Sonikacija po hitrosti prekaša druge metode ekstrakcije
Hiter postopek ultrazvočne ekstrakcije in posledični prihranek časa pri proizvodnji ekstraktov sta ena od številnih prednosti ultrazvočne ekstrakcije bioaktivnih spojin iz rastlin. Ultrazvočno ekstrakcijo so znanstveno primerjali z alternativnimi ekstrakcijskimi tehnikami, kot so ekstrakcija s superkritičnim CO2, maceracija, ekstrakcija s segrevanjem pod refluksom, Soxhletova ekstrakcija ali mikrovalovna ekstrakcija, rezultati raziskav pa dokazujejo znatno prednost sonikacije glede hitrosti ekstrakcije in izkoristka.
Sonikacija kot hiter postopek ekstrakcije
Ultrazvočna ekstrakcija bioaktivnih spojin je znana po visokih izkoristkih, visokokakovostnih ekstraktih, kratkem času ekstrakcije, nizki porabi energije in možnosti uporabe zelo blagih topil. Vsi ti dejavniki prispevajo k izjemni splošni učinkovitosti ultrazvočne ekstrakcije bioaktivnih sestavin iz rastlinskih materialov.
Spodaj je izbor znanstvenih raziskovalnih poročil, v katerih so ultrazvočno ekstrakcijo (tudi ekstrakcijo s pomočjo ultrazvoka / UAE) primerjali z drugimi ekstrakcijskimi tehnikami, kot so maceracija, Soxhletova ekstrakcija, ekstrakcija s segrevanjem pod refluksom, ekstrakcija s superkritičnim CO2 in mikrovalovna ekstrakcija.
Ultrazvočni procesor UP400St za hitro ekstrakcijo rastlinskih surovin v šaržnem načinu
| Uporaba ekstrakcije | Čas ultrazvočne ekstrakcije | Čas alternativne metode ekstrakcije | Dodatne informacije | Vir |
|---|---|---|---|---|
| Ekstrakcija antocianinov iz mirtinih jagod | 5 min | 15 min mikrovalovna ekstrakcija |
ultrazvočni procesor UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| Ekstrakcija listov bolda | 5–30 min | 15–90 min maceracija |
ultrazvočni procesor UIP1000hdT “Vidimo lahko, da je izkoristek pri sonikaciji, ki traja od 5 do 30 min, enakovreden izkoristku pri običajni maceraciji, ki traja od 15 do 90 min: UAE potrebuje tretjino časa, ki ga običajna maceracija potrebuje za ekstrakcijo topnih snovi iz listov.” |
Petigny et al., 2013 |
| Ekstrakcija skupnih fenolov in flavonoidov iz žajblja | 11 min | 30 min običajna ekstrakcija v vodni kopeli s stresalnikom pri 60ºC |
ultrazvočna ekstraktorja UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Ekstrakcija polifenolov iz oljčnih listov | 21 min | 60min običajna ekstrakcija s segrevanjem pod refluksom |
ultrazvočni procesor UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Ekstrakcija bioaktivnih fenolnih spojin iz listov Malva sylvestris | 49 min 48°C pri 110W |
5 h ekstrakcija v mešani plasti pri 150 rpm |
Ultrazvočni procesor UP200S Analiza HPLC je pokazala, da se je koncentracija bioaktivnih fenolnih spojin znatno povečala (p≺0,05) pri optimalnih pogojih za UAE . |
Bimakr et al., 2017 |
| Ekstrakcija lipidov iz semen zimske melone (Benincasa hispida) | ∼36 min | Ekstrakcija s superkritičnim ogljikovim dioksidom v kombinaciji s tehniko nihanja tlaka (SCE-PST) (∼50 min), ekstrakcija s superkritičnim CO2 (∼97 min) in običajna Soxhletova ekstrakcija (∼360 min) | Primerjava ekstrakcije s superkritičnim ogljikovim dioksidom (sCO2), ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka (UAE), ekstrakcije s superkritičnim ogljikovim dioksidom v kombinaciji s tehniko nihanja tlaka (SCE-PST) in Soxhletove ekstrakcije kaže, da je UAE najučinkovitejša in najhitrejša ekstrakcijska tehnika. | Bimakr et al. (2015) |
Primerjava ekstrakcije s superkritičnim ogljikovim dioksidom (sCO2), ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka (UAE), ekstrakcije s superkritičnim ogljikovim dioksidom v kombinaciji s tehniko nihanja tlaka (SCE-PST) in Soxhletove ekstrakcije kaže, da je UAE najučinkovitejša in najhitrejša ekstrakcijska tehnika.
- Visoka učinkovitost ekstrakcije
- Vrhunski izkoristki ekstrakcije
- Hiter postopek
- Nizke temperature
- Primernost za ekstrakcijo termolabilnih spojin
- Združljivost s katerim koli topilom
- Nizka poraba energije
- Okolju prijazna ekstrakcijska tehnika
- Enostavno in varno upravljanje
- Nizki investicijski in obratovalni stroški
- Delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah
Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji za hitro izolacijo spojin
Najsodobnejša ultrazvočna oprema Hielscher omogoča hitro ekstrakcijo visokokakovostnih biomolekul iz rastlin. Popoln nadzor nad procesnimi parametri, kot so amplituda, temperatura, tlak in vnos energije, omogoča najučinkovitejše in najblažje pogoje ekstrakcije, pri katerih nastajajo nepoškodovani, visoko bioaktivni ekstrakti. Parametre ultrazvočne ekstrakcije, kot so velikost delcev surovine, vrsta topila, razmerje med trdno snovjo in topilom ter čas ekstrakcije, je mogoče optimizirati za najvišjo učinkovitost in najboljše skupne rezultate. Ker je ultrazvočna ekstrakcija netermična metoda ekstrakcije, se je mogoče izogniti toplotni razgradnji bioaktivnih sestavin, kar zagotavlja vrhunsko kakovost ekstrakta.
Zaradi prednosti, kot so visok izkoristek, kratek čas ekstrakcije, nizka temperatura ekstrakcije in manjše potrebe po topilu, je sonikacija prednostna metoda ekstrakcije.
Sonikacija pri ekstrakciji antocianinov iz mirtinih jagod prekaša mikrovalovno ekstrakcijo. Sonikacija je trikrat hitrejša od mikrovalovne ekstrakcije.
Primerjava ultrazvočne ekstrakcije z običajno ekstrakcijo v vodni kopeli s stresalnikom kaže znatno krajši čas ekstrakcije skupnih fenolov in flavonoidov iz žajblja pri uporabi ultrazvočne ekstrakcije. Ultrazvočna ekstrakcija potrebuje le tretjino časa ekstrakcije v vodni kopeli s stresalnikom.
Ultrazvočna ekstrakcija: uveljavljena v laboratoriju in industriji
Ultrazvočna ekstrakcija se pogosto uporablja za ekstrakcijo katere koli vrste bioaktivnih spojin iz rastlinskih surovin, gliv, alg, bakterij in celic sesalcev. Ultrazvočna ekstrakcija se je uveljavila kot enostavna, stroškovno učinkovita in zelo učinkovita tehnika, ki druge tradicionalne ekstrakcijske tehnike prekaša z višjimi izkoristki ekstrakcije in krajšim časom obdelave.
Ker so laboratorijski, namizni in povsem industrijski ultrazvočni sistemi zlahka dostopni, je ultrazvočna ekstrakcija danes dobro uveljavljena in zaupanja vredna tehnologija. Ultrazvočni ekstraktorji Hielscher so nameščeni v industrijskih predelovalnih obratih po vsem svetu za proizvodnjo bioaktivnih spojin živilske in farmacevtske kakovosti.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih procesorjev:
| 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!
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, dispergiranje, emulgiranje in ekstrakcijo v laboratorijskem, pilotnem in industrijskem merilu.
Literatura / Reference
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Koristna dejstva
Načelo delovanja ultrazvočne ekstrakcije
Ultrazvočna ekstrakcija je široko uporabljena metoda za izolacijo in ločevanje bioaktivnih sestavin iz rastlinskih materialov. Ker je sonikacija združljiva s katero koli vrsto topila, je mogoče postopek ultrazvočne ekstrakcije optimalno zasnovati glede na bioaktivne spojine (tj. ciljne spojine), njihovo polarnost, topnost, občutljivost na toploto in druge dejavnike. S prilagoditvijo postopka sonikacije določeni spojini ali različnim spojinam je mogoče izbrati najidealnejšo konfiguracijo za pridobitev ekstrakta izjemno visoke kakovosti.
Ultrazvočni valovi, vneseni v tekočino ali suspenzijo, povzročajo intenzivne vibracije in akustično kavitacijo. Akustično oziroma ultrazvočno kavitacijo določajo lokalno nastajajoče izjemno velike razlike v tlaku, strižne sile in curki tekočine. Te sile razbijajo celične stene, razgrajujejo rastlinske celice in povečujejo prenos snovi med notranjostjo celic in topilom. Tako se bioaktivne sestavine učinkovito sproščajo v okoliško topilo, iz katerega je mogoče ciljne molekule enostavno izolirati in očistiti (npr. z rotacijskim uparjanjem, parno destilacijo ali HPLC).
Ultrazvočna ekstrakcija iz rastlinskih celic: mikroskopski prečni prerez (TS) prikazuje mehanizem delovanja med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x)
[vir: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje za uporabo od laboratorijskega do industrijskega merila.