočnimi valovi, s čimer se prepreči toplotna razgradnja občutljivih rastlinskih spojin. Vse ultrazvočne procesne parametre, tj. amplitudo, intenzivnost, temperaturo in tlak, je mogoče natančno nadzorovati. To omogoča natančen nadzor procesa in kakovosti ter preprosto ponavljanje in reproduciranje že doseženih rezultatov ekstrakcije. Proizvajalci izvlečkov cenijo ultrazvočno obdelavo zaradi njene zanesljive ponovljivosti procesa, ki pomaga standardizirati procese in izdelke na visoki ravni kakovosti.

Visokokakovostni izvlečki čage z velikim izkoristkom s sonikacijo

Raziskave potrjujejo, da ultrazvočno pridobljeni izvlečki gob čaga vsebujejo več triterpenoidov kot običajen izvleček, pridobljen z vročo vodo. Tehnika ultrazvočne ekstrakcije spodbuja sproščanje in izolacijo vseh pomembnih spojin iz gob čaga (I. obliquus). Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka presega druge metode ekstrakcije zaradi večje učinkovitosti in povečane biološke uporabnosti bioaktivnih fitokemikalij v izvlečku gob. Odlomki iz znanstvenih raziskav dokazujejo visoko učinkovitost in velik izkoristek ultrazvočne ekstrakcije čage.

Ekstrakcija polisaharidov iz čage

Zhang in sod. so uporabili ekstrakcijo s pomočjo ultrazvoka za določitev optimalnih pogojev za ekstrakcijo polisaharidov iz I. obliquus, pri čemer so najboljši pogoji vključevali uporabo vode kot topila za 15 minut pri 95 °C z ekstrakcijo z ultrazvočno frekvenco, kar je dalo vrednosti ekstrakcije 1,82%

Ekstrakcija betulina / betulinske kisline iz čage

Rezultati kažejo, da je imel ultrazvok aktivno vlogo pri ekstrakciji betulina in betulinske kisline, saj lahko prisilno odpre celične stene ter spodbuja boljši prenos snovi in toplote. To pa pomaga uspešno ekstrahirati želene fitokemikalije v kratkem času z visoko učinkovitostjo. Majhno povečanje izkoristkov ob dodajanju koraka ekstrakcije s topilom po ultrazvočni obdelavi je nakazovalo, da je morala biti večina teh spojin že ekstrahirana iz biomase. Dobljeni rezultati kažejo največjo količino betulina v biomasi, ki jo je mogoče ekstrahirati. (Alhazmi, 2017) Na splošno je ultrazvočna obdelava močno povečala izkoristek betulina in betulinske kisline.

Protokol ekstrakcije po korakih

Za izolacijo močnega izvlečka s celotnim spektrom spojin iz gob čaga (Inonotus obliquus) se uporablja protokol ekstrakcije v dveh korakih z visokozmogljivim ultrazvokom.
Material: Posušeno I. obliquus (100g) zdrobimo na manjše koščke velikosti približno 1,3cm² (0,5×0,5 palca). Zdrobljeno gobovo surovino damo v stekleno čašo s prostornino 1,5L.

1. Korak: Ultrazvočna hladna ekstrakcija: Posušeno, zmleto čago suspendiramo v 1000 mL 60% etanola v prečiščeni ali destilirani vodi (v/v; 60% etanola : 40% vode), tako da mešanico topil dodamo v stekleno čašo s čago. Za ekstrakcijo se uporablja ultrazvočni ekstraktor UP400St, opremljen s sonotrodo S24d22L2D. Sonotrodo ultrazvočne naprave potopimo v suspenzijo gob in topila. Uporaba mešala je neobvezna, vendar lahko pomaga enakomerno dovajati rastlinske delce do sonotrode. Prepričajte se, da se sonotroda ne dotika sten čaše. Nastavite amplitudo na 100% in sonicirajte približno 10 min. UP400St je opremljen s priključljivim temperaturnim senzorjem. Termočlen povežite z ultrazvočno napravo in senzor vstavite v suspenzijo. V digitalnem meniju ultrazvočne naprave UP400St lahko nastavite zgornjo temperaturno mejo. Ultrazvočna naprava začasno preneha delovati, ko je dosežena ta najvišja temperatura, in se samodejno zažene, takoj ko suspenzija doseže spodnjo vrednost nastavljenega ∆T. Priporočeni vrednosti ∆T sta približno 30°C kot zgornja in 20°C kot spodnja temperaturna vrednost. Uporaba vodne ali ledene kopeli pomaga ohranjati nizko temperaturo med sonikacijo. Po sonikaciji se trdni delci gob odstranijo s filtracijo in stiskanjem. Topilo z ekstrahiranimi fitokemikalijami se odstrani z vakuumskim izparevanjem ali izparevanjem v rotacijskem uparjalniku, tako da na koncu dobimo frakcijo čage iz ekstrakcije z etanolom. Preostale trdne delce čage lahko uporabimo za neobvezni drugi korak namakanja, ultrazvočno vročo ekstrakcijo.
2. Korak (neobvezno): Ultrazvočna vroča ekstrakcija: Surovina čage, pridobljena iz prve ekstrakcije, se uporabi v drugem koraku ultrazvočne vroče ekstrakcije za izolacijo frakcije fitokemikalij, ki še ostajajo v gobah čaga. Gobovo surovino damo v stekleno čašo, dodamo 600mL sveže raztopine topil s sestavo 60% etanola : 40% vode in segrejemo na približno 70°C. Med sonikacijo se lahko temperatura zviša do 95°C. Dodatna toplota spodbuja sproščanje preostalih fitokemikalij. Ker so bile skoraj vse toplotno občutljive spojine ekstrahirane v temperaturno nadzorovanih pogojih v koraku 1, lahko ta drugi korak uporabimo po želji za pridobivanje zelo močnega izvlečka, ki vsebuje vse fitokemikalije gobe čaga. Suspenzijo soniciramo z UP400St na enak način, kot je opisano zgoraj. Filtrirajte, stisnite in ločite gobe od vodnega izvlečka. Fitokemične sestavine iz druge ekstrakcije prav tako izoliramo z izparevanjem.

Obe frakciji izvlečka čage, iz ekstrakcije z vodo in etanolom, zmešamo, tako da dobimo izvleček gob čaga s celotnim spektrom spojin. Ta izvleček lahko uporabimo za pripravo različnih izdelkov, kot so tinkture, kapsule ali užitni izdelki.

Ta proces je mogoče povsem linearno prenesti na kateri koli drug volumen. Z uporabo istih ultrazvočnih parametrov (ultrazvočna intenzivnost Ws/L, tlak, temperatura, koncentracijsko razmerje trdno:tekoče) je mogoče vse že dosežene rezultate ultrazvočne ekstrakcije čage preprosto prenesti na večje (ali manjše) volumne in pri tem doseči enake rezultate (tj. izkoristke, učinkovitost procesa).

Ultrazvočno pridobljeni izvlečki gob so bogati s polisaharidi, ki so znani po številnih koristnih učinkih na zdravje. Ultrazvočna naprava UP100H je ultrazvočni ekstraktor z močjo 100 vatov za učinkovito ekstrakcijo zdravilnih gob, kot so čaga, resasti bradovec, reiši ali kordiceps.

Vaša izbira topila

Ultrazvočna ekstrakcija je združljiva s katerim koli topilom. To vam omogoča uporabo topila po vaši izbiri. V zgornjem protokolu ekstrakcije čage priporočamo raztopino topil s sestavo 60% etanola : 40% vode (v/v). Kombinacija etanola in vode omogoča sproščanje fitokemikalij različnih polarnosti. Druga možnost je dvofazna ekstrakcija z uporabo etanola v prvem koraku ekstrakcije in vode v drugem koraku ekstrakcije. Ultrazvočna ekstrakcija s kombinacijo alkohola in vode kot topil sprošča v vodi in alkoholu topne fitokemikalije iz gob, kot je čaga.
Zato je ekstrakcija ključna za pridobivanje čistih in močnih izvlečkov gob.
Druga topila, ki se uporabljajo za ekstrakcijo Inonotus obliquus, so med drugim izopropanol, metanol, metanol z 10% ocetne kisline in etil acetat. Za izvlečke, primerne za uporabo v živilih, se priporoča nestrupeno topilo, saj lahko po odstranitvi topila (npr. z izparevanjem) v izvlečku včasih ostanejo sledovi topila.

Zakaj ultrazvočne kopeli dajejo nezadostne rezultate ekstrakcije čage?

Ultrazvočne kopeli se običajno uporabljajo za blago čiščenje. V ultrazvočni kopeli akustična kavitacija nastaja nenadzorovano in je neenakomerno porazdeljena po razmeroma velikem rezervoarju. Če stekleno čašo z mešanico gob in topila postavite v ultrazvočno kopel, morajo že tako šibki ultrazvočni valovi preiti skozi stene čaše, kar še dodatno zmanjša intenzivnost ultrazvoka. To pomeni, da je intenzivnost ultrazvoka v ultrazvočnem čistilnem rezervoarju prešibka za učinkovito ekstrakcijo gob. Celične stene gob vsebujejo hitin, trden material, zaradi katerega so celice gob zelo toge in jih je težko razgraditi. Za sproščanje bioaktivnih spojin iz gob, kot je čaga, je potreben ultrazvok visoke intenzivnosti. Ultrazvočne sonde ustvarjajo veliko intenzivnejšo akustično kavitacijo, silo, ki razpre celične stene gliv.
 

Graf analize UV-Vis prikazuje primerjavo ekstrakcije gobe čaga z ultrazvočno sondo in ultrazvočno kopeljo. Ultrazvočna naprava s sondo UP100H (črna krivulja) daje bistveno večje izkoristke bioaktivnih spojin čage.

 
Preberite več o razlikah med ultrazvočnimi sondami in ultrazvočnimi kopelmi ter si oglejte primerjavo njihove učinkovitosti ekstrakcije!

Visokozmogljive ultrazvočne naprave za ekstrakcijo čage

Ultrazvočna ekstrakcija je zanesljiva tehnologija obdelave, ki olajša in pospeši proizvodnjo visokokakovostnih izvlečkov iz različnih surovin, kot so čaga in druge gobe. Ponudba Hielscher Ultrasonics zajema celoten razpon od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih naprav do industrijskih sistemov za ekstrakcijo. Zato vam lahko pri Hielscher ponudimo najprimernejšo ultrazvočno napravo za vašo predvideno procesno zmogljivost. Naše osebje z dolgoletnimi izkušnjami vam bo pomagalo od preizkusov izvedljivosti in optimizacije procesa do namestitve vašega ultrazvočnega sistema za končno raven proizvodnje.
Naši ultrazvočni ekstraktorji zaradi majhne tlorisne površine in raznovrstnih možnosti namestitve ustrezajo tudi prostorsko omejenim obratom za predelavo pektina. Ultrazvočni procesorji so nameščeni v obratih za proizvodnjo živil, zdravil in prehranskih dopolnil po vsem svetu.

Hielscher Ultrasonics – napredna oprema za ekstrakcijo

Ponudba izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten razpon visokozmogljivih ultrazvočnih ekstraktorjev za obdelavo v majhnem in velikem obsegu. Dodatna oprema omogoča preprosto sestavo najprimernejše konfiguracije ultrazvočne naprave za vaš proces ekstrakcije čage. Optimalna ultrazvočna konfiguracija je odvisna od predvidene zmogljivosti, volumna, surovine, šaržnega ali linijskega procesa in časovnega načrta.

Šaržna in neprekinjena pretočna obdelava

Ultrazvočne naprave Hielscher se lahko uporabljajo za šaržno in neprekinjeno pretočno obdelavo. Ultrazvočna šaržna obdelava je idealna za preizkušanje procesa, optimizacijo ter proizvodnjo v majhnem do srednjem obsegu. Za proizvodnjo velikih količin gobe čaga je lahko linijska obdelava ugodnejša. Neprekinjen proces linijskega mešanja zahteva napredno konfiguracijo – sestavljeno iz črpalke, gibkih ali togih cevi in rezervoarjev –, vendar je zelo učinkovit, hiter in zahteva bistveno manj dela. Vsi industrijski sistemi lahko delujejo pri povišanih tlakih, kar povečuje kavitacijo in s tem učinkovitost ekstrakcije. Hielscher Ultrasonics ima najprimernejšo konfiguracijo za ekstrakcijo za vaš volumen ekstrakcije in procesne cilje.

Ultrazvočni ekstraktorji za vsako proizvodno zmogljivost

Ponudba izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih naprav prek namiznih in pilotnih sistemov do povsem industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave celih tovornjakov surovine na uro. Celovita ponudba izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najprimernejši ultrazvočni ekstraktor za vašo čago in druge gobe, procesno zmogljivost in proizvodne cilje.
Ultrazvočni namizni sistemi so idealni za preizkuse izvedljivosti in optimizacijo procesa. Linearno povečanje obsega na podlagi uveljavljenih procesnih parametrov omogoča zelo preprosto povečanje zmogljivosti obdelave z manjših šarž na povsem komercialno proizvodnjo. Obseg je mogoče povečati z namestitvijo zmogljivejše ultrazvočne ekstraktorske enote ali z vzporednim združevanjem več ultrazvočnih naprav. Z UIP16000 Hielscher ponuja najzmogljivejši ultrazvočni ekstraktor na svetu.

Natančno nastavljive amplitude za optimalne rezultate

Vse ultrazvočne naprave Hielscher omogočajo natančen nadzor in so zato zanesljive delovne naprave v proizvodnji. Amplituda je eden od ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in uspešnost ultrazvočne ekstrakcije fitokemikalij iz gobe čaga (Inonotus obliquus).
Vsi procesorji Hielscher Ultrasonics omogočajo natančno nastavitev amplitude. Sonotrode in ojačevalniki amplitude so dodatna oprema, ki omogoča spreminjanje amplitude v še širšem razponu. Industrijski ultrazvočni procesorji Hielscher lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude in potrebno ultrazvočno intenzivnost za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200µm je mogoče brez težav neprekinjeno uporabljati pri delovanju 24/7.
Natančne nastavitve amplitude in stalno spremljanje ultrazvočnih procesnih parametrov s pametno programsko opremo vam omogočajo obdelavo gobove surovine v najučinkovitejših ultrazvočnih pogojih. Optimalna sonikacija za najboljše rezultate ekstrakcije!
Robustnost ultrazvočne opreme Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih. Zato je ultrazvočna oprema Hielscher zanesljivo delovno orodje, ki izpolnjuje vaše zahteve za ekstrakcijo.

Preprosto preizkušanje brez tveganja

Ultrazvočne procese je mogoče povsem linearno prenesti na večji obseg. To pomeni, da je vsak rezultat, ki ste ga dosegli z laboratorijsko ali namizno ultrazvočno napravo, mogoče prenesti na večji obseg z natanko enakim rezultatom ob uporabi natanko istih procesnih parametrov. Zato je ultrazvočna obdelava idealna za preizkušanje izvedljivosti brez tveganja, optimizacijo procesa in poznejšo uvedbo v komercialno proizvodnjo. Stopite v stik z nami in izvedite, kako lahko sonikacija poveča vašo proizvodnjo izvlečkov čage.

Najvišja kakovost – zasnovano in izdelano v Nemčiji

Kot podjetje v družinski lasti in z družinskim vodstvom Hielscher daje prednost najvišjim standardom kakovosti za svoje ultrazvočne procesorje. Vse ultrazvočne naprave so zasnovane, izdelane in temeljito preizkušene na našem sedežu v Teltowu pri Berlinu v Nemčiji. Zaradi robustnosti in zanesljivosti je ultrazvočna oprema Hielscher vzdržljiva delovna naprava v vaši proizvodnji. Delovanje 24/7 pri polni obremenitvi in v zahtevnih okoljih je samoumevna lastnost visokozmogljivih ekstraktorjev Hielscher.
Ultrazvočni procesor Hielscher lahko kupite v kateri koli velikosti in s konfiguracijo, ki natančno ustreza zahtevam vašega procesa ekstrakcije gob. Od obdelave gliv v majhni laboratorijski čaši do neprekinjenega pretočnega mešanja gobovih suspenzij na industrijski ravni vam Hielscher Ultrasonics ponuja primerno ultrazvočno napravo! Stopite v stik z nami – z veseljem vam bomo priporočili idealno ultrazvočno konfiguracijo!

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: