Екстракција терпена ултразвуком

Доказано је да ултразвучна екстракција терпена даје високе приносе терпена кариофилен-оксида, нпр. из канабиса и хмеља. Кариофилен-оксид је терпен који се налази у канабису, хмељу, биберу, босиљку и рузмарину. Као активно једињење, екстраховани терпен кариофилен-оксид користи се као ароматични додатак и додатак за здравље.

Употреба екстрахованог кариофилен-оксида

Кариофилен-оксид се одликује ароматичним мирисом и укусом (тј. мирисом и укусом биља). Због свог интензивног ароматичног мириса и укуса често се користи као ароматични додатак у храни, као и као мирисна компонента. Осим тога, има способност везивања за ендокрине CB2 рецепторе у људском телу, што га чини занимљивом фармацеутском компонентом.

Ултразвучна екстракција терпена из хмеља: екстракција се изводи помоћу Hielscher UP100H ради издвајања кариофилена и других терпена из шишарки хмеља.

Ултразвучна екстракција кариофилен-оксида

Ултразвучна екстракција терпена кариофилен-оксида одлична је техника за постизање високих приноса, нпр. из канабиса и хмеља. Прочитајте више о акустичној кавитацији, делотворном принципу ултразвучне екстракције!
На пример, β-кариофилен-оксид је ултразвучно екстрахован помоћу ултразвучног уређаја UP100H (100W, 30kHz) из осушених пупољака хмеља.
Подаци GC анализе показују принос екстракције β-кариофилен-оксида, екстрахованог помоћу уређаја компаније Hielscher UP100H из хмеља.

GC анализа ултразвучног екстракта кариофилен-оксида из пупољака хмеља

Гаснохроматографска анализа ултразвучног екстракта хмеља: β-кариофилен-оксид, α-кариофилен, α-пинен, mycrene, лимонен, α-caryophylene, кариофилен-оксид и други.

Поред β-кариофилен-оксида, успешно су екстраховани и други терпени, као што су α-кариофилен, α-пинен, mycrene, лимонен и α-caryophylene, између осталих.

Како се терпени екстрахују из биљака помоћу ултразвучне сонде? Упутство корак по корак!

Најпре се биљни материјал меље или сецка на ситне комаде како би се повећала површина за екстракцију.
Биљни материјал се затим меша са растварачем (као што су етанол или вода) ради екстракције терпена.
Затим се примењује ултразвучна обрада сондом како би се потпомогао процес екстракције увођењем ултразвучних таласа високог интензитета и ниске фреквенције од приближно 20kHz у суспензију. То изазива акустичну кавитацију и брзо вибрирање растварача, што подстиче распадање и разарање биљних ћелија и ослобађање терпена.
Смеша се затим филтрира да би се чврсти биљни материјал одвојио од течности која садржи екстраховане терпене.
Течност се затим упарава или подвргава даљој обради како би се уклонио растварач и концентровали терпени.
Коначни производ је екстракт богат терпенима који се може користити у различитим применама, као што су додаци исхрани, функционална храна и козметика.

Протокол ултразвучне екстракције терпена

Хмељ је самлевен уобичајеним млином за кафу како би се добила уједначенија величина честица узорка хмеља.
У бочицу је стављено 4,5mg хмеља, а затим је додато 5mL етанола. Бочица је постављена у лабораторијску чашу са леденом водом ради одвођења топлоте. Узорак је затим сонициран уређајем UP100H, опремљеним сонотродом MS7, при подешеној амплитуди од 50% током 90sec.

Подаци GC анализе екстраката хмеља (екстрахованих соникацијом)

Гаснохроматографска анализа ултразвучног екстракта хмеља:

Соникација обезбеђује висок пренос масе између ћелијског матрикса и растварача, чиме се постиже веома висок принос екстракта високог квалитета.

Предности ултразвучне екстракције терпена

екстракти терпена високог квалитета (без термичке разградње)
високи приноси
брз поступак
брз повраћај инвестиције
блажи растварачи
мања потрошња растварача
безбедно и једноставно руковање
мали захтеви за одржавање
зелена, еколошки прихватљива екстракција терпена

Ултразвучна екстракција терпена издваја се као зелена метода екстракције која омогућава значајно убрзавање поступка екстракције терпена, уз мању потрошњу енергије од других конвенционалних метода екстракције (тј. суперкритични CO2, Soxhlet итд.). Друге предности повезане са применом ултразвучне екстракције терпена јесу једноставно руковање ултразвучним екстрактором, брз процес, одсуство хемијског отпада, висок принос, еколошка прихватљивост, побољшан квалитет захваљујући благим условима обраде и спречавање термичке разградње.

Ултразвучни екстрактори за терпене

Табела у наставку даје смернице о томе који би ултразвучни уређај могао бити најпогоднији за ваше захтеве у погледу екстракције терпена.

Запремина шарже	Проток	Препоручени уређаји
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	UIP4000
n.a.	10 до 100L/min	UIP16000
n.a.	већи	група уређаја UIP16000

У овој презентацији упознајемо вас са производњом биљних екстраката. Објашњавамо изазове у производњи висококвалитетних биљних екстраката и како вам соникатор може помоћи да их превазиђете. Ова презентација ће вам показати како функционише ултразвучна екстракција. Сазнаћете које предности можете очекивати од употребе соникатора за екстракцију и како можете увести ултразвучни екстрактор у своју производњу екстраката.

Повезане теме

Литература/Референце

Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445

Чињенице које вреди знати

Кариофилен

Кариофилен, или (−)-β-кариофилен, природни је бициклични сесквитерпен који се може наћи у многим етарским уљима. Следеће биљке познате су као добар извор кариофилена: канабис, конопља (Cannabis sativa), црни ким (Carum nigrum), каранфилић (Syzygium aromaticum), хмељ (Humulus lupulus), босиљак (Ocimum spp.), оригано (Origanum vulgare), црни бибер (Piper nigrum), лаванда (Lavandula angustifolia), рузмарин (Rosmarinus officinali) и уље копаибе (Copaifera spp.). β-кариофилен је фитоканабиноид са снажним афинитетом према канабиноидном рецептору типа 2 (CB 2), али не и према канабиноидном рецептору типа 1 (CB 1).

Кариофилен-оксид

Кариофилен-оксид (такође β-кариофилен-оксид) оксидациони је дериват β-кариофилена и представља бели кристални чврсти прах са тачком топљења од приближно 62°C.
Цењен је због свог противупалног, локалног анестетичког и антиоксидативног дејства. Почетна истраживања указују на то да би кариофилен-оксид могао бити и потенцијални лек за лечење рака. Кариофилен-оксид је део циклобутанског прстена, који се већ користи у медицинским истраживањима за синтезу широко коришћеног хемотерапијског лека карбоплатина.
Кариофилен-оксид, у коме је олефин кариофилена постао епоксид, одобрена је компонента за ароматизацију хране.
И β-кариофилен и β-кариофилен-оксид показују слабу растворљивост у води, што отежава њихову апсорпцију у ћелију. Да би се ови сесквитерпени користили као лекови или додаци исхрани, инкапсулација у липозоме превазилази слабу растворљивост ових сесквитерпена у воденим течностима и обезбеђује биорасположивост и биоактивност. Кликните овде да бисте сазнали више о ултразвучној инкапсулацији биоактивних једињења!

Кариофилен-оксид у канабису

У биљци Cannabis sativa кариофилен-оксид се налази као сесквитерпен који се састоји од три изопренске јединице. Кариофилен-оксид је један од највећих и најзаступљенијих терпена у биљци канабиса и одговоран је за карактеристичну арому и мирис канабиса. Ултразвучна екстракција се успешно примењује за производњу канабидиолних уља пуног спектра, чиме се обезбеђује ефекат заједничког деловања разноврсних једињења.

Ултразвучна кавитација за екстракцију

Када се ултразвучни таласи велике снаге уведу у течност, у њој настају циклуси компресије и експанзије (разређивања). Током разређивања у течности настају шупљине, односно такозвани кавитациони мехурићи. Ови кавитациони мехурићи, који су сићушни вакуумски мехурићи, настају при деловању негативног притиска, када се премаши локална затезна чврстоћа течности. Вакуумски мехурићи расту током више циклуса компресије / разређивања, све док више не могу да апсорбују енергију и кавитациони мехурић не доживи имплозивни колапс. Ова појава позната је као кавитација. Према истраживању проф. Саслика (1990), у кавитационим мехурићима владају екстремни услови са температурама до 5000 K, притисцима од 1000 атмосфера, брзином загревања и хлађења изнад 1010 K/s и млазевима течности брзине до 280m/s, који се испољавају као веома велика сила смицања и турбуленција у зони кавитације. Комбинација ових фактора (притисак, топлота, смицање и турбуленција) користи се за убрзавање преноса масе у процесу екстракције. Осим тога, ови локално настали услови користе се и у ултразвучним процесима као што су хомогенизација, емулговање или дисперговање.

Ултразвучна / акустична кавитација ствара силе изузетно високог интензитета које подстичу процесе кристализације и таложења (Кликните за увећање!)

Ултразвучна екстракција заснива се на акустичној кавитацији и њеним хидродинамичким силама смицања

Ултразвучна екстракција терпена

Принцип ултразвучне екстракције заснива се на два ефекта која настају када се ултразвучни таласи велике снаге спрегну са течношћу или суспензијом:
Прво, растварач (околни течни медијум) потискује се у ћелијски матрикс. У зависности од амплитуде и јачине кавитације, притисак течности перфорира или разара ћелијски зид.
Друго, током циклуса разређивања садржај ћелије (тј. унутарћелијски материјал) испира се из њене унутрашњости. Након ултразвучне екстракције, циљна једињења се налазе у растварачу и могу се одвојити од њега (нпр. испаравањем растварача), чиме се на крају добија чист екстракт.
Састав сировине (као што су садржај влаге, степен мацерације / млевења и величина честица) и изабрани растварач веома су важни фактори за постизање ефикасног и делотворног процеса ултразвучне екстракције. Параметри ултразвучног процеса такође су од суштинског значаја: амплитуда, притисак, температура и време соникације морају се утврдити и оптимизовати ради постизања најбољих резултата.