Ultrazvočna ekstrakcija česna brez topil

Česen (Allium sativum) je bogat z organskimi žveplovimi spojinami (npr. alicinom, glutationom), ki imajo številne ugodne učinke na zdravje. Ultrazvočna ekstrakcija je zanesljiva in učinkovita tehnika za pridobivanje visoko koncentriranih izvlečkov česna. Sonikacija omogoča visok izkoristek visokokakovostnih izvlečkov s celotnim spektrom spojin v zelo kratkem času ekstrakcije.

Vrhunski izvlečki česna z ultrazvočno ekstrakcijo

Uporaba sonikatorja s sondo za ekstrakcijo alicina in organskih žveplovih spojin iz česna ponuja več prednosti, vključno z visokim izkoristkom in visoko kakovostjo izvlečka česna, hitro obdelavo ter okolju prijaznim pristopom brez topil. Ti dejavniki skupaj prispevajo k proizvodnji visokokakovostnih izvlečkov česna s povečano biološko aktivnostjo in enotno sestavo, zato je to prednostna metoda za raziskovalce in industrijske panoge, ki iščejo vrhunske izdelke iz česna.
V nadaljevanju podrobno obravnavamo ugodne učinke ekstrakcije česna s pomočjo ultrazvoka:

• Prvič, sonikator s sondo uporablja ultrazvočne valove, ki se skozi titanovo sondo, imenovano sonotroda, prenašajo v ekstrakcijski medij. Mehanska energija ultrazvočnih valov v tekočini ustvarja kavitacijske mehurčke, ki se hitro sesedajo. Med tem procesom se pojavijo intenzivna lokalna mikroturbulenca ter spremembe tlaka in temperature. Te sile spodbujajo razgradnjo celičnih sten česna. Ta razgradnja olajša sproščanje alicina in drugih organskih žveplovih spojin, ujetih v celicah, kar omogoča učinkovito ekstrakcijo.
• Drugič, nadzorovana in natančna sonikacija s sondo omogoča prilagajanje ekstrakcijskega procesa. Proizvajalci izvlečkov in raziskovalci lahko prilagajajo parametre, kot so čas sonikacije, amplituda in temperatura, da optimizirajo ekstrakcijske pogoje ter tako dosežejo največji izkoristek alicina in organskih žveplovih spojin ob čim manjši razgradnji občutljivih spojin. Takšna raven nadzora je ključna za pridobivanje visokokakovostnih izvlečkov z enotno sestavo in učinkovitostjo.
• Poleg tega je postopek sonikacije razmeroma hiter v primerjavi s tradicionalnimi ekstrakcijskimi metodami, kot sta maceracija ali ekstrakcija po Soxhletu. Ta učinkovitost ne prihrani le časa, temveč pomaga tudi ohranjati svežino in biološko aktivnost ekstrahiranih spojin. Krajše trajanje ekstrakcije zmanjša izpostavljenost izvlečka česna toploti in kisiku, ki lahko razgradita občutljive organske žveplove spojine.
• Poleg tega je ultrazvočna ekstrakcija združljiva s katerim koli topilom, vključno z blagimi in okolju prijaznimi topili, kot so voda, vodna raztopina etanola ali alkohol. To je še posebej pomembno, kadar se izvleček česna proizvaja za uporabo kot živilski dodatek, aroma, prehransko dopolnilo, nutracevtik ali farmacevtski izdelek, pri čemer se je treba izogniti tveganju kontaminacije s topili ali drugimi kemikalijami, da se zagotovita čistost in varnost končnega izdelka.

Ultrazvočna ekstrakcija alicina na vodni osnovi

Alicin je najobilneje zastopana tiosulfinatna molekula v izvlečku česna. Alicin ima protibakterijske, protivirusne, protiglivične, antiprotozojske, protirakave in hipoglikemične učinke ter je znan tudi po tem, da podpira zdravje srca in ožilja ter imunski sistem. Farmakološko delovanje česna je večinoma povezano z reakcijami tiol-disulfidne izmenjave z beljakovinami, ki vsebujejo tiolne skupine.
Za proizvodnjo visoko koncentriranih izvlečkov česna z visoko vsebnostjo organskih žveplovih spojin je ultrazvočna ekstrakcija zanesljiva in učinkovita tehnika za izolacijo tiolov in drugih bioaktivnih snovi iz česna. Sonikacija sprošča tiole iz notranjosti česnovih celic in omogoča pripravo izvlečka s celotnim spektrom biomolekul česna. Pri ultrazvočni ekstrakciji česna se lahko kot topilo uporablja voda, ki je nestrupena, poceni in okolju prijazna.
 

Prečni prerez stroka česna pred sonikacijo in po njej
raziskava in slike: Bose et al. 2014

Protokoli za ultrazvočno ekstrakcijo alicina

Za ultrazvočno ekstrakcijo česna je bilo razvitih več protokolov. V znanstvenih raziskavah je več raziskovalnih skupin dokazalo, da sonikacija omogoča visok izkoristek alicina, aliina, organskih žveplovih spojin in drugih fitokemikalij iz česna.
Arzanlou et al. (2010) poročajo o ultrazvočni ekstrakciji alicina iz strokov česna z uporabo vode kot topila. Uporabili so 20g ročno zdrobljenih strokov česna. Macerirani česen so sonikirali v 600mL destilirane vode 5 min z napravo Hielscher UP200S (200vatov) pri 100 % amplitudi. Za odvajanje toplote so uporabili ledeno kopel. Po ultrazvočni ekstrakciji so česnovo kašo stisnili skozi petplastno sirarsko gazo. Suspenzijo so prenesli v 50mL epruveto in jo centrifugirali pri 1258g in 4ºC 20 min, da so preostale delce ločili od tekočine. Supernatant so prenesli v sterilno 50mL epruveto in jo zaprli za shranjevanje.

Bose et al. (2014) so ultrazvočno ekstrakcijo s sondo primerjali s tradicionalno maceracijo, sonikacijo v kopeli in mikrovalovno ekstrakcijo. Rezultati so pokazali, da je ultrazvočna ekstrakcija s sondo omogočila najvišje izkoristke alicina.

Ismail et al. (2014) poročajo o učinkoviti ultrazvočni ekstrakciji biomolekul cisteina in glutationa, ki vsebujeta žveplo, iz česnovih čebulic. Za ekstrakcijo tiolov iz česnovih čebulic so uporabili ultrazvočno ekstrakcijo na vodni osnovi z napravo UP100H pri nastavitvi amplitude 100%. Ugotovili so, da je bila pri ekstrakciji v odprti čaši optimalna koncentracija česna 10% (w/v). Tiole so kvantificirali z metodo z Ellmanovim reagentom. Dosegli so izkoristek izvlečka 0,170mM tiolov. Raziskovalci ugotavljajo, da je ultrazvočna ekstrakcija na vodni osnovi preprosta, varna in stroškovno učinkovita metoda za izolacijo tiolov iz česna.
 
 

Visokozmogljivi sonikatorji za ekstrakcijo česna

Ekstrakcijski sistemi Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo v živilski in farmacevtski industriji za komercialno proizvodnjo visokokakovostnih rastlinskih izvlečkov, ki se uporabljajo kot živilski dodatki, prehranska dopolnila in terapevtska sredstva. Ne glede na to, ali želite proizvajati manjše šarže izvlečkov česna ali obdelovati velike količine visokokakovostnih rastlinskih izvlečkov, ima Hielscher Ultrasonics idealen ultrazvočni ekstraktor za vas.

Konkurenčne prednosti ultrazvočne ekstrakcije

Glavne prednosti ultrazvočne ekstrakcije bioaktivnih spojin iz rastlinskih materialov, kot je česen, vključujejo bistveno krajši čas ekstrakcije in obdelave, njeno prijaznost do okolja zaradi ekstrakcije na vodni osnovi ali zmanjšane uporabe topil in zanemarljivo majhnih emisij CO₂, majhno porabo energije ter preprosto in varno upravljanje ultrazvočnih sistemov.

Standardizacija procesa s Hielscher Ultrasonics

Izvlečke, ki se uporabljajo v živilih ali farmacevtskih izdelkih, je treba proizvajati v skladu z dobro proizvodno prakso (GMP) in standardiziranimi specifikacijami obdelave. Digitalni sonikatorji Hielscher Ultrasonics so opremljeni z inteligentno programsko opremo, ki omogoča preprosto in natančno nastavljanje ter nadzorovanje postopka sonikacije. Samodejno beleženje podatkov na vgrajeno kartico SD zapisuje vse parametre ultrazvočnega procesa, kot so ultrazvočna energija (skupna in neto energija), amplituda, temperatura in tlak (kadar so nameščena temperaturna in tlačna tipala), skupaj z datumskim in časovnim žigom. To vam omogoča pregled vsake ultrazvočno obdelane serije. Hkrati sta zagotovljeni ponovljivost in stalno visoka kakovost izdelka. Robustnost vseh sonikatorjev Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: