Högeffektiv chagaextraktion med ultraljudsbehandling

Chagasvampar (Inonotus obliquus) är rika på mycket potenta fytokemikalier (t.ex. polysackarider, betulinsyra, triterpenoider), som är kända för att bidra till hälsan och bekämpa sjukdomar. Användning av ultraljud med hög effekt för chagaextraktion är den föredragna tekniken för att framställa överlägsna chagaextrakt av högsta kvalitet och med högsta utbyte.

Chagaextrakt med ultraljud

Ultraljudsextraktion är en mycket effektiv teknik för att frigöra fytokemiska föreningar från botaniskt material såsom växter och svampar.
Chagasvampar är rika på flera föreningar såsom polysackarider, triterpener och polyfenoler, som står för merparten av deras hälsofrämjande och terapeutiska effekter. Chagas viktigaste bioaktiva föreningar är bland annat polysackarider (t.ex. β-glukaner, proteoglykaner som innehåller d-galaktos, d-glukos, d-xylos och d-mannos), triterpenoider (t.ex. betulin, betulinsyra), polyfenoler och fytosteroler (t.ex. inotodiol).

Ultraljudsextraktion bryter effektivt sönder chagasvampens celler och frigör de intracellulära föreningarna (dvs. de bioaktiva fytokemikalierna) i lösningsmedlet. Ultraljudsextraktion bygger på principen för akustisk kavitation. Effekterna av ultraljudskavitation / akustisk kavitation är starka skjuvkrafter, turbulens och kraftiga tryckskillnader. Dessa sonomekaniska krafter bryter sönder cellstrukturer såsom svamparnas kitinhaltiga cellväggar, främjar massöverföringen mellan chagamaterialet och lösningsmedlet och ger mycket höga extraktutbyten i en snabb process. Dessutom främjar ultraljudsbehandling sterilisering av extrakt genom att döda bakterier och mikroorganismer. Mikrobiell inaktivering genom ultraljudsbehandling är ett resultat av kavitationskrafternas destruktiva verkan på cellmembranet, bildandet av fria radikaler och lokal uppvärmning.

Varför är ultraljudsextraktion av chaga så fördelaktig?

Ultraljudsextraktion används inom många områden av extraktproduktion, t.ex. för växt- och örtextrakt till livsmedel, kosttillskott, läkemedel och kosmetika. Ett mycket framträdande exempel på ultraljudsextraktion är extraktion av cannabidiol (CBD) och andra föreningar från cannabisväxten.
Eftersom ultraljudsextraktion är en icke-termisk extraktionsteknik behandlas de bioaktiva föreningarna skonsamt med ultraljudsvågor, vilket förhindrar termisk nedbrytning av känsliga växtföreningar. Alla ultraljudsprocessparametrar, dvs. amplitud, intensitet, temperatur och tryck, kan styras exakt. Detta möjliggör noggrann process- och kvalitetskontroll och gör det enkelt att upprepa och reproducera tidigare uppnådda extraktionsresultat. Extraktproducenter uppskattar ultraljudsbehandling för processens tillförlitliga repeterbarhet, som hjälper till att standardisera processer och produkter på höga kvalitetsnivåer.

Chagaextrakt av hög kvalitet och med högt utbyte genom ultraljudsbehandling

Forskning bekräftar att chagaextrakt som framställts med ultraljud innehåller mer triterpenoider än ett konventionellt varmvattenextrakt. Ultraljudsextraktionstekniken främjar frigörandet och isoleringen av alla viktiga föreningar från chagasvampar (I. obliquus). Ultraljudsassisterad extraktion överträffar alternativa extraktionsmetoder genom överlägsen effektivitet och ökad biotillgänglighet hos de bioaktiva fytokemikalierna i svampextraktet. Utdragen ur vetenskapliga forskningsstudier visar den höga effektiviteten och det höga utbytet vid ultraljudsextraktion av chaga.

Extraktion av polysackarider från chaga

Zhang et al. använde ultraljudsassisterad extraktion för att utveckla optimala betingelser för extraktion av polysackarider från I. obliquus. De bästa betingelserna innefattade användning av vatten som lösningsmedel under 15 minuter vid 95 °C med extraktion vid ultraljudsfrekvens, vilket gav extraktionsvärden på 1,82%

Extraktion av betulin / betulinsyra från chaga

Resultaten visar att ultraljud hade spelat en aktiv roll vid extraktion av betulin och betulinsyra eftersom det kan tvinga cellväggar att öppna sig och främjar bättre mass- och värmeöverföring. Detta bidrar i sin tur till att de önskade fytokemikalierna framgångsrikt kan extraheras på kort tid med hög effektivitet. Den lilla ökningen av utbytet när ett lösningsmedelsextraktionssteg lades till efter ultraljudsbehandlingen tydde på att merparten av dessa föreningar måste ha extraherats ur biomassan. De erhållna resultaten visar den maximala mängden extraherbart betulin i biomassan. (Alhazmi, 2017) Sammantaget ökade ultraljudsbehandlingen utbytet av betulin och betulinsyra dramatiskt.

Extraktionsprotokoll steg för steg

För att isolera ett starkt fullspektrumextrakt från chagasvampar (Inonotus obliquus) används ett extraktionsprotokoll i två steg med högeffektultraljud.
Material: Torkad I. obliquus (100g) krossas till mindre bitar på cirka 1,3cm² (0,5×0,5 tum). Det krossade svampmaterialet placeras i en glasbägare på 1,5L.

1. Steg: Ultraljudsassisterad kallextraktion: Den torkade, malda chagan suspenderas i 1000 mL 60% etanol i renat eller destillerat vatten (v/v; 60% etanol : 40% vatten) genom att lösningsmedelsblandningen tillsätts i glasbägaren med chagan. För extraktionen används en ultraljudsextraktor UP400St utrustad med sonotroden S24d22L2D. Ultraljudsapparatens horn (sonotrod) sänks ned i suspensionen av svamp och lösningsmedel. Användning av en omrörare är valfri, men kan bidra till att transportera växtpartiklarna jämnt till sonotroden. Se till att sonotroden inte vidrör bägarens väggar. Ställ in amplituden på 100% och behandla med ultraljud i cirka 10 min. UP400St levereras med en anslutningsbar temperatursensor. Anslut termoelementet till ultraljudsapparaten och för in sensorn i suspensionen. I den digitala menyn på ultraljudsapparaten UP400St kan du ställa in en övre temperaturgräns. Ultraljudsapparaten pausar när denna maximala temperatur uppnås och startar automatiskt så snart suspensionen har nått det lägre värdet för det inställda ∆T. Rekommenderade ∆T-värden är cirka 30°C som övre och 20°C som lägre temperaturvärde. Användning av ett vatten- eller isbad hjälper till att hålla temperaturen låg under ultraljudsbehandlingen. Efter ultraljudsbehandlingen avlägsnas det fasta svampmaterialet genom filtrering och pressning. Lösningsmedlet med de extraherade fytokemikalierna genomgår vakuumindunstning eller rotationsindunstning så att chagafraktionen från etanolextraktionen slutligen erhålls. Det kvarvarande fasta chagamaterialet kan användas för ett valfritt andra blötläggningssteg, den ultraljudsassisterade varmextraktionen.
2. Steg (valfritt): Ultraljudsassisterad varmextraktion: Chagaråvaran som återvunnits från den första extraktionen används i det andra steget med ultraljudsassisterad varmextraktion för att isolera fraktionen av fytokemikalier som fortfarande finns kvar i chagasvamparna. Svampmaterialet placeras i en glasbägare, 600mL färsk lösningsmedelslösning med 60% etanol : 40% vatten tillsätts och värms upp till cirka 70°C. Under ultraljudsbehandlingen kan temperaturen stiga upp till 95°C. Den extra värmen främjar frisättningen av kvarvarande fytokemikalier. Eftersom nästan alla värmekänsliga föreningar har extraherats under termiskt kontrollerade betingelser i steg 1 kan detta andra steg användas som ett valfritt steg för att framställa ett mycket starkt extrakt som innehåller samtliga av chagasvampens fytokemikalier. Suspensionen behandlas med ultraljud med UP400St på samma sätt som beskrivits ovan. Filtrera, pressa och separera svamparna från vattenextraktet. De fytokemiska beståndsdelarna från den andra extraktionen isoleras också genom indunstning.

Båda chagaextraktfraktionerna, från vatten- och etanolextraktionen, blandas så att ett fullspektrumextrakt av chaga erhålls. Detta extrakt kan formuleras till olika produkter såsom tinkturer, kapslar eller ätbara produkter.

Denna process kan skalas helt linjärt till vilken annan volym som helst. Genom att tillämpa samma ultraljudsparametrar (ultraljudsintensitet Ws/L, tryck, temperatur, koncentrationsförhållande mellan fast material och vätska) kan alla tidigare fastställda resultat från ultraljudsextraktion av chaga enkelt skalas till större (eller mindre) volymer med samma resultat (dvs. utbyten och processeffektivitet).

Ultraljudsframställda svampextrakt är rika på polysackarider, som är kända för sina många gynnsamma hälsoeffekter. Ultraljudsapparaten UP100H är en ultraljudsextraktor med en effekt på 100 watt för effektiv extraktion av medicinska svampar såsom chaga, igelkottstaggsvamp, reishi eller cordyceps.

Ditt val av lösningsmedel

Ultraljudsextraktion är kompatibel med alla lösningsmedel. Detta gör att du kan använda det lösningsmedel du föredrar. I protokollet för chagaextraktion ovan rekommenderar vi en lösningsmedelsblandning bestående av 60% etanol : 40% vatten (v/v). Kombinationen av etanol och vatten möjliggör frisättning av fytokemiska ämnen med olika polaritet. Alternativt kan en tvåfasextraktion med etanol i ett första extraktionssteg och vatten i ett andra extraktionssteg användas. Ultraljudsextraktion med en lösningsmedelskombination av alkohol och vatten frigör vattenlösliga och alkohollösliga fytokemiska ämnen från svampar såsom chaga.
Extraktion är därför grundläggande för att framställa rena och potenta svampextrakt.
Andra lösningsmedel som används för extraktion av Inonotus obliquus är bland annat isopropanol, metanol, metanol innehållande 10% ättiksyra och etylacetat. För extrakt av livsmedelskvalitet rekommenderas ett ogiftigt lösningsmedel, eftersom spårmängder av lösningsmedlet ibland kan finnas kvar i extraktet efter att lösningsmedlet har avlägsnats (t.ex. genom avdunstning).

Varför ger ultraljudsbad otillräckliga resultat vid chagaextraktion?

Ultraljudsbad används ofta för skonsam rengöring. I ett ultraljudsbad uppstår akustisk kavitation okontrollerat och ojämnt fördelat i en relativt stor tank. Om du placerar en glasbägare med din blandning av svamp och lösningsmedel i ett ultraljudsbad måste de redan svaga ultraljudsvågorna passera genom bägarens väggar, vilket minskar ultraljudets intensitet ytterligare. Detta innebär att ultraljudsintensiteten i en ultraljudsrengöringstank är för svag för effektiv svampextraktion. Svampars cellväggar innehåller kitin, ett segt material som gör svampceller mycket styva och svåra att bryta sönder. För att frigöra de bioaktiva föreningarna från svampar såsom chaga krävs högintensivt ultraljud. Ultraljudssonder skapar mycket intensivare akustisk kavitation, den kraft som bryter upp svampars cellväggar.
 

Diagrammet från UV-Vis-analysen visar jämförelsen mellan extraktion av chaga med ultraljudssond och med ultraljudsbad. Ultraljudsapparaten UP100H med sond (svart kurva) ger betydligt högre utbyten av bioaktiva chagaämnen.

 
Läs mer om skillnaderna mellan ultraljudssonder och ultraljudsbad och se hur deras extraktionseffektivitet skiljer sig åt!

Högpresterande ultraljudsapparater för chagaextraktion

Ultraljudsextraktion är en tillförlitlig processteknik som underlättar och påskyndar framställningen av högkvalitativa extrakt från olika råvaror såsom chaga och andra svampar. Hielscher Ultrasonics sortiment omfattar hela spannet från kompakta ultraljudsapparater för laboratorier till industriella extraktionssystem. Därmed kan vi på Hielscher erbjuda dig den ultraljudsapparat som är bäst lämpad för din planerade processkapacitet. Vår personal med mångårig erfarenhet hjälper dig från genomförbarhetstester och processoptimering till installationen av ditt ultraljudssystem för slutlig produktion.
Våra ultraljudsextraktorers kompakta format och flexibla installationsmöjligheter gör att de passar även i anläggningar med begränsat utrymme för pektinbearbetning. Ultraljudsprocessorer finns installerade över hela världen i anläggningar för tillverkning av livsmedel, läkemedel och kosttillskott.

Hielscher Ultrasonics – Avancerad extraktionsutrustning

Hielscher Ultrasonics produktsortiment omfattar hela spannet av högpresterande ultraljudsextraktorer från liten till stor skala. Ytterligare tillbehör gör det enkelt att sätta samman den konfiguration av ultraljudsutrustning som är bäst lämpad för din chagaextraktionsprocess. Den optimala ultraljudskonfigurationen beror på planerad kapacitet, volym, råvara, satsvis bearbetning eller inlinebearbetning samt tidsplan.

Satsvis bearbetning och kontinuerlig genomflödesbearbetning

Hielschers ultraljudsapparater kan användas för satsvis bearbetning och kontinuerlig genomflödesbearbetning. Satsvis ultraljudsbearbetning är idealisk för processtester, optimering och produktion i liten till medelstor skala. Vid bearbetning av stora volymer chagasvamp kan inlinebearbetning vara mer fördelaktig. En kontinuerlig inlineblandningsprocess kräver en avancerad uppställning – bestående av en pump, slangar eller rör och tankar – men är mycket effektiv, snabb och kräver betydligt mindre arbetsinsats. Alla industriella system kan köras vid förhöjda tryck, vilket ökar kavitationen och därmed extraktionseffektiviteten. Hielscher Ultrasonics har den extraktionskonfiguration som är bäst lämpad för din extraktionsvolym och dina processmål.

Ultraljudsextraktorer för varje produktionskapacitet

Hielscher Ultrasonics produktsortiment omfattar hela spektrumet av ultraljudsprocessorer, från kompakta ultraljudsapparater för laboratorier via bänk- och pilotsystem till helt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta lastbilslaster per timme. Det kompletta produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den ultraljudsextraktor som är bäst lämpad för din chaga och andra svampar, din processkapacitet och dina produktionsmål.
Ultraljudssystem i bänkformat är idealiska för genomförbarhetstester och processoptimering. Linjär uppskalning baserad på etablerade processparametrar gör det mycket enkelt att öka bearbetningskapaciteten från mindre satser till full kommersiell produktion. Uppskalning kan ske antingen genom att installera en kraftfullare ultraljudsextraktor eller genom att koppla samman flera ultraljudsapparater parallellt. Med UIP16000 erbjuder Hielscher världens kraftfullaste ultraljudsextraktor.

Exakt reglerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielschers ultraljudsapparater kan regleras exakt och är därmed tillförlitliga arbetshästar i produktionen. Amplituden är en av de avgörande processparametrar som påverkar effektiviteten och verkningsgraden vid ultraljudsextraktion av fytokemikalier från chagasvamp (Inonotus obliquus).
Alla processorer från Hielscher Ultrasonics möjliggör exakt inställning av amplituden. Sonotroder och boosterhorn är tillbehör som gör det möjligt att ändra amplituden inom ett ännu större intervall. Hielschers industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder och den ultraljudsintensitet som krävs för krävande tillämpningar. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, alla dagar i veckan.
Exakta amplitudinställningar och ständig övervakning av ultraljudsprocessens parametrar via intelligent programvara ger dig möjlighet att behandla din svampråvara under de mest effektiva ultraljudsförhållandena. Optimal ultraljudsbehandling för bästa extraktionsresultat!
Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt, alla dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer. Detta gör Hielschers ultraljudsutrustning till ett tillförlitligt arbetsredskap som uppfyller dina extraktionskrav.

Enkel, riskfri testning

Ultraljudsprocesser kan skalas upp helt linjärt. Det innebär att varje resultat som du har uppnått med en ultraljudsapparat för laboratoriebruk eller bänkplacering kan skalas upp till exakt samma utfall med exakt samma processparametrar. Detta gör ultraljudsbehandling idealisk för riskfria genomförbarhetstester, processoptimering och efterföljande implementering i kommersiell tillverkning. Kontakta oss för att få veta hur ultraljudsbehandling kan öka din produktion av chagaextrakt.

Högsta kvalitet – konstruerade och tillverkade i Tyskland

Som ett familjeägt och familjedrivet företag prioriterar Hielscher de högsta kvalitetsstandarderna för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater konstrueras, tillverkas och testas grundligt vid vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin i Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. Drift dygnet runt, alla dagar i veckan, under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande extraktorer.
Du kan köpa Hielschers ultraljudsprocessorer i olika storlekar och exakt konfigurerade efter dina processkrav för svampextraktion. Från behandling av svamp i en liten laboratoriebägare till kontinuerlig genomflödesblandning av svampsuspensioner i industriell skala erbjuder Hielscher Ultrasonics en lämplig ultraljudsapparat för dig! Kontakta oss – vi rekommenderar gärna den idealiska ultraljudskonfigurationen för dig!

Tabellen nedan ger dig en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: