Visoko učinkovita ekstrakcija z vodo z uporabo močnostnega ultrazvoka

Ekstrakcijo rastlinskih spojin z vodo (npr. ekstrakcijo s hladno ali vročo vodo, ekstrakcijo z vodo pod tlakom in ekstrakcijo s subkritično vodo) je mogoče učinkovito izboljšati z ultrazvočno obdelavo. Z ultrazvokom podprta ekstrakcija z vodo v primerjavi s konvencionalnimi ekstrakcijskimi tehnikami ne omogoča le večjih izkoristkov in krajšega časa obdelave, temveč tudi manjšo porabo energije, blažje ekstrakcijske pogoje in visokokakovostne ekstrakte. Ultrazvočna ekstrakcija z vodo se uspešno uporablja za ekstrakcijo številnih spojin rastlinskega izvora, vključno z alkaloidi, flavonoidi, glikozidi, fenolnimi spojinami in polisaharidi.

Ultrazvočna ekstrakcija bioaktivnih spojin z vodo

Voda je najbolj polarno topilo, zato je odlično topilo za polarne spojine. Zaradi svoje nestrupenosti in okolju prijazne narave bi bila voda idealno topilo za kateri koli rastlinski ekstrakt. Vendar se manj polarne in nepolarne sestavine v vodi slabo raztapljajo ali pa se sploh ne raztapljajo. Poleg tega bi bil brez kakršnega koli spodbujanja prenosa snovi proces ekstrakcije v vodi izjemno počasen in zato negospodaren. Visokointenzivni nizkofrekvenčni ultrazvok je zelo učinkovita ekstrakcijska tehnika, ki zagotavlja intenzivno mešanje in prenos snovi. Zato je ultrazvočna ekstrakcija dobro znana po pomembnih prednostih pred konvencionalnimi ekstrakcijskimi metodami. Te prednosti vključujejo večje izkoristke, hitro obdelavo, hitro menjavanje šarž ter neprekinjeno ekstrakcijo v pretočnem sistemu, uporabo zelenih topil, blage ekstrakcijske pogoje, ki ohranjajo spojine v ekstraktu, varno delovanje in preprosto povečevanje zmogljivosti obdelave za komercialno proizvodnjo. (prim. Zabot et al., 2021)

Ekstrakcija z vročo vodo, izboljšana z ultrazvočno obdelavo

Parametri, ki določajo ekstrakcijo rastlinskih sestavin med ekstrakcijo z vodo, so temperatura, čas, tlak in površina rastlinskega materiala. Zaradi visoke temperature vode je mogoče ekstrakt z vročo vodo pripraviti v razmeroma kratkem času.
Rešitev: Izkoristek in hitrost ekstrakcije je mogoče znatno povečati z uporabo ultrazvočnega mešanja. Vroča voda sama ima le omejeno sposobnost razgradnje celičnih struktur, visoke temperature pa pogosto poškodujejo ali uničijo toplotno labilne spojine, zaradi česar se kakovost ekstrakta poslabša. Ko ultrazvočno ekstrakcijo združimo z ekstrakcijo z vročo vodo, lahko temperaturo drastično znižamo (npr. s 100°C na 50°C), kar preprečuje toplotno razgradnjo ekstrahiranih rastlinskih sestavin, povečuje skupni izkoristek in prihrani energijo. Ultrazvočna kavitacija je načelo, na katerem temelji pojav ultrazvočne ekstrakcije. Ultrazvočna (ali akustična) kavitacija vključuje izključno mehanske sile, ki razgrajujejo celične stene, sproščajo ciljne spojine in izboljšujejo prenos snovi med notranjostjo celic in vodo (topilom). Tako ultrazvočna ekstrakcija z vodo zagotavlja odlične ekstrakcijske rezultate.

Ekstrakcija s hladno vodo, izboljšana z ultrazvočno obdelavo

Ekstrakcija s hladno vodo (priprava hladnega vodnega poparka) je bistveno manj učinkovita, saj se pri njej izogibamo uporabi vroče vode. Hladna voda ali voda pri sobni temperaturi rastlinskih spojin ne ekstrahira zelo dobro, saj hladna voda zelo počasi prodira v rastlinski material, prenos snovi pa je skoraj zanemarljiv. Prednost ekstrakcije s hladno vodo je v izogibanju kakršnemu koli zvišanju temperature, kar preprečuje toplotno razgradnjo toplotno občutljivih spojin. Vendar je zaradi zelo slabe ekstrakcijske dinamike konvencionalna ekstrakcija s hladno vodo neizvedljiva za komercialno proizvodnjo. Zato se priprava hladnega vodnega poparka zaradi počasnosti in neučinkovitosti uporablja skoraj izključno v poskusni fazi.
Rešitev: Z uvedbo ultrazvočne obdelave v ekstrakcijo s hladno vodo je mogoče zlahka premagati počasnost in neučinkovitost namakanja v hladni vodi. Ultrazvočno intenzivirana ekstrakcija s hladno vodo omogoča ohranjanje nizkih ekstrakcijskih temperatur ob hkratnem vnašanju intenzivnih strižnih sil v medij trdno–tekoče. Zaradi mehanizma ultrazvočne ekstrakcije se celične stene odprejo in rastlinske spojine se hitro sprostijo v vodo. Ultrazvočna ekstrakcija s hladno vodo in priprava hladnega vodnega poparka spremenita hladno namakanje v zelo učinkovit proces, ki v kratkem času ekstrakcije zagotavlja velike izkoristke in visokokakovostne ekstrakte.

Ekstrakcija z vodo pod tlakom v kombinaciji z ultrazvočno obdelavo

Za ultrazvočno ekstrakcijo je značilno mikromešanje, ki z vibracijami spodbuja večjo difuzijo topila v delec in iz notranjosti delca proti površini ter tako intenzivira prenos snovi. Poleg tega ultrazvočna obdelava zmanjšuje velikost delcev celičnega materiala, kar izboljšuje učinke z ultrazvokom podprte ekstrakcije s tekočino pod tlakom. Manjši delci velikosti približno 0,68 mm dajejo večje izkoristke kot večji delci (približno 1,05 mm), saj večja površina omogoča znatno večji prenos snovi in s tem boljše ekstrakcijske izkoristke. (prim. Zabot et al., 2021)

Učinkovita ekstrakcija s hladno vodo pod tlakom z močnostnim ultrazvokom

Pri visokem tlaku hladna voda lažje prodira v rastlinska tkiva, vodotopne fitokemikalije pa se raztapljajo brez toplotne razgradnje. Metodo ekstrakcije s hladno vodo pod visokim tlakom je mogoče združiti z ultrazvokom za izboljšano izolacijo polarnih in nepolarnih rastlinskih sestavin. Voda kot nestrupeno, poceni in okolju prijazno topilo je privlačna alternativa organskim topilom, zlasti pri proizvodnji živil, terapevtskih pripravkov in prehranskih dopolnil rastlinskega izvora.
Za ultrazvočno intenzivirano ekstrakcijo s hladno vodo pod tlakom se v ekstrakcijsko posodo ali pretočno celico vgradi ultrazvočna sonda (sonotroda). Posoda ali pretočna celica je običajno pod tlakom med 5 in 100 barg, odvisno od ciljnih spojin v ekstraktu. Hielscher Ultrasonics dobavlja celo prilagojene industrijske ultrazvočne reaktorje in pretočne celice, ki jih je mogoče izpostaviti tlaku do 300barg, kar omogoča nastavitev optimalnega tlaka za vaš ekstrakcijski proces.
 

Ekstrakcija s superkritično vodo, izboljšana s sonikacijo

Ultrazvočno izboljšana ekstrakcija s subkritično vodo je še ena sinergijska tehnika, pri kateri močnostni ultrazvok izboljšuje prenos snovi med trdno in tekočo fazo. Ekstrakcija s subkritično vodo (SWE) – znana tudi kot ekstrakcija z vročo vodo pod tlakom ali ekstrakcija s pregreto vodo – je manj pogosto uporabljena tehnika za ekstrakcijo rastlinskih spojin z nižjo polarnostjo. Pri ekstrakciji s subkritično vodo se kot topilo uporablja voda v superkritičnem stanju.
Kaj je subkritična voda in zakaj je dobro topilo za ekstrakcijo manj polarnih rastlinskih spojin? »Voda ima številne termodinamične lastnosti, na katere močno vplivata temperatura in tlak. Glede na pogoje je mogoče spreminjati njeno agregatno stanje (trdno, tekoče ali plinasto), toplotno obnašanje, gostoto ali viskoznost. Z zvišanjem temperature in tlaka nad točko, znano kot kritična točka (določeno pri 221 bar in 374 °C), lahko voda doseže superkritično stanje. Pri subkritičnih pogojih, ki ustrezajo temperaturam med 100°C in kritično temperaturo (374°C) ter tlaku med 1 bar in kritičnim tlakom (221 bar), da se prepreči uparjanje, se polarnost vode zmanjša; zato je voda boljše topilo za ekstrakcijo različnih organskih bioaktivnih spojin.« (Li in Chemat, 2019)
Ko ultrazvok združimo z ekstrakcijo s subkritično vodo, lahko učinkovitost ekstrakcije izboljšamo s povečanjem izkoristka ekstrakta in skrajšanjem časa ekstrakcije. Za optimalne rezultate mora tlak v zaprtem šaržnem reaktorju pod tlakom ali reaktorju s pretočno celico doseči vsaj dvakratno vrednost parnega tlaka vode. (Preglednico parnega tlaka vode najdete na koncu te strani.)
Huang et al. (2010) so raziskovali ekstrakcijske učinke nizkofrekvenčnega ultrazvoka visoke moči v kombinaciji z ekstrakcijo s subkritično vodo. V ta namen je ultrazvočna sonda vgrajena v kotel naprave za ekstrakcijo s subkritično vodo za ekstrakcijo hlapnega olja iz Lithospermum erythrorhizon. Rezultati so pokazali, da je bil učinek izboljšanja s pomočjo ultrazvoka pri 20 KHz boljši kot pri 36 KHz in se je povečeval z izhodno močjo (od 0 do 250 W). Izkoristek ekstrakcije s subkritično vodo se je z ultrazvočnim nihanjem (250 W, 20 KHz) pri temperaturi 160°C in tlaku 5 MPa med 25-minutnim ekstrakcijskim postopkom povečal z 1,87% na 2,39%. Ultrazvočna obdelava bi lahko izboljšala ne le izkoristek ekstrakcije, temveč tudi hitrost ekstrakcije in tako prihranila čas.
Z ultrazvokom podprto ekstrakcijo s subkritično vodo je mogoče izvajati pri nižjih tlakih (npr. 5barg) kot konvencionalno ekstrakcijo s subkritično vodo (npr. 10MPa), kar zmanjša stroške energije in poveča varnost ekstrakcijskega postopka.

Prednosti ultrazvočne ekstrakcije rastlinskih sestavin

Tako znanstvene raziskave kot industrijska uporaba dokazujejo, da je z ultrazvokom podprta ekstrakcija zanesljiva tehnika, ki je preprosta za upravljanje in ne zahteva tehničnega predznanja ali intenzivnega usposabljanja. Zelo visoka učinkovitost ekstrakcije, veliki izkoristki, nizki obratovalni stroški ter nizki investicijski stroški (zlasti v primerjavi z drugimi tehnikami, kot so ekstraktorji s CO₂ ) in nizki stroški energije so glavne prednosti ultrazvočnih ekstraktorjev s sondo.
Dodatne prednosti, zaradi katerih je tehnologija ultrazvočne ekstrakcije prednostna metoda, so visokokakovostni ekstrakti zaradi nizkih ekstrakcijskih temperatur, zanesljivi rezultati (ponovljivost / obnovljivost), povsem linearno povečevanje obsega na katero koli raven proizvodnje ter majhne potrebe po vzdrževanju.
»Druge prednosti, povezane z uporabo ultrazvočne ekstrakcije s sondo, so preprosto ravnanje z ekstraktom, hitra izvedba, odsotnost ostankov, velik izkoristek, prijaznost do okolja, izboljšana kakovost in preprečevanje razgradnje ekstrakta.«
(prim. Chemat in Khan, 2011)

Ekstrakcijska postavitev za izolacijo rastlinskih sestavin: Ultrazvočna naprava s sondo UP400St, vakuumski filter Büchi in rotacijski uparjalnik za ekstrakcijo fitokemikalij.

Visokozmogljive ultrazvočne naprave za ekstrakcijo z vodo

Ekstraktorji Hielscher Ultrasonics so dobro uveljavljeni na področju ekstrakcije rastlinskih sestavin, ne glede na uporabljeno topilo. Proizvajalci ekstraktov – tako manjši proizvajalci ekskluzivnih nišnih ekstraktov kot veliki množični proizvajalci – v širokem naboru opreme Hielscher najdejo idealno ultrazvočno ekstrakcijsko opremo za svoje proizvodne zahteve. Postavitve za šaržne in neprekinjene pretočne procese so takoj na voljo in jih je mogoče dobaviti iz zaloge. Ultrazvočna ekstrakcija je primerna za delo s katerim koli topilom in jo je mogoče prilagodljivo uporabiti za ekstrakcijo iz katerega koli rastlinskega materiala. Uporaba vode kot topila omogoča proizvodnjo ekološko certificiranih ekstraktov brez uporabe zelo dragega »ekološkega« etanola. (Za proizvodnjo ekološkega vodnega ekstrakta mora biti rastlinski material seveda ekološko pridelan).

Visoko učinkovita ekstrakcija s Hielscher Ultrasonics

Ultrazvočni ekstraktorji Hielscher učinkovito razgrajujejo rastlinske celice, povečujejo površino rastlinskega materiala za prodiranje topila in izboljšujejo prenos snovi za sproščanje fitokemikalij (sekundarnih metabolitov). Ekstraktorji Hielscher so zasnovani z mislijo na prijaznost do uporabnika, zato jih je mogoče hitro namestiti ter varno in intuitivno upravljati.

Izpolnjevanje najvišjih standardov kakovosti – zasnovano in izdelano v Nemčiji

Napredna strojna oprema in pametna programska oprema ultrazvočnih naprav Hielscher sta zasnovani tako, da zagotavljata zanesljive rezultate ultrazvočne ekstrakcije iz vaših rastlinskih surovin s ponovljivimi rezultati ter uporabniku prijaznim in varnim upravljanjem. Robustnost, zanesljivost, delovanje 24/7 pri polni obremenitvi in preprosto upravljanje z vidika delavca so dodatni dejavniki kakovosti, zaradi katerih so ultrazvočne naprave Hielscher privlačna izbira.
Ekstraktorji Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo za visokokakovostno ekstrakcijo fitokemikalij. Ultrazvočni ekstraktorji Hielscher dokazano zagotavljajo visokokakovostne rastlinske spojine, zato jih ne uporabljajo le manjši izdelovalci posebnih in butičnih ekstraktov, temveč predvsem industrijski proizvajalci široko dostopnih komercialnih ekstraktov, prehranskih dopolnil in terapevtskih pripravkov. Zaradi robustne strojne opreme in pametne programske opreme je ultrazvočne procesorje Hielscher mogoče preprosto upravljati in spremljati.

Samodejno beleženje podatkov

Za izpolnjevanje proizvodnih standardov za živila, prehranska dopolnila in terapevtske izdelke je treba proizvodne procese podrobno spremljati in beležiti. Digitalne ultrazvočne naprave Hielscher Ultrasonics omogočajo samodejno beleženje podatkov. Zaradi te pametne funkcije se vsi pomembni procesni parametri, kot so ultrazvočna energija (skupna in neto energija), temperatura, tlak in čas, samodejno shranjujejo na vgrajeno kartico SD takoj po vklopu naprave. Spremljanje procesa in beleženje podatkov sta pomembna za stalno standardizacijo procesa in kakovost izdelka. Z dostopom do samodejno zabeleženih procesnih podatkov lahko pregledate prejšnje sonikacije in ovrednotite rezultate.
Druga uporabniku prijazna funkcija je daljinsko upravljanje naših digitalnih ultrazvočnih sistemov prek brskalnika. Z daljinskim upravljanjem prek brskalnika lahko svoj ultrazvočni procesor od koder koli na daljavo zaženete, ustavite, nastavite in spremljate.
Želite izvedeti več o prednostih ultrazvočne ekstrakcije iz rastlinskih materialov z vodo? Stopite v stik z nami in se pogovorite o svojem procesu proizvodnje rastlinskih ekstraktov! Naše izkušeno osebje vam bo z veseljem posredovalo več informacij o ultrazvočni ekstrakciji, naših ultrazvočnih sistemih in cenah!

Spodnja preglednica prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:

Tehnične informacije o ultrazvočni ekstrakciji z vodo

Konvencionalne ekstrakcijske metode, kot so maceracija, priprava poparka, perkolacija, priprava prevretka, ekstrakcija pod refluksom, destilacija z vodno paro, sublimacija in stiskanje, se pogosto uporabljajo za ekstrakcijo zdravilnih spojin iz rastlin. Slabosti teh metod vključujejo dolgotrajen proces, slabo čistost in nizko učinkovitost.

Procesni parametri, ki vplivajo na ultrazvočno ekstrakcijo

Z ultrazvokom podprta ekstrakcija je znana po svojih edinstvenih značilnostih in prednostih, zaradi katerih je sonikacija boljša ekstrakcijska tehnika v primerjavi s konvencionalnimi metodami ekstrakcije rastlinskih spojin. Pomembna prednost z ultrazvokom podprte ekstrakcije je natančna prilagodljivost dejavnikov ultrazvočne obdelave (kot so amplituda, čas, temperatura in tlak), kar omogoča optimalno prilagoditev ultrazvočnega procesa ciljni spojini. Vsak rastlinski material ima idealne ekstrakcijske parametre, pri katerih se dosežejo najboljši izkoristek, kakovost in hitrost ekstrakcije. Proces ultrazvočne ekstrakcije omogoča popolno prilagoditev tem optimalnim ekstrakcijskim pogojem.

Ultrazvočna amplituda

Amplituda je nihajni pomik ultrazvočne sonde (sonotrode). Višja kot je amplituda, intenzivnejša sta nihanje in kavitacija v sonikirani tekočini. Hielscher Ultrasonics je specializiran za visokozmogljive ultrazvočne naprave s sondo, ki omogočajo natančno nastavljive amplitude. Prilagojene sonde, ki lahko pri neprekinjenem delovanju 24/7 zagotavljajo amplitude do 200µm, so takoj na voljo iz zaloge. Za še višje amplitude je mogoče preprosto izdelati tudi prilagojene ultrazvočne sonotrode.
Amplituda je eden najpomembnejših parametrov – če ne celo najpomembnejši – za učinkovito ekstrakcijo iz rastlin. Visoke amplitude ustvarjajo potrebne sile za razgradnjo celičnih sten in sproščanje znotrajceličnega materiala. Zaradi tega je visokozmogljiva ultrazvočna obdelava tako učinkovita pri ekstrakciji rastlinskih sestavin.

Čas / trajanje ultrazvočne obdelave

Z ultrazvokom podprta ekstrakcija je običajno precej krajša od tradicionalnih metod, saj sonikacija sprošča rastlinske spojine z bistveno večjo hitrostjo ekstrakcije. Ultrazvočna obdelava omogoča krajše ekstrakcijske postopke, ki ekstrahirane spojine varujejo pred čezmerno obdelavo. Krajša obdelava zaradi ultrazvoka pomeni večjo zmogljivost obdelave in višjo kakovost ekstrakta.

Pulzna ultrazvočna obdelava

Ultrazvočno pulziranje je način obdelave, pri katerem se ultrazvočna obdelava prekinja z določenimi cikli premora (npr. 50% delovni cikel: 30 s VKLOP, 30 s IZKLOP; 100% delovni cikel: neprekinjena sonikacija brez premorov) Delovni cikel ultrazvoka (znan tudi kot pulzni način ali cikli ultrazvočnega pulziranja) pomeni odstotek časa, v katerem se ultrazvok vnaša v medij (trajanje pulza) v eni pulzni periodi. Na primer, 50% ciklični način bi pomenil 30 s VKLOP in 30 s IZKLOP. Med premorom delovnega cikla se sonikirana tekočina za določen čas (npr. 30 s) vrne v nemoteno stanje, kar je ugodno za odvajanje toplote in ohranjanje ciljne temperature obdelave. Delovni cikel sonikacije je za učinkovitost ekstrakcije manj pomemben, uporablja pa se za ohranjanje določene procesne temperature.

Hidrostatični tlak

Tlak je še en zelo pomemben parameter ultrazvočnih procesov. Delovanje hidrostatičnega tlaka na sonikirani medij vpliva na intenzivnost kavitacije. Pri povišanem tlaku se intenzivnost ultrazvočne (akustične) kavitacije poveča. Hielscher Ultrasonics ponuja različne vrste ultrazvočnih šaržnih reaktorjev in pretočnih celic, ki jih je mogoče izpostaviti tlaku za intenzivnejše rezultate sonikacije.

Ekstrakcijska temperatura

Kot vsaka mehanska obdelava tudi ultrazvočna obdelava povzroča zvišanje temperature, kar je v skladu z 2. zakonom termodinamike. Kljub temu je ultrazvočna obdelava netermična tehnika obdelave, saj z ultrazvokom podprte obdelave temeljijo na izključno mehanskih silah (imenovanih tudi sonomehanske sile). Ekstrakcijsko temperaturo med ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče učinkovito nadzorovati in ohranjati znotraj določenega izbranega temperaturnega območja. Vsi digitalni ultrazvočni procesorji Hielscher so opremljeni s priključljivim temperaturnim senzorjem in pametno programsko opremo, v kateri je mogoče za proces nastaviti določeno temperaturno območje. Kadar je to temperaturno območje preseženo, ultrazvočna naprava začasno prekine delovanje, dokler se temperatura ne vrne v izbrano območje, nato pa samodejno nadaljuje sonikacijo. Ta pametna funkcija ultrazvočnih naprav Hielscher omogoča natančno nadzorovan proces sonikacije in idealne rezultate.
Ker je ekstrakcijska temperatura lahko različna za različne rastlinske spojine in rastline, je temperatura pomemben dejavnik, ki ga pri optimizaciji ultrazvočnega procesa ne smemo zanemariti. Ugotovljeno je bilo na primer, da je 80°C idealna temperatura za doseganje največjega izkoristka flavonoidov iz Sophora flavescens, medtem ko so bili najboljši rezultati pri ekstrakciji arabinoksilana iz pšeničnih otrobov doseženi pri 50°C.

Za ultrazvočno ekstrakcijo uporabite katero koli topilo

Različne rastlinske spojine imajo različne polarnosti, ki vplivajo na njihovo topnost v različnih topilih. Saponini in polisaharidi so na primer bolj polarni, zato so dobro topni v vodi, saj je voda zelo polarna. Fenolne spojine, kot so antocianini in klorogenska kislina, pa so precej nepolarne in se zato bolje raztapljajo v manj polarnem topilu, kot je etanol. Zato je treba topilo izbrati glede na topnost ciljnih spojin, da dosežemo visoko učinkovitost ekstrakcije. Voda je na primer dobro topilo za ekstrakcijo polarnih spojin, kot so psilocibin iz gob ter oligosaharidi, glikozidi in flavonoidi; mešanica etanola in vode s koncentracijo etanola 60% (v/v) pa je primerna za z ultrazvokom podprto ekstrakcijo spojin, kot so apigenin, bajkalin in luteolin.
Preberite več o topilih, polarnosti topil in najprimernejših topilih za ultrazvočno ekstrakcijo!

Voda kot ekstrakcijsko topilo

Voda je najbolj polarno topilo in je primerna za ekstrakcijo širokega nabora polarnih spojin. Njene glavne prednosti vključujejo sposobnost raztapljanja širokega nabora snovi. Poleg tega je poceni, nestrupena, varna in nevnetljiva. Njene slabosti vključujejo močno selektivnost za polarne spojine zaradi visoke polarnosti. Zaradi visokega vrelišča pri 100°C koncentriranje ekstrakta (npr. z destilacijo ali rotacijskim uparjanjem) zahteva veliko energije. Poleg tega voda omogoča rast bakterij in plesni.

Ultrazvočna frekvenca

Ultrazvočna frekvenca okoli 20kHz se je uveljavila kot najmočnejša in najučinkovitejša za ekstrakcijo rastlinskih sestavin. Vpliva na učinkovitost z ultrazvokom podprte ekstrakcije pri ekstrakciji zdravilnih spojin iz rastlin. Na splošno nizka ultrazvočna frekvenca (tj. približno 20kHz) ustvarja intenzivnejšo kavitacijo (sonomehanske učinke), kar povečuje učinkovitost ekstrakcijskega postopka.

Rastlinski material

Rastlinski materiali se lahko močno razlikujejo po zgradbi in togosti svojih celic. Glede na sestavo celične stene, ki lahko vsebuje celulozo, hemiceluloze, lignin, pektinske polisaharide, beljakovine, fenolne in necelulozne spojine ter vodo, so lahko celične stene čvrste ali mehke. Različne vrste rastlin in njihovi deli vsebujejo različne vrste in količine teh sestavin celičnih sten. Zato vsaka vrsta rastline zahteva posebne parametre obdelave za optimalne ekstrakcijske rezultate.
Ker je intenzivnost mogoče natančno nastaviti, lahko ultrazvočni ekstraktorji Hielscher zanesljivo razgrajujejo mehke in trde celične stene. Mehke celične stene lahko potrebujejo manj intenzivno ultrazvočno obdelavo, medtem ko je intenzivnejša obdelava koristna za čvrste celične strukture.
Surovina za ekstrakcijo rastlinskih sestavin je lahko sveže nabrana (mokra) ali posušena. Ultrazvočna ekstrakcija je primerna tako za sveže/mokre kot za posušene rastline. Velikost delcev trdnega rastlinskega materiala je še en pomemben dejavnik: velika površina (tj. majhna velikost delcev) je koristna, saj zagotavlja veliko stično površino za strižne sile ultrazvočne kavitacije, kar poveča učinkovitost. Zato se rastlinski material macerira ali zmelje v majhne koščke (približno 3–5mm).

Zakaj je ultrazvočna ekstrakcija najboljša metoda?

Učinkovitost

• Večji izkoristki
• Hiter ekstrakcijski proces – v nekaj minutah
• Visokokakovostni ekstrakti – blaga, netermična ekstrakcija
• Zelena topila (voda, etanol, glicerin, rastlinska olja, NADES itd.)

Preprostost

• Priključite in uporabljajte – namestitev in začetek delovanja v nekaj minutah
• Velika zmogljivost obdelave – za obsežno proizvodnjo ekstraktov
• Šaržno ali neprekinjeno pretočno delovanje
• Preprosta namestitev in zagon
• Prenosno / premično – prenosne enote ali enote na kolesih
• Linearno povečevanje obsega – za povečanje zmogljivosti vzporedno dodajte še en ultrazvočni sistem
• Daljinsko spremljanje in upravljanje – prek osebnega računalnika, pametnega telefona ali tabličnega računalnika
• Nadzor procesa ni potreben – nastavite in zaženite
• Visoka zmogljivost – zasnovano za neprekinjeno proizvodnjo 24/7
• Robustnost in majhne potrebe po vzdrževanju
• Visoka kakovost – zasnovano in izdelano v Nemčiji
• Hitro polnjenje in praznjenje med serijami
• Preprosto čiščenje

Varnost

• Preprosto in varno delovanje
• Ekstrakcija brez topila ali s topilom (voda, etanol, rastlinska olja, glicerin itd.)
• Brez visokih tlakov in temperatur
• Na voljo so protieksplozijsko zaščiteni sistemi s certifikatom ATEX
• Preprosto upravljanje (tudi na daljavo)

Literatura / viri

• 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.