Фитохемија и соникација: високоефикасна ултразвучна екстракција биљних биоактивних једињења
Фитохемија је наука о хемијским једињењима биљног порекла – од полифенола, флавоноида и алкалоида до терпена, сапонина, гликозида, пигмената, антиоксиданаса и састојака етарских уља. Ова фитохемијска једињења су драгоцена за нутрацеутике, фармацеутске производе, козметику, прехрамбене састојке, природне боје, мирисе, биљне екстракте и аналитичка истраживања.
Унапредите екстракцију фитохемијских једињења помоћу Hielscher соникатора
Екстрахујте више биоактивних једињења за краће време
Hielscher соникатори са сондом интензивирају екстракцију из биљног материјала разарањем биљних ћелија и убрзавањем преноса масе. То омогућава екстракцију фитохемијских једињења са високим приносом из зељастих биљака, корења, листова, цветова, плодова, семена, коре, алги и других биљних материјала.
Зашто изабрати Hielscher системе за ултразвучну екстракцију
- Већи приноси екстракције: Издвојите више циљних једињења из исте биљне сировине.
- Краће време обраде: Замените дуготрајну мацерацију или кораке екстракције који захтевају интензивно загревање брзом ултразвучном обрадом.
- Блага, нетермичка екстракција: Очувајте фитохемијска једињења осетљива на топлоту, као што су полифеноли, терпени, антоцијанини, витамини и антиоксиданси.
- Флексибилан избор растварача: Користите воду, етанол, смеше етанола и воде, глицерин, уља, дубоке еутектичке раствараче или друге погодне екстракционе медијуме.
- Прецизна контрола процеса: Подесите амплитуду, снагу, унос енергије, време, температуру, притисак и проток.
- Линеарно повећање размера процеса: Развијте параметре екстракције у лабораторији и пренесите их у пилотску и индустријску производњу.
- Шаржни и проточни рад: Изаберите соникацију у лабораторијској чаши, обраду у резервоару са мешалицом или континуалну проточну екстракцију.
- Робусна индустријска конструкција: Hielscher ултразвучни уређаји пројектовани су за захтевна производна окружења, поновљив рад и једноставну интеграцију.
Соникатор UIP1000hdT за екстракцију фитохемијских једињења
Ултразвучна обрада за бржу, чистију и потпунију екстракцију фитохемијских једињења
Да би се фитохемијска једињења користила у формулацијама, испитивањима или комерцијалним производима, прво се морају ослободити из биљног матрикса. Управо ту соникација постаје једна од најефикаснијих технологија екстракције. Ултразвучни уређаји са сондом стварају интензивну акустичну кавитацију у течностима и суспензијама. Настала микротурбуленција, смицајне силе и флуктуације притиска разарају биљне ћелије, побољшавају продирање растварача и убрзавају пренос биоактивних молекула у екстракциони медијум.
Hielscher Ultrasonics испоручује ултразвучне уређаје високих перформанси за екстракцију фитохемијских једињења, од лабораторијских истраживања до индустријске производње у пуном обиму. Било да развијате биљни екстракт, оптимизујете припрему узорака за анализу или повећавате размере процеса производње састојка биљног порекла, соникација вам омогућава прецизну контролу интензитета екстракције, поновљивости и капацитета обраде.
Соникатор UP200Ht за екстракцију фитохемијских једињења
Шта је соникација у фитохемији?
Соникација је примена ултразвука велике снаге на течност или суспензију. У фитохемији се соникација најчешће користи за екстракцију потпомогнуту ултразвуком, припрему узорака, разарање ћелија, дисперговање, емулговање и интензивирање процеса.
Када ултразвучна сонда високог интензитета преноси звучне таласе у екстракциони медијум, наизменични циклуси високог и ниског притиска стварају акустичну кавитацију. Кавитациони мехурићи расту и нагло колабирају. Овај колапс ствара локализоване смицајне силе, микромлазеве течности и интензивне ефекте мешања.
При екстракцији из биљног материјала, ови ефекти помажу да се:
- разоре ћелијски зидови и мембране
- повећа доступност унутарћелијских једињења растварачу
- смање гранични слојеви око биљних честица
- побољша дифузија фитохемијских једињења у растварач
- скрати време екстракције
- повећа поновљивост
- смање потребу за прекомерним загревањем или продуженим излагањем растварачу
Резултат је бржи, ефикаснији и често блажи процес екстракције у поређењу са конвенционалним методама мацерације, инфузије, перколације или екстракције под рефлуксом.
Зашто је соникација важна за савремену екстракцију фитохемикалија
Биљне сировине су сложене. Биоактивна једињења су затворена у биљним ћелијама, везана за структурне компоненте или распоређена у различитим ткивима. Конвенционална екстракција често захтева дуго време задржавања, велике запремине растварача или повишене температуре. Ови услови могу бити неефикасни и могу довести до разградње термолабилних једињења.
Екстракција потпомогнута ултразвуком превазилази ова ограничења интензивирањем физичког ослобађања фитохемикалија. Уместо да се ослања само на пасивну дифузију, соникација активно разара биљни матрикс и подстиче пренос масе.
Због тога је ултразвучна екстракција посебно корисна када је произвођачима потребно следеће:
- већи принос из скупих биљних сировина
- краћи производни циклуси
- мања потрошња растварача
- побољшана екстракција једињења осетљивих на топлоту
- репродуктивна екстракција за контролу квалитета
- скалабилна обрада од лабораторије до производње
- компатибилност са еколошки прихватљивим растварачима и састојцима са чистом декларацијом
У фитохемијским истраживањима соникација такође побољшава припрему узорака за анализу. Лабораторије могу брзо и доследно да екстрахују циљна једињења пре примене HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis, тестова антиоксидативне активности или других аналитичких метода.
Конвенционалне методе наспрам метода екстракције – поређење
| Конвенционална метода екстракције | Ограничења конвенционалне методе | Предност соникације |
|---|---|---|
| Мацерација | Мацерација је једноставна, али спора. За постизање прихватљивог приноса екстракције могу бити потребни сати, дани или чак недеље. | Соникација убрзава исти принцип екстракције растварачем тако што активно разара биљне ћелије и побољшава дифузију. То може драстично скратити време обраде. |
| Екстракција под рефлуксом | Екстракција под рефлуксом користи топлоту за побољшање растворљивости и преноса масе. Међутим, топлота може разградити осетљиве фитохемикалије и повећати потрошњу енергије. | Соникација постиже високу ефикасност екстракције на нижим температурама, што је чини погодном за биљна једињења осетљива на топлоту. |
| Екстракција по Сокслету | Екстракција по Сокслету широко се користи у лабораторијама, али захтева велике количине растварача и много времена. | Ултразвучна екстракција може смањити запремину растварача и скратити време екстракције, што је чини привлачном за аналитички рад, истраживање и развој и развој процеса. |
| Механичко мешање | Мешање мешалицом побољшава измешаност, али не обезбеђује исто разарање ћелија изазвано кавитацијом као ултразвук који се примењује сондом. | Соникација обједињује мешање, деагломерацију честица и разарање ћелија у једном процесном кораку, што резултира интензивнијом екстракцијом. |
Шаржна и проточна соникација за биљне екстракте
Шаржна ултразвучна екстракција
Шаржна соникација је идеална за лабораторијска истраживања, развој формулација, производњу малог обима и флексибилну обраду. Соникатор са сондом урања се у посуду која садржи суспензију биљног материјала у растварачу. Шаржна обрада се лако успоставља и одлична је за испитивање параметара као што су врста растварача, амплитуда, време екстракције и температура.
Континуална проточна ултразвучна екстракција
За веће обиме производње, континуална проточна соникација је пожељна конфигурација. Биљна суспензија се пумпа кроз ултразвучну проточну ћелију, где се излаже контролисаној кавитацији. Проточна обрада побољшава репродуктивност, контролу процеса и производни капацитет. Такође чини повећање размера процеса предвидљивијим јер се унос енергије, време задржавања и проток могу прецизно дефинисати.
Индустријски ултразвучни уређаји Hielscher пројектовани су за континуалан рад и могу се интегрисати са пумпама, измењивачима топлоте, прихватним резервоарима, системима за филтрацију, регенерацију растварача и накнадно концентрисање.
Табела у наставку даје оријентациони преглед приближног капацитета обраде наших соникатора за екстракцију из биљног материјала
| Запремина шарже | Проток | Препоручени соникатор |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000hdT |
Фитохемикалије екстраховане соникацијом
Соникација је погодна за широк спектар класа фитохемикалија. Резултат екстракције зависи од биљног материјала, величине честица, растварача, температуре, амплитуде ултразвука, времена задржавања и накнадне сепарације.
Полифеноли и флавоноиди
Полифеноли и флавоноиди спадају међу највише проучаване фитохемикалије због својих антиоксидативних својстава и значаја у прехрамбеним, нутрацеутским и козметичким формулацијама. Ултразвучна екстракција побољшава ослобађање фенолних киселина, катехина, кверцетина, рутина, антоцијанина и сродних једињења из лишћа, плодова, љуски, цветова, семена и коре.
Терпени и састојци етарских уља
Терпени и ароматична једињења важни су за биљне екстракте, мирисе, ароме и прераду канабиса или конопље. Соникација може побољшати екстракцију из биљних ткива уз истовремено омогућавање контроле температуре у благим условима, што је важно за испарљива једињења и једињења осетљива на оксидацију.
Алкалоиди
Алкалоиди су присутни у многим лековитим биљкама и често се екстрахују у аналитичке, фармацеутске или нутрацеутске сврхе. Ултразвучни третман побољшава разарање матрикса и може убрзати пренос алкалоида у одговарајуће раствараче.
Сапонини, гликозиди и танини
Многи коренови, зељасте биљке, махунарке и лековите биљке садрже сапонине, гликозиде и танине. Соникација помаже у ослобађању ових једињења из влакнастих или густих биљних матрикса и може се оптимизовати ради постизања равнотеже између приноса екстракције и селективности.
Пигменти и антиоксиданси
Природни пигменти као што су антоцијанини, хлорофили, каротеноиди и беталаини драгоцени су за примену у храни, пићима, козметици и аналитици. Пошто су многи пигменти осетљиви на топлоту, кисеоник и pH, ултразвучна екстракција у условима контролисане температуре веома је повољна.
Канабиноиди и фитохемикалије конопље
Конопља и канабис садрже канабиноиде, терпене, флавоноиде и друге биљне састојке. Ултразвучна екстракција побољшава ослобађање ових једињења из самлевене биомасе и може се прилагодити системима растварача на бази етанола, смеша етанола и воде или других растварача.
Ултразвучна екстракција фитохемикалија
Често постављана питања: соникација и фитохемија
Шта је соникација у фитохемији?
Соникација у фитохемији представља примену ултразвука велике снаге за екстракцију, ослобађање или обраду хемијских једињења биљног порекла. Најчешће се користи за ултразвуком потпомогнуту екстракцију фитохемикалија као што су полифеноли, флавоноиди, терпени, алкалоиди, пигменти, антиоксиданси и састојци етарских уља.
Како се соникацијом екстрахују фитохемикалије из биљака?
Соникација ствара акустичну кавитацију у течности за екстракцију. Кавитација ствара силе смицања, микромлазеве и интензивно мешање, који разарају структуре биљних ћелија и побољшавају продирање растварача. Тиме се убрзава пренос фитохемикалија из биљног матрикса у растварач.
Које фитохемикалије могу да се екстрахују ултразвуком?
Ултразвучна екстракција може се користити за полифеноле, флавоноиде, антоцијанине, терпене, канабиноиде, алкалоиде, сапонине, танине, гликозиде, хлорофиле, каротеноиде, састојке етарских уља и многа друга једињења биљног порекла.
Да ли је ултразвучна екстракција погодна за фитохемикалије осетљиве на топлоту?
Да. Соникација се сматра благом, нетермичком методом екстракције када се температура правилно контролише. Због тога је погодна за једињења осетљива на топлоту, као што су антиоксиданси, пигменти, терпени и одређени витамини.
Да ли је соникација сондом боља од ултразвучног купатила за екстракцију фитохемикалија?
За ефикасну екстракцију, соникација сондом је углавном знатно снажнија и омогућава бољу контролу од ултразвучног купатила. Соникатор са сондом преноси енергију директно у течност, стварајући интензивну кавитацију у узорку или процесном току. Ултразвучна купатила имају знатно мањи интензитет и не обезбеђују поновљиве резултате при захтевним задацима екстракције. Погледајте разлику у резултатима ултразвучне екстракције при поређењу соникатора са сондом и ултразвучног купатила!
Који се растварачи могу користити за ултразвучну екстракцију фитохемикалија?
Уобичајени растварачи обухватају воду, етанол, смеше етанола и воде, глицерин, уља и друге раствараче прилагођене одређеној примени. За аналитичку екстракцију могу се користити метанол или други лабораторијски растварачи. Соникација се такође може комбиновати са дубоким еутектичким растварачима и природним дубоким еутектичким растварачима.
Може ли соникација скратити време екстракције?
Да. Ултразвучна екстракција може знатно скратити време екстракције у поређењу са конвенционалном мацерацијом, инфузијом или екстракцијом растварачем јер кавитација убрзава разарање ћелија и пренос масе.
Може ли се ултразвучна екстракција пренети на већи обим?
Да. Hielscher соникатори доступни су за обим обраде од лабораторијског до индустријског. Процеси развијени уз контролисане параметре као што су амплитуда, унос енергије, температура и време задржавања могу се пренети на веће шаржне системе или континуалне проточне системе.
Да ли је соникација погодна за индустријску екстракцију из биљног материјала?
Да. Индустријски ултразвучни процесори са проточним реакторима могу континуално обрађивати биљне суспензије. То чини соникацију погодном за комерцијалну производњу нутрацеутских екстраката, биљних тинктура, козметичких активних састојака, прехрамбених састојака и биоактивних једињења биљног порекла.
Које су главне предности Hielscher ултразвучних процесора за фитохемију?
Hielscher соникатори обезбеђују снажну кавитацију, прецизну контролу параметара, поновљиву екстракцију, шаржни и проточни рад, опције опреме за повећање обима обраде и компатибилност са многим растварачима и биљним материјалима. Погодни су за истраживање, развој процеса и производњу у пуном обиму.
Како да изаберем одговарајући ултразвучни екстрактор?
Избор најбољег ултразвучног екстрактора зависи од вашег биљног материјала, циљних једињења, растварача, запремине, садржаја чврсте материје, температурних ограничења и потребног капацитета обраде. Hielscher може препоручити одговарајући лабораторијски, пилотски или индустријски соникатор на основу вашег процеса екстракције.
Литература / Референце
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
- Turrini, F.; Beruto, M.; Mela, L.; Curir, P.; Triglia, G.; Boggia, R.; Zunin, P.; Monroy, F. (2021): Ultrasound-Assisted Extraction of Lavender (Lavandula angustifolia Miller, Cultivar Rosa) Solid By-Products Remaining after the Distillation of the Essential Oil. Applied Sciences 11, 2021.
- 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.
- 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.
- висока ефикасност
- најсавременија технологија
- поузданост и робусност
- подесива, прецизна контрола процеса
- шаржни и проточни рад
- за било коју запремину
- интелигентни софтвер
- паметне функције (нпр. могућност програмирања, евидентирање података, даљинско управљање)
- једноставно и безбедно руковање
- мали захтеви за одржавањем
- CIP (чишћење на месту)
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лабораторијских до индустријских величина.