Strategije za večje izkoristke pri ekstrakciji rastlinskih snovi
Za zelo učinkovito pridobivanje izvlečkov vrhunske kakovosti iz rastlin, tj. za velike izkoristke izvlečkov vrhunske kakovosti v kratkem času ekstrakcije, je potrebna visoko zmogljiva ekstrakcijska tehnika. Ultrazvočna ekstrakcija je tehnika intenzifikacije procesa, ki omogoča uporabo širokega nabora surovin ter hitro in stroškovno učinkovito zagotavlja velike izkoristke izvlečkov vrhunske kakovosti.
Vrhunski rastlinski izvlečki z ultrazvokom visoke moči
Pri ekstrakciji določene bioaktivne spojine ali bioaktivne frakcije iz rastline na ekstrakcijski proces vplivajo različni dejavniki. Poleg ekstrakcijske tehnologije (npr. ultrazvočne ekstrakcije) so polarnost topila, surovina in njena predobdelava, razmerje med trdno in tekočo fazo (tj. razmerje med rastlinskim materialom in topilom), čas ekstrakcije ter temperatura pomembni procesni dejavniki, ki jih je treba skrbno upoštevati. Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) omogoča idealne pogoje obdelave, ki jih hkrati odlikujeta blagost in visoka učinkovitost. Prosta izbira blagih topil ali ekstrakcije s hladno vodo, nizke temperature in kratki časi obdelave naredijo ultrazvočno ekstrakcijo vrhunsko ekstrakcijsko tehniko, ki preprečuje toplotno ali kemično razgradnjo bioaktivnih molekul. Poleg tega lahko UAE sprosti celotno razpoložljivo količino bioaktivnih molekul iz rastlinske surovine. Zato je obdelava z ultrazvokom najpogosteje uporabljena ekstrakcijska tehnologija za proizvodnjo izvlečkov z visoko biološko aktivnostjo.
Ekstrakcija rastlinskih snovi z napravo UP400St (400W, 24kHz)
Zakaj je ultrazvočna ekstrakcija boljša?
Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) je zelo učinkovita ekstrakcijska tehnika, ki temelji izključno na mehanskih silah. Za ultrazvočno oziroma akustično kavitacijo so značilne močne strižne sile ter lokalno nastajajoče velike temperaturne in tlačne razlike. Te zelo močne kavitacijske sile povzročajo tako imenovano sonoporacijo, tj. nastajanje novih in povečevanje obstoječih por v celični membrani, ter razgradnjo rastlinskih celičnih struktur. Z ultrazvokom okrepljen tok topila v notranjost celice in iz nje prispeva k hitremu in popolnemu sproščanju rastlinskih snovi. Ker UAE uporablja izključno mehanske sile, rastlinskih molekul ne spreminja s kemikalijami ali intenzivno toplotno obdelavo in tako preprečuje kemične ali toplotno povzročene spremembe bioaktivnih snovi v rastlinah. Zato ultrazvočna ekstrakcija daje visokokakovostne izvlečke s celotnim spektrom snovi, ki zagotavljajo polne učinke skupnega delovanja rastlinskih snovi, znane kot tako imenovani učinek spremstva.
Ultrazvočna ekstrakcija: blaga, netoplotna, a zelo učinkovita tehnika za velike izkoristke izvlečkov vrhunske kakovosti.
Primerjava ultrazvočne ekstrakcije z drugimi tehnikami
Ultrazvočna ekstrakcija je široko uporabljena tehnika za sproščanje in izolacijo bioaktivnih spojin, kot so antioksidanti, polifenoli, polisaharidi, beljakovine, lipidi, kanabinoidi in druge fitokemikalije, iz rastlinskih materialov.
Sonikacija je prednostna metoda zaradi številnih prednosti, kot so veliki / popolni izkoristki ekstrakcije, hitra netoplotna obdelava, združljivost s skoraj vsemi topili (npr. vodo, etanolom, metanolom, izopropanolom, rastlinskimi olji, glicerolom itd.), preprosto in varno upravljanje ter majhne potrebe po vzdrževanju, pa tudi številnih drugih.
Spodnja tabela primerja ultrazvočno ekstrakcijo z drugimi običajnimi ekstrakcijskimi metodami in poudarja prednosti UAE.
Ultrazvočni ekstraktorji Hielscher se odlikujejo po učinkovitosti, zanesljivosti in prijaznosti do uporabnika
| Ultrazvočna ekstrakcija | Maceracija | Ekstrakcija s CO2 | Soxhlet | Perkolacija | |
|---|---|---|---|---|---|
| Topilo | združljiva s skoraj vsakim topilom | voda, vodna in nevodna topila | CO2 | voda, vodna in nevodna topila | organska topila |
| Temperatura | netoplotna ekstrakcija, natančen nadzor temperature |
temperatura okolice | s segrevanjem | temperatura okolice, občasno se uporablja segrevanje |
nad kritično temperaturo 31°C |
| Tlak | možna sta atmosferski ali povišan tlak |
atmosferski | atmosferski | atmosferski | zelo visoki tlaki (nad kritičnim tlakom 74 bar) |
| Čas obdelave | kratko | zelo dolgo | dolgo | zelo dolgo | zmerno dolgo |
| Količina topila | majhna, velik delež trdnega rastlinskega materiala v topilu, zlasti pri uporabi sistema s pretočno celico |
velika | zmerna | velika | velike količine superkritičnega CO2 |
| Polarnost naravnega izvlečka | odvisna od topila; za ekstrakcijo nepolarnih in polarnih spojin je priporočljiva dvostopenjska ekstrakcija z uporabo dveh topil |
odvisna od topila | odvisna od topila | odvisna od topila | odvisna od tlaka (pri višjih tlakih bolj polaren) |
| Prilagodljivost / možnost povečanja obsega | za šaržno ekstrakcijo in ekstrakcijo v pretočnem sistemu, linearno povečanje obsega |
samo šaržna ekstrakcija, omejena možnost povečanja obsega |
samo šaržna ekstrakcija, omejena možnost povečanja obsega |
samo šaržna ekstrakcija, omejena možnost povečanja obsega |
samo šaržna ekstrakcija, omejena možnost linearnega povečanja obsega, zelo draga |
Zakaj je ultrazvočna ekstrakcija tako učinkovita?
Mehanizem, s katerim ultrazvok visoke moči intenzivira ekstrakcijo, pripisujemo predvsem pojavu akustične kavitacije. Ultrazvočna kavitacija povzroča trke med delci rastlinske biomase, kar vodi do drobljenja zaradi medsebojnih trkov delcev in zmanjšanja njihove velikosti. Ko se kavitacijski mehurčki sesedejo na površini trdnih rastlinskih delcev, erozija in sonoporacija dodatno povečata površino delcev. Tako okrepljen prenos snovi olajša sproščanje molekul, kot so beljakovine, lipidi, sladkorji, vitamini, antioksidanti, fitokemikalije in prehranske vlaknine. Strižne sile, ustvarjene z ultrazvokom, izboljšajo prodiranje topila v celični matriks rastlinskega materiala oziroma prepustnost celičnih membran. Ti mehanizmi ultrazvoka visoke moči so odgovorni za znatno intenzifikacijo procesa, doseženo pri uporabi ultrazvočne obdelave za ekstrakcijo rastlinskih snovi.
- veliki izkoristki
- izvlečki vrhunske kakovosti
- zelo učinkovit, hiter proces
- nizki obratovalni stroški
- ponovljivi rezultati
- linearno povečanje obsega
- preprosto in varno upravljanje
- robustnost
Pridobite tehnične informacije o ultrazvočnih ekstraktorjih Hielscher in njihovih prednostih!
Hielscher Ultrasonics načrtuje, izdeluje in distribuira visoko zmogljive ultrazvočne ekstraktorje za šaržno in neprekinjeno obdelavo v katerem koli proizvodnem obsegu. Poleg najvišjih tehničnih standardov, izjemne robustnosti in delovanja 24/7/365 za zelo učinkovito obratovanje ultrazvočne naprave Hielscher omogočajo preprosto in zanesljivo upravljanje. Visoka učinkovitost, pametna programska oprema, intuitiven meni, samodejno beleženje podatkov in daljinsko upravljanje prek brskalnika so le nekatere funkcije, po katerih se ekstraktorji Hielscher razlikujejo od druge ekstrakcijske opreme.
Prednosti ultrazvočnih ekstraktorjev Hielscher
Učinkovitost
- Večji izkoristki
- Hiter ekstrakcijski proces – v nekaj minutah
- Visokokakovostni izvlečki – blaga, netoplotna ekstrakcija
- Okolju prijazna topila (voda, etanol, glicerol, rastlinska olja itd.)
Preprostost
- Priključi in uporabljaj – namestitev in usposabljanje v nekaj urah
- Visoka zmogljivost obdelave – za proizvodnjo izvlečkov v velikem obsegu
- Šaržno ali neprekinjeno delovanje v pretočnem sistemu
- Preprosta namestitev – podpira več napetosti in zahteva priklop samo štirih cevi
- Premičnost
- Linearno povečanje obsega – za povečanje zmogljivosti vzporedno dodajte še en ultrazvočni sistem
- Daljinsko spremljanje in upravljanje – prek osebnega računalnika, pametnega telefona ali tablice
- Nadzor procesa ni potreben – namestite 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 šaržami
- Preprosto čiščenje
Varnost
- Preprosto in varno upravljanje
- Ekstrakcija brez topil ali s topili (voda, etanol, rastlinska olja, glicerol itd.)
- Brez visokih tlakov in temperatur
- Na voljo so sistemi s protieksplozijsko zaščito in certifikatom ATEX
- Preprosto upravljanje (tudi na daljavo)
Topila za ultrazvočno ekstrakcijo
Izberite idealno topilo za svoj ekstrakcijski proces: voda, mešanica vode in alkohola, izopropilni alkohol, heksan, etanol, metanol, butan, rastlinska olja, glicerol,
nestrupena topila ter vsa druga standardna topila so združljivi z ultrazvočno ekstrakcijo.
Ultrazvočna ekstrakcija s hladno vodo: Čeprav je voda tehnično topilo, tako imenovano univerzalno topilo, se ekstrakcija z vodo na splošno šteje za ekstrakcijo brez topil. Ultrazvočna ekstrakcija brez topil ne zahteva nobenih tujih snovi. Suspenzija vode in rastlinskega materiala se sonikira, da se razgradijo rastlinske celične stene in se bioaktivne molekule sprostijo v vodo (topilo). Sonikacija je povsem mehanska metoda, ki kemično ne spremeni surovine in izvlečka. Zato je ultrazvočna ekstrakcija prednostna tehnika za proizvodnjo visokokakovostnih rastlinskih izvlečkov.
Ultrazvočna naprava s sondo UIP1000hdT z mešalom za proizvodnjo rastlinskih izvlečkov, kot so kanabinoidi (npr. CBD, THC, CBG)
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih ekstraktorjev (šaržna in pretočna obdelava):
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Industrijska namestitev ultrazvočnega ekstraktorja UIP4000hdT za proizvodnjo rastlinskih izvlečkov.
Hielscher Ultrasonics izdeluje in dobavlja visoko zmogljive ultrazvočne ekstraktorje za laboratorijski, pilotni in industrijski obseg.
Literatura / reference
- 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 izdeluje visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje od laboratorijske do industrijske velikosti.