Den effektivaste extraktionsmetoden för växtmaterial

Letar du efter en kraftfull och tillförlitlig extraktionsutrustning för att framställa högkvalitativa växtextrakt? Här hittar du en jämförelse av vanliga extraktionstekniker, bland annat ultraljudsextraktion, extraktion med superkritisk CO2, etanolextraktion och maceration, samt deras fördelar och nackdelar.

Extraktion av växtmaterial med ultraljud jämfört med alternativa tekniker

Extraktion av växtmaterial kan utföras med olika tekniker. Effektiviteten samt extraktets utbyte och kvalitet påverkas dock i hög grad av den extraktionsmetod och det protokoll som används. Maceration, extraktion med superkritisk CO2, perkolation och Soxhlet-extraktion är vanliga extraktionsmetoder som ofta ger otillräckliga extraktionsresultat.
Ultraljudsbaserad extraktion är en avancerad isoleringsteknik som överträffar traditionella extraktionsmetoder på flera punkter.
Ultraljudsbaserad extraktion med en ultraljudssond är en mycket effektiv metod för att extrahera ämnen från växter och andra material. Jämfört med andra metoder som maceration, CO2-extraktion, perkolation och mikrovågsextraktion utmärker sig sondbaserad ultraljudsextraktion genom flera fördelar:

• Snabbare extraktion: Sondbaserad ultraljudsextraktion kan extrahera ämnen mycket snabbare än maceration och perkolation. Detta beror på att ultraljudsvågorna skapar kavitationsbubblor i lösningsmedlet, vilka ger upphov till mikrostötar som hjälper till att bryta ned cellväggarna och frigöra ämnena snabbare.
• Högre utbyte: Sondbaserad ultraljudsextraktion kan ge ett högre utbyte av ämnen än maceration, CO2-extraktion och perkolation. Detta beror på att ultraljudsvågorna hjälper till att frigöra mer av målämnena från det material som extraheras.
• Effektivare: Sondbaserad ultraljudsextraktion är effektivare än maceration, CO2-extraktion, perkolation och Soxhlet-extraktorer, eftersom den kräver mindre lösningsmedel för att extrahera samma mängd ämnen. Detta beror på att ultraljudsvågorna hjälper till att öka målämnenas löslighet i lösningsmedlet.
• Mångsidighet: Sondbaserad ultraljudsextraktion kan användas för att extrahera ett brett spektrum av ämnen från olika material, inklusive både hydrofila och hydrofoba ämnen. Detta innebär att ultraljud också lämpar sig utmärkt för framställning av fullspektrumextrakt.
• Låg kostnad: Sondbaserad ultraljudsextraktion är i allmänhet billigare än CO2-extraktion, perkolation, maceration och Soxhlet-extraktion, eftersom den inte kräver högtrycksutrustning eller tidskrävande arbete.
• Miljövänlig: Ultraljudssonder möjliggör miljövänlig extraktion, eftersom processen kräver mindre lösningsmedel och energi jämfört med andra metoder och ger upphov till mindre avfall. Även om ultraljudsbehandling är kompatibel med alla lösningsmedel kan giftiga lösningsmedel till stor del undvikas tack vare ultraljudsbehandlingens höga effektivitet. Etanol, vattenhaltig etanol och vatten är utmärkta lösningsmedel för ultraljudsextraktion av växtmaterial.

Jämfört med traditionella tekniker för extraktion av växtmaterial erbjuder sondbaserad ultraljudsextraktion betydande fördelar, vilket förklarar den utbredda användningen av ultraljudsextraktion för många bioaktiva ämnen från växter.

Framställning av högkvalitativa extrakt ur växtmaterial

För växtextrakt av hög kvalitet är inte bara råmaterialet (växtmaterialet) avgörande, utan även den extraktionsteknik som används. Växtextrakt är temperaturkänsliga, vilket innebär att de bryts ned av värme. Därför är det avgörande att välja en icke-termisk extraktionsmetod.
Valet av lösningsmedel för extraktionen är en annan viktig faktor som påverkar extraktets kvalitet. Lösningsmedel som hexan, metanol, butan och andra starka kemikalier kan förorena extraktet. Även om lösningsmedlen avlägsnas efter extraktionen kan spårmängder av giftiga lösningsmedel finnas i det slutliga extraktet. Vatten, alkohol, etanol, glycerin eller vegetabiliska oljor är säkra, ogiftiga lösningsmedel och godkända av FDA för konsumtion.

Stegvis protokoll för växtextraktion med en ultraljudssond

Hur extraheras bioaktiva föreningar från växter med sondbaserad ultraljudsbehandling? Nedan hittar du stegvisa anvisningar för extraktion av fytokemikalier och bioaktiva föreningar från växtmaterial som blad, kronblad, fruktkroppar, stjälkar, rötter eller jordstammar!

1. Först mals eller hackas växtmaterialet i små bitar för att öka den yta som är tillgänglig för extraktion.
2. Växtmaterialet blandas sedan med ett lösningsmedel (som etanol eller vatten) för att extrahera polyfenolerna.
3. Sondbaserad ultraljudsbehandling används sedan för att underlätta extraktionsprocessen genom att blandningen utsätts för högintensiva, lågfrekventa ultraljudsvågor vid cirka 20kHz. Detta orsakar akustisk kavitation och snabba vibrationer i lösningsmedlet, vilket främjar sönderdelning och upplösning av växtcellerna samt frisättning av bioaktiva ämnen som polyfenoler, flavonoider och vitaminer.
4. Blandningen filtreras sedan för att separera det fasta växtmaterialet från vätskan som innehåller de extraherade bioaktiva föreningarna.
5. Vätskan indunstas sedan eller bearbetas vidare för att avlägsna lösningsmedlet och koncentrera de bioaktiva molekylerna.
6. Slutprodukten är ett extrakt rikt på bioaktiva ämnen som kan användas inom olika tillämpningar såsom kosttillskott, funktionella livsmedel och kosmetika.

Obs! Detta är en översikt över processen, och de specifika förhållandena (lösningsmedel, förhållandet mellan växtmaterial och lösningsmedel, extraktionstid, ultraljudseffekt osv.) kan variera beroende på växtkällan och den önskade halten av bioaktiva ämnen.

Hur fungerar ultraljudsextraktion?

Ultraljudsextraktion bygger på principen för akustisk kavitation som alstras av ultraljud och är en rent mekanisk behandling. Liksom en blandare med hög skjuvverkan skapar en ultraljudsapparat endast mekaniska skjuvkrafter i processmediet. Ultraljudsextraktion i sig är en icke-termisk, kemikaliefri extraktionsteknik.
Vad är akustisk kavitation? – Akustisk kavitation eller ultraljudskavitation uppstår när ultraljudsvågor med hög effekt och låg frekvens kopplas in i en slurry bestående av växtmaterial i en vätska (lösningsmedel). Ultraljudsvågor med hög effekt kopplas in i växtslurryn via en ultraljudsprocessor med sond. Ultraljudsvågor med hög energi fortplantar sig genom vätskan och skapar omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler, vilket ger upphov till fenomenet akustisk kavitation. Akustisk kavitation eller ultraljudskavitation leder lokalt till extrema förhållanden såsom mycket stora tryckskillnader och höga skjuvkrafter. När kavitationsbubblor imploderar på ytan av fasta ämnen (såsom partiklar, växtceller, vävnader osv.) ger mikrostrålar och kollisioner mellan partiklar upphov till effekter såsom partikelnedbrytning, sonoporation (perforering av cellväggar och cellmembran) och cellsönderdelning. Dessutom skapar implosionen av kavitationsbubblor i flytande medier turbulens och omrörning, vilket främjar massöverföringen mellan cellens inre och det omgivande lösningsmedlet. Ultraljudsbestrålning är ett mycket effektivt sätt att förbättra massöverföringsprocesser, eftersom ultraljudsbehandling ger upphov till kavitation och tillhörande mekanismer såsom mikrorörelser orsakade av vätskestrålar, kompression och dekompression i materialet med efterföljande sönderdelning av cellväggarna.
Beroende på råmaterialet kan ultraljudsextraktionsprocessen kräva höga intensiteter, t.ex. för att sönderdela styva växtceller eller material med hög cellulosahalt. Ultraljudsapparater med sond kan generera mycket höga amplituder, vilket är nödvändigt för att skapa kraftfull kavitation. Hielscher Ultrasonic tillverkar högpresterande ultraljudsextraktorer som enkelt kan skapa amplituder på 200µm vid kontinuerlig drift dygnet runt, alla veckans dagar (24/7). För ännu högre amplituder erbjuder Hielscher särskilda sonotroder (sonder) för höga amplituder.
Trycksättningsbara ultraljudsreaktorer och flödesceller används för att intensifiera kavitationen. Med ökande tryck blir kavitationen och skjuvkrafterna från kavitationen mer destruktiva och förbättrar därigenom ultraljudsextraktionens effekter.

Extrahera fytokemikalier och bioaktiva föreningar med ultraljudsbehandling

Ultraljudsextraktion används för att frigöra och isolera en mängd olika bioaktiva föreningar (så kallade fytokemikalier) från växtmaterial.
Listan nedan ger dig en kort översikt över fytokemikalier som extraheras med ultraljud:

• CBD och andra cannabinoider från cannabis och hampa
• Terpener
• Ingefära
• Rosmarin
• Capsaicin från chili
• Koffein från kaffebönor
• Astaxantin från alger
• Allicin från vitlök
• Katekiner (EGEC) från te
• Propolis
• Ellagitanniner från granatäpple
• Ayurvediska örtextrakt
• Nikotin från tobak
• Eteriska oljor
• Fytokemikalier från brännässla
• Pektiner från citrusfruktskal
• Polyfenoler från mangoskal
• Taraxacin och taraxasterol från maskros

Lösningsmedel för ultraljudsextraktion

Ultraljudsextraktion är kompatibel med nästan alla lösningsmedel. Vanligast är att etanol, vatten, etanol/vattenblandningar, glycerin och vegetabiliska oljor används för extraktion av bioaktiva föreningar ur växtmaterial, eftersom dessa lösningsmedel anses vara säkra för konsumtion och är lätta att använda.
Läs mer om lösningsmedel som används vid ultraljudsextraktion!

Fördelarna med ultraljudsassisterad etanolextraktion

Etanol är ett av de vanligaste lösningsmedlen vid ultraljudsextraktion tack vare sin säkerhet (godkänt av FDA för konsumtion), sin effektivitet och sin breda lösningsförmåga. Ultraljudsassisterad etanolextraktion överträffar andra lösningsmedel och andra extraktionstekniker genom kostnadseffektivitet, linjär skalbarhet, enkelhet och säkerhet.
Etanolens överlägsna effektivitet som lösningsmedel hänger samman med dess kemiska sammansättning med en kolvätesvans och en enda hydroxylgrupp. Denna kemiska sammansättning gör att etanol kan lösa upp och extrahera ett mycket brett spektrum av ämnen, däribland polyfenoler, flavonoider, terpener, cannabinoider och lipider (oljor).
Exempelvis kräver ultraljudsassisterad etanolextraktion av cannabinoider ingen vinterisering (avvaxning), ett steg som krävs vid andra extraktionsmetoder såsom CO2-extraktion för att avlägsna vaxerna.

Etanolextraktion ger olika effekter beroende på etanolens temperatur. Uppvärmd etanol används ofta för att framställa fullspektrumextrakt, som uppskattas för sin entourageeffekt. Iskall etanol används däremot företrädesvis för att framställa ört- eller cannabisdestillat. Extraktion i iskall etanol kräver ingen efterföljande filtrering. Eftersom ultraljudsextraktion är en icke-termisk behandling kan den användas med het/varm eller kyld/iskall etanol. Mantlade ultraljudsreaktorer hjälper till att upprätthålla den önskade processtemperaturen under behandlingen. Ultraljudsapparatens digitala styrning och smarta programvara övervakar processtemperaturen via anslutbara temperaturgivare och kan programmeras att stoppa eller pausa extraktionsbehandlingen när mediets temperatur hamnar utanför ett visst intervall.

Köp den effektivaste utrustningen för ultraljudsextraktion!

Hielscher Ultrasonics högpresterande extraktionssystem finns tillgängliga i alla skalor, från liten laboratorieskala via medelstor pilotskala till fullskalig industriell produktion på flera ton per timme. Beroende på genomströmningen kan Hielschers ultraljudsextraktorer användas för satsvis drift eller kontinuerlig inline-drift. Valet av lösningsmedel är ditt, eftersom Hielschers ultraljudsapparater kan användas i kombination med alla lösningsmedel. Alla apparater för ultraljudsextraktion är enkla och säkra att använda. Hielscher erbjuder den ultraljudsapparat som är lämpligast för din råvara, din processkapacitet och ditt produktionsmål.
Ultraljudsextraktionsprocesser påverkas av råvara, lösningsmedel och genomströmning. Olika tillbehör såsom sonotroder (sonder) i olika storlekar och former, amplitudförstärkare, flödesceller med olika volymer och geometrier, anslutbara temperatur- och tryckgivare och många andra tillbehör finns tillgängliga för att sätta samman den idealiska ultraljudsutrustningen för din extraktionsprocess.
Processtyrning är avgörande för att få reproducerbara resultat. Därför är alla digitala modeller utrustade med intelligent programvara som låter dig ställa in, övervaka och ändra extraktionsparametrar. Tack vare den exakta kontrollen över amplitud, ultraljudsbehandlingstid och arbetscykler kan optimala processresultat såsom överlägset utbyte och högsta extraktkvalitet uppnås. Den automatiska dataregistreringen av ultraljudsprocessen ligger till grund för processstandardisering och reproducerbarhet / repeterbarhet, vilket krävs för god tillverkningssed (GMP).

Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: