Ultrazvočna ekstrakcija celičnega materiala

Ultrazvočna ekstrakcija ali sonoekstrakcija je tehnologija intenzifikacije procesov, ki deluje z vnosom ultrazvoka visoke moči v suspenzijo rastlinskega ali celičnega tkiva. Hielscher Ultrasonics dobavlja zanesljive ultrazvočne naprave za razgradnjo celic in ekstrakcijo, od majhnih laboratorijskih vzorcev do velikih količin pri industrijski obdelavi. Privlačnost ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka je v netoplotni obdelavi materiala, preprosti uporabi in možnosti povečanja merila od preskusnega do proizvodnega.

Ultrazvočne naprave Hielscher ustvarjajo ultrazvok visoke intenzivnosti, ki ga je mogoče natančno uravnavati glede na zahteve vašega procesa.

Spodnji seznam vsebuje različne protokole ultrazvočne obdelave, ki prikazujejo široko področje uporabe ultrazvoka visoke moči v biologiji, predelavi živil in farmacevtski proizvodnji.
Ne glede na to, ali načrtujete določeno ekstrakcijo rastlinskega materiala ali želite splošnejše informacije o naših visokozmogljivih ultrazvočnih ekstraktorjih, uporabite spodnji kontaktni obrazec! Z veseljem vam bomo pomagali!

Ultrazvočna ekstrakcija boldina iz listov bolda (Peumus boldus Molina)

Uporaba ultrazvoka:
Pomembna aktivna spojina v boldu je boldin ((S)-2,9-dihydroxy-1,10-dimethoxiaporphine), ki je poleg katehina ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxy-phenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-benzopyran-3,5,7-triol) glavna sestavina alkaloidne in flavonoidne frakcije v listih bolda. Boldin je močan antioksidant, ki utrpi peroksidativne poškodbe, posredovane s prostimi radikali, in deluje kot učinkovit lovilec hidroksilnih radikalov.
Postopek ekstrakcije: Pri značilnem postopku ekstrakcije so vzorce listov bolda ekstrahirali z 1L destilirane vode pri atmosferskem tlaku z ultrazvočno napravo UIP1000hd v šaržnem in pretočnem načinu. Čas ekstrakcije znaša od 10 do 40 min., intenzivnost ultrazvoka od 10 do 23 W/cm², temperaturno območje pa od 10 do 70°C. Najboljši rezultati so bili doseženi pri naslednjih pogojih: intenzivnost ultrazvoka 23 W/cm² za 40 min. pri temperaturi 36°C
Rezultati: Rezultati analize kažejo, da sonikacija z visoko močjo izboljša sproščanje analitov iz rastlinskega matriksa bolda z bistveno večjo hitrostjo v primerjavi s konvencionalno metodo: enak izkoristek je bil s sonikacijo dosežen v 30 min., medtem ko je čas konvencionalne ekstrakcije znašal 2h.
Chemat (2013) in sodelavci so pokazali, da ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka izboljša učinkovitost ekstrakcije rastlinskega materiala, hkrati pa skrajša čas ekstrakcije ob povečani koncentraciji ekstraktov (enaka količina topila in rastlinskega materiala). Analiza je pokazala, da so bili optimizirani pogoji naslednji: moč sonikacije 23 W/cm² z UIP1000hd za 40 min. in temperatura 36°C. Optimizirani parametri ultrazvočne ekstrakcije zagotavljajo boljšo ekstrakcijo v primerjavi s konvencionalno maceracijo z vidika časa procesa (30 min. namesto 120 min.), večjega izkoristka, večje energijske učinkovitosti, boljše čistoče, večje varnosti in boljše kakovosti izdelka.
Priporočena naprava:
UIP1000hdT s sonotrodo BS2d34 in pretočno celico
Referenca / raziskovalni članek:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Šaržna in kontinuirna ekstrakcija listov bolda (Peumus boldus Mol.) s pomočjo ultrazvoka. International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.

Ultrazvočna ekstrakcija klorogenske kisline iz tobačnih listov

Uporaba ultrazvoka:
Za poskuse ekstrakcije so tobačne liste vrste Nicotiana tabacum zmleli v manjše delce velikosti približno >4 x ≧2 mm. Pri preskusih ultrazvočne ekstrakcije so 20g vzorce posušenega materiala tobačnih listov ekstrahirali z destilirano vodo pri temperaturah od 5°C do 30°C. Poskuse ekstrakcije so izvajali s trajanjem ekstrakcijskih ciklov od 5 minut do 30 minut na cikel. Izračunani optimalni prostornini 256 ml destilirane vode, potrebne za ekstrakcijo vse topne klorogenske kisline iz 20 g vzorcev posušenih tobačnih listov, so dodali približno 10 do 15 kapljic etanola. Optimalno prostornino 256 ml destilirane vode so nato razdelili na manjše prostornine ekstrakcijskega topila za uporabo v posameznih ciklih ultrazvočne ekstrakcije.
Za ultrazvočno obsevanje so uporabili ultrazvočni procesor UP400S (400 vatov, 24 kHz) s sonotrodo H7 iz titana, katere konica je imela premer 7mm. Sonotrodo H7 so vstavili do polovice višine ekstrakcijske zmesi.
Protokol: Kot optimalni pogoji za ultrazvočno ekstrakcijo klorogenske kisline iz tobačnih listov so bili ugotovljeni: 20g posušenih tobačnih listov v destilirani vodi (optimalno razmerje med tekočo in trdno fazo: 12,8mL/g) pri temperaturi obdelave 20 degC, ultrazvočna naprava UP400S (400W, 24kHz) za 3 cikle sonikacije po 15min (skupno trajanje sonikacije: 45 min).
Priporočena naprava:
UP400S s sonotrodo H7
Referenca / raziskovalni članek:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optimizacija in ortogonalno načrtovanje postopka vodne ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka za pridobivanje klorogenske kisline iz suhih tobačnih listov. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
Preberite več o ultrazvočni ekstrakciji iz tobaka!

Ultrazvočna ekstrakcija mangiferina

Uporaba ultrazvoka:
Mangiferin (1,3,6,7-Tetrahydroxy-2-[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]xanthen-9-one; formula: C₁₉H₁₈O₁₁) je polifenol s strukturo C-glikozilksantona, ki ga najdemo v številnih rastlinskih vrstah. Mangiferin izkazuje različne farmakološke aktivnosti. Regioselektivno aciliranje mangiferina lahko lipaza ob sonikaciji zelo učinkovito katalizira. V primerjavi s konvencionalnimi metodami se kataliza s pomočjo ultrazvoka odlikuje po krajšem reakcijskem času in večjih izkoristkih. Ugotovljeni optimalni pogoji za ultrazvočno aciliranje mangiferina so bili naslednji:
lipaza: PCL, donor acilne skupine: vinil acetat; reakcijsko topilo: DMSO, reakcijska temperatura: 45 degC, moč ultrazvoka: 200W; razmerje substratov: donor acilne skupine/mangiferin 6/1, količina encima: 6 mg/ml
Izkoristek regioselektivnega aciliranja je znašal do 84%.
Priporočena naprava:
UP200St ali UP200Ht
Referenca / raziskovalni članek:
prim.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): Vpliv ultrazvoka na regioselektivno aciliranje mangiferina, katalizirano z lipazo, v nevodnih topilih. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56–63.

Ultrazvočna ekstrakcija kapsaicinoidov

Uporaba ultrazvoka:
Ekstrakcija kapsaicinoidov (kapsaicin, nordihidrokapsaicin) iz čilijev: kapsaicinoide iz plodov vrste Capsicum frutescens so pridobili z ultrazvočno ekstrakcijo pri naslednjih pogojih: topilo: 95% (v/v) etanol, razmerje med prostornino topila in maso 10 ml/g, čas ekstrakcije s sonikacijo 40 min., temperatura ekstrakcije 45°C. Izkoristek ekstrakcije: 85% kapsaicinoidov
Priporočena naprava:
UP400St
Preberite več o ekstrakciji kapsaicinoidov iz čilijev s pomočjo ultrazvoka!

Ultrazvočna ekstrakcija silimarina iz semen pegastega badlja

Uporaba ultrazvoka:
Ekstrakcijo s pomočjo ultrazvoka so izvedli z ultrazvočno napravo UP400S. V tej študiji so uporabili ultrazvočno sondo v obliki roga s premerom 1,5 cm. Natančno so odtehtali 10 g razmaščenega prahu pegastega badlja in ga raztopili v 100 mL metanola. Čašo so hranili v vodni kopeli in vzdrževali pri temperaturi 25°C. Prah pegastega badlja, raztopljen v topilu, so sonicirali različno dolgo (30, 60, 90, 120 in 150 min.). Po vsakem časovnem intervalu so raztopino filtrirali skozi filtrirni papir Whatman in vsak filtrat (približno 80mL) uparjali z rotacijskim uparjalnikom, dokler ni ostalo 30 mL raztopine, absorbanco fenolnih spojin pa so izmerili z UV-vidnim spektrofotometrom pri valovni dolžini 517 nm po metodi DPPH. Kot je bilo pričakovano, je podaljševanje časa ekstrakcije povzročilo povečanje vsebnosti silimarina.
Avtorji študije so ugotovili, da je ultrazvočna ekstrakcija za pridobivanje alkoholnih ekstraktov ena najboljših tehnik za nadomestitev konvencionalnih tehnik. Dokazano je bilo, da ultrazvočna ekstrakcija zagotavlja boljšo kakovost ekstrakta. Dodatne prednosti so prihranek časa, večja učinkovitost itd.
Priporočena naprava:
UP400St
Referenca / raziskovalni članek:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ekstrakcija sestavin silimarina iz semen pegastega badlja (Silybum Marianum L.) s pomočjo ultrazvoka. GIDA 36/6, 2011. 311–318.
Preberite več o ultrazvočni ekstrakciji silimarina iz semen pegastega badlja!

Ultrazvočna ekstrakcija steviozida

Uporaba ultrazvoka:
Vzorce 10g suhih in zmletih listov stevije so ekstrahirali v 100mL vode ob neprekinjenem mešanju (z magnetnim mešalom). Vrednost pH so uravnavali z 0,01 M natrijevim fosfatom s pH 7. Vzorec so dali v 150 mL stekleno čašo in ga sonicirali z ultrazvočno napravo s sondo UIP500hT (20kHz, 500W). Konico sonotrode so potopili približno 1,5 cm v suspenzijo listov stevije. Ultrazvočno napravo so nastavili na izhodno moč 350W. Blaga sonikacija z močjo 350 W za 5–10 min. pri stalni temperaturi procesa 30°C je dala izkoristek rebaudiozida A 30–34g na 100g vzorca. Po sonikaciji so raztopino ekstrakta centrifugirali in filtrirali skozi 0,45 μm mikroporozno membrano; filtrat so uporabili za analizo skupne vsebnosti rebaudiozida A. Ekstrakcijski izkoristek skupne vsebnosti rebaudiozida A so analizirali s HPLC.
Z ekstrakcijo brez topil s pomočjo ultrazvoka so dosegli velik izkoristek rebaudiozida A v primerjavi s tradicionalnimi metodami ekstrakcije, kot sta toplotna ekstrakcija ali maceracija.
Priporočena naprava:
UIP500hdT
Preberite več o ultrazvočni ekstrakciji stevije!

Ultrazvočna ekstrakcija terpenov

Uporaba ultrazvoka:
Ekstrakcijo hlapnih spojin, kot so terpeni, iz socvetij sorte Cannabis sativa L., namenjene pridobivanju vlaken, je mogoče izboljšati z ultrazvokom. Študije so pokazale, da se ciljni terpeni iz rastlinskega materiala sprostijo že po kratki sonikaciji.
Rezultati kažejo, da ultrazvočna obdelava, ki ni daljša od 5 min, omogoča doseganje večje koncentracije terpenov v primerjavi z maceracijo. Nasprotno pa je ultrazvočna obdelava, daljša od 5 min, povečala koncentracijo spojine δ-9-tetraidrocannabinol (THC).
Protokol sonikacije:
Ekstrakcijo terpenov s pomočjo ultrazvoka so izvedli z 200W ultrazvočno napravo s sondo. Ultrazvočno napravo so nastavili na 25% amplitudo. Trem alikvotom po 50g posušenih socvetij so vsakemu dodali 250mL 70% etanola v/v, ki so ga uporabili kot ekstrakcijsko topilo. Vsako čašo z vsebino so potopili v ledeno kopel. Sonikacijo so izvajali 5, 10 in 15 min. Med postopkom ultrazvočne ekstrakcije so zagotavljali neprekinjeno hitro odvajanje toplote, da bi ohranili temperaturo procesa pod 30°C. Po ekstrakciji so zmesi filtrirali pod vakuumom skozi papir Whatman št. 3, topilo pa odstranili z rotacijskim vakuumskim uparjanjem. Vsak preskus ekstrakcije so izvedli v treh ponovitvah s tremi različnimi vzorci.
Ugotovljeno je bilo, da je sonikacija zanimiva alternativa maceraciji za ekstrakcijo hlapnih spojin iz socvetij konoplje, vendar tudi, da ultrazvočna obdelava ne sme trajati dlje kot 5 minut, da bi dosegli večji izkoristek terpenov. Nasprotno pa je ultrazvočna obdelava, daljša od 5 minut, povečala koncentracijo spojine δ-9-tetraidrocannabinol (THC). Ekstrakt socvetij Cannabis sativa, pridobljen z ultrazvočno ekstrakcijo, ki je trajala 5 min, bi se lahko uporabljal kot sestavina parfumov ali aroma za pijače. Lahko se uporablja kot alternativa industrijski konoplji, pri kateri se stebla uporabljajo v industriji vlaken, ekstrakti socvetij pa v kozmetični in živilski industriji.
Priporočena naprava:
UP200St ali UP200Ht s sonotrodo / sondo S26d14
Referenca / raziskovalni članek:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ekstrakcija hlapnih spojin iz socvetij industrijske konoplje Cannabis sativa L. s pomočjo ultrazvoka”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8–14.
Preberite več o ekstrakciji terpenov s pomočjo ultrazvoka!

Ekstrakcijska postavitev za izolacijo rastlinskih snovi: ultrazvočna naprava s sondo UP400ST, vakuumski filter Büchi in rotacijski uparjalnik za ekstrakcijo fitokemikalij.

Ultrazvočna ekstrakcija vanilina iz obdelanih strokov vanilje

Uporaba ultrazvoka:
Ekstrakcijo vanilina so optimizirali s sonikacijo. Zato je ultrazvočna naprava z močjo 100 vatov delovala v pulznem načinu (cikli: 5 sek. vklopa, ki jim sledi 5 sek. izklopa).
Najboljši rezultati ultrazvočne ekstrakcije so bili doseženi s 40% etanolom za 1h pri 30°C. Za primerjavo rezultatov s konvencionalnimi metodami ekstrakcije so izvedli tudi ekstrakcijo v vodni kopeli in ultrazvočni kopeli. Rezultati so pokazali, da je bila optimizacija ekstrakcije vanilina z ultrazvočno sondo v obliki roga s 40% etanolom za 1h pri 30°C primerljiva z ekstrakcijo v vodni kopeli s 40% etanolom pri 56°C za 15h.
Priporočena naprava:
UP100H
Referenca / raziskovalni članek:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Izboljšana ekstrakcija vanilina 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde iz obdelanih strokov vanilje z ekstrakcijo s pomočjo ultrazvoka: primerjava ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka in ekstrakcije v vroči vodni kopeli. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6–12.
Preberite več o prednostih ultrazvočne ekstrakcije vanilina!

Ultrazvočna ekstrakcija fenolnih spojin iz Ziziphus Jujube

Uporaba ultrazvoka:
Za ekstrakcijo fenolnih spojin žižole (Ziziphus Jujube) s pomočjo ultrazvoka so uporabili ultrazvočno napravo visoke intenzivnosti s sondo UP200H z močjo 200W in frekvenco 24kHz. Ultrazvočna naprava je bila opremljena s sonotrodo S2 z mikrokonico (premer konice 2 mm), ki je bila potopljena v vodno kopel, v kateri je bila steklena posoda za obarjanje z vzorcem (notranje mere: 280:195:135 mm). Amplituda ultrazvočnih nihanj je znašala 100% nazivne moči (največja amplituda 260 μm), akustična moč 0,171402 W in intenzivnost 21,8346 W/cm2. Intenzivnost ultrazvoka so določili kalorimetrično z merjenjem naraščanja temperature suspenzije v odvisnosti od časa pri adiabatnih pogojih. Postopek ultrazvočne ekstrakcije so uporabili za ekstrakcijo skupnih fenolnih spojin iz vzorcev v skladu z načrtom poskusa (za optimizacijo).
Priporočena naprava:
UP200H s sonotrodo S2
Referenca / raziskovalni članek:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimizacija ekstrakcije fenolnih spojin žižole (Ziziphus Jujube) z metodo ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka. IECFP 2013.

Kliknite tukaj za več protokolov sonikacije za ultrazvočno obdelavo biološkega materiala!