Ultraljud extraktion av cellulära ämnen
Ultraljud extraktion eller sono-extraktion är en process intensifierande teknik, som fungerar genom koppling av högeffekt ultraljud till en uppslamning av växt- eller cellvävnad. Hielscher Ultrasonics levererar pålitliga ultraljudsapparater för cellstörning och extraktion från små Labbprover upp till höga volymer i Industriell bearbetning. Attraktionskraften hos den ultraljudsassisterade extraktionen ligger i den icke-termiska behandlingen av materialet, dess enkla applicering och skalbarheten från test till produktionsskala.
Hielschers ultraljudsenheter genererar högintensivt ultraljud som kan styras exakt efter dina processkrav.
Listan nedan ger dig olika ultraljudsbearbetningsprotokoll, som visar det breda tillämpningsområdet för kraftultraljud inom biologi, livsmedelsbearbetning och läkemedelsproduktion.
Oavsett om du har en särskild botanisk extraktion i åtanke eller vill få mer allmän information om våra högpresterande ultraljudsextraktorer, använd kontaktformuläret nedan! Vi hjälper dig gärna!
Ultraljud extraktion av Boldine från Boldo blad (Peumus boldus Molina)
Ultraljud applikation:
En viktig aktiv förening i boldo är boldin ((S)-2,9-dihydroxi-1,10-dimetoxiapordin), som förutom katekin ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxifenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-bensopyran-3,5,7-triol) är huvudkomponenterna i alkaloid- och flavonoidfraktionen i boldoblad. Boldin är ett starkt antioxidantmedel som genomgår peroxidativ fria radikalmedierad skada och fungerar som en effektiv hydroxylradikalrensare.
Procedur för extraktion: För en typisk extraktionsprocedur extraherades prover av boldoblad med 1L destillerat vatten vid atmosfärstryck med hjälp av ultraljudsapparaten UIP1000hd i batch- och genomströmningsläge. Extraktionstiden varierar mellan 10 och 40 minuter, med en ultraljudsintensitet på 10 till 23 W/cm2och ett temperaturintervall på 10 till 70 °C. Bästa resultat uppnåddes under följande förhållanden: ultraljudsintensitet på 23 W/cm2 i 40 minuter vid en temperatur på 36 °C
Resultat: Analysresultaten visar att ultraljudsbehandling med hög effekt förbättrar analytfrisättningen av vegetabiliskt matrismaterial av Boldo i betydligt bättre hastigheter jämfört med konventionell metod: lika utbyte frigjordes genom ultraljudsbehandling på 30 minuter medan konventionell extraktionstid var 2 timmar.
Chemat (2013) och medarbetare har visat att ultraljudsassisterad extraktion förbättrar effektiviteten i växtextraktionen samtidigt som extraktionstiden minskar vid ökad koncentration av extrakten (samma mängd lösningsmedel och växtmaterial). Analysen visade att de optimerade förhållandena var: ultraljudsbehandling effekt 23 W/cm2 med UIP1000hd i 40 minuter och en temperatur på 36 °C. De optimerade parametrarna för ultraljudsextraktionen ger en bättre extraktion jämfört med en konventionell maceration när det gäller processtid (30 minuter istället för 120 min.), högre avkastning, högre energieffektivitet, förbättrad renlighet, högre säkerhet och bättre produktkvalitet.
Rekommendation för enhet:
UIP1000hdT med sonotrode BS2d34 och flödescell
Referens / forskningsrapport:
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch och kontinuerlig ultraljudsassisterad extraktion av boldoblad (Peumus boldus mol.). Internationell tidskrift för molekylär vetenskap 14, 2013. 5750-5764.
Ultraljud extraktion av klorogensyra från tobaksblad
Ultraljud applikation:
För extraktionsexperimenten maldes tobaksblad från Nicotiana tabacum till mindre partikelstorlekar på cirka >4 x ≧2 mm. För ultraljudsextraktionsförsöken extraherades 20 g prover av torkade tobaksbladmaterial med destillerat vatten vid temperaturer från 5 °C till 30 °C. Extraktionsexperiment utfördes för extraktionscykelns tidsintervall som varierade från 5 minuter till 30 minuter per cykel. Cirka 10 till 15 droppar etanol tillsattes till den beräknade optimala volymen destillerat vatten på 256 ml som behövs för att extrahera all löslig klorogensyra från 20 g prover av torkade tobaksblad. Den optimala volymen på 256 ml destillerat vatten delades sedan upp i fraktionella volymer av extraktionsmedlet för användning i varje ultraljudsextraktionscykel.
För ultraljudsbestrålning, en ultraljudsprocessor UP400S (400 watt, 24 kHz) med en sonotrode H7 gjord av titan, som hade en spetsdiameter på 7 mm, användes. Sonotrode H7 sattes in på halva höjden av extraktionsblandningen.
protokoll: Som optimala förhållanden för ultraljudsextraktion av klorogensyra från tobaksblad fanns: 20 g torkade tobaksblad i destillerat vatten (optimalt förhållande mellan vätska och fast ämne: 12,8 ml/g) vid 20 °C bearbetningstemperatur, ultraljudsanordning UP400S (400W, 24kHz) för 3 ultraljudsbehandlingscykler varje 15 minuter (total ultraljudsbehandling varaktighet: 45 min).
Rekommendation för enhet:
UP400S med sonotrode H7
Referens / forskningsrapport:
Mazvimba, Martin Tongai; Yu, Ying; Zhang, Ying (2011): Optimering och ortogonal design av en ultraljudsassisterad vattenhaltig extraktionsprocess för att extrahera klorogensyra från torra tobaksblad. Kinesisk tidskrift för naturliga läkemedel 2011.
Läs mer om ultraljudsextraktion från tobak!
Ultraljud extraktion av Mangiferin
Ultraljud applikation:
Mangiferin (1,3,6,7-tetrahydroxi-2-[3,4,5-trihydroxi-6-(hydroximetyl)oxan-2-yl]xanten-9-on; formel: C19H18O11) är en polyfenol av C-glykosylxantonstruktur som finns i många växtarter. Mangiferin uppvisar olika farmakologiska aktiviteter. Den regioselektiva acyleringen av mangiferin kan mycket effektivt katalyseras av lipas under ultraljud. Jämfört med de konventionella metoderna utmärker sig den ultraljudsassisterade katalysen genom fördelarna med kortare reaktionstid och högre utbyten. De optimala förhållandena för ultraljudsazylering av mangiferin befanns vara följande:
lipas: PCL, acyldonator: vinylacetat; reaktionslösningsmedel: DMSO, reaktionstemperatur: 45 °C, ultraljudseffekt: 200W; Substratförhållande: Acyldonator/Mangiferin 6/1, enzymbelastning: 6 mg/ml
Avkastningen för regioselektiv acylering var upp till 84 %.
Rekommendation för enhet:
UP200St eller UP200Ht
Referens / forskningsrapport:
cp.: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): Effekten av ultraljud på lipaskatalyserad regioselektiv acylering av mangiferin i icke-vattenhaltiga lösningsmedel. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56-63.
Ultraljud extraktion av Capsaicinoider
Ultraljud applikation:
Extraktion av capsaicinoider (capsaicin, nordihydrocapsaicin) från chilipeppar: Capsaicinoider från Capsicum frutescens peppar erhölls via ultraljud extraktion under följande förhållanden: lösningsmedel: 95% (v / v) etanol, lösningsmedel / massförhållande på 10 ml / g, 40 min. ultraljudsbehandling extraktionstid, 45 ° C extraktionstemperatur. Utbyte av extraktionsmedel: 85 % av capsaicinoiderna
Rekommendation för enhet:
UP400St
Läs mer om ultraljudsassisterad extraktion av capsaicinoider från chilipeppar!
Ultraljud extraktion av Silymarin från mjölktistelfrön
Ultraljud applikation:
Ultraljudsassisterad extraktion utfördes med hjälp av en ultraljudsapparat UP400S. I denna studie användes en ultraljudssond av horntyp med en diameter på 1,5 cm. 10 g fettfritt mjölktistelpulver vägdes noggrant och löstes upp i 100 ml metanol. Bägaren förvarades i ett vattenbad och hölls vid en temperatur på 25 °C. Mjölktistelpulvret upplöst i lösningsmedel sonikerades för olika tidsintervall (30, 60, 90, 120 och 150 min.) Efter varje tidsintervall filtrerades lösningen genom ett Whatman-filterpapper och varje filtrat (ca 80 ml) förångades med hjälp av en roterande förångare tills den nådde 30 ml lösning och absorbansen av fenolföreningar mättes med UV-synlig spektrofotometer vid våglängden 517 nm enligt DPPH-metoden. Som förväntat resulterade ökande extraktionstider i ökande silymarinhalter.
Författarna till studien fann att ultraljud extraktion för att erhålla alkoholextrakt är en av de bästa teknikerna för att ersätta de konventionella teknikerna. Ultraljudsextraktionen har visat sig få en bättre extraktkvalitet. Ytterligare fördelar är tidsbesparing, att vara mer effektiv etc.
Rekommendation för enhet:
UP400St
Referens / forskningsrapport:
Çağdaş, E.; Kumcuoğlu, S.; Güventürk, S.; Tavman, S. (2011): Ultraljudsstödd extraktion av Silymarin-komponenter från mjölktistelfrön (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311-318.
Läs mer om ultraljud silymarin extraktion från mjölktistelfrön!
Ultraljud extraktion av Steviosid
Ultraljud applikation:
Prover av 10 g torra och malda steviablad extraherades i 100 ml vatten under kontinuerlig omrörning (med en magnetisk omrörare). pH-värdet kontrollerades med 0,01 M pH 7 natriumfosfat. Provet placerades i en 150 ml glasbägare och sonikerades med en ultraljudsapparat av sondtyp UIP500hT (20 kHz, 500 W). Spetsen på sonotroden sänktes ner cirka 1,5 cm i uppslamningen av steviablad. Ultraljudsenheten var inställd på en uteffekt på 350W. En mild ultraljudsbehandling på 350 W i 5-10 minuter vid en konstant processtemperatur på 30 °C gav en rebaudiosid A-utbyte på 30-34 g per 100 g prov. Efter ultraljudsbehandling centrifugerades extraktlösningen och filtrerades av genom 0,45 μm mikroporöst membran; filtratet togs för total rebaudioside A innehållsanalys. Extraktionsutbytet av det totala innehållet av rebaudiosid A analyserades med HPLC.
Genom den lösningsmedelsfria ultraljudsassisterade extraktionen erhölls ett högt utbyte av rebaudiosid A i jämförelse med traditionella extraktionsmetoder som värmeextraktion eller maceration.
Rekommendation för enhet:
UIP500hdT
Läs mer om ultraljud stevia extraktion!
Ultraljud extraktion av terpener
Ultraljud applikation:
Extraktionen av flyktiga föreningar, såsom terpener, från blomställningarna av en fibertyp Cannabis sativa L.-sort kan förbättras ultraljud. Studier har visat att efter en kort ultraljudsbehandling de riktade terpenerna redan frigörs från växtmaterialet.
Resultaten visar att ultraljudsbehandling inte längre än 5 minuter gör det möjligt att få en ökad koncentration av terpener jämfört med maceration. Istället ökade en ultraljudsbehandling längre än 5 minuter koncentrationen av δ-9-tetraidrocannabinol (THC).
Protokoll för ultraljudsbehandling:
Den ultraljudsassisterade extraktionen av terpener utfördes med hjälp av en 200W ultraljud av sondtyp. Ultraljudsanordningen var inställd på 25 % amplitud. Tre alikvoter på 50 g torkade blomställningar tillsattes, var och en med 250 ml 70 % etanol v/v, som användes som extraktionsmedel. Varje bägare och dess innehåll sänktes ner i ett isbad. Ultraljudsbehandling utfördes i 5, 10 och 15 minuter. Under perioden Ultraljud extraktion säkerställdes en kontinuerlig snabb värmeavledning för att hålla processtemperaturen under 30 °C. Efter extraktionen filtrerades blandningarna under vakuum genom Whatman No. 3-papper, och lösningsmedlet avlägsnades genom en roterande vakuumavdunstning. Varje extraktionsförsök utfördes i tre exemplar med hjälp av tre olika prover.
Ultraljud visade sig vara ett intressant alternativ till maceration för att extrahera flyktiga föreningar från cannabisblomställning, men visar också att ultraljudsbehandlingen inte får vara längre än 5 minuter för att få en förbättrad återhämtning av terpener. Istället ökade en ultraljudsbehandling längre än 5 minuter koncentrationen av δ-9-tetraidrocannabinol (THC). Extraktet av Cannabis sativa-blomställningar erhållna genom ultraljudsextraktion utförd i 5 minuter kan användas som ingrediens för parfymer eller smaksättare för drycker. Den kan användas som alternativ till industrihampa, där stjälkar används för fiberindustrin och blomställningsextrakt för kosmetika- och livsmedelsindustrin.
Rekommendation för enhet:
UP200St eller UP200Ht med sonotrode/ sond S26d14
Referens / forskningsrapport:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): “Ultraljudsstödd extraktion av flyktiga föreningar från industriella Cannabis sativa L.-blomställningar”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8-14.
Läs mer om den ultraljudsassisterade terpenextraktionen!
Ultraljud extraktion av vanillin från härdade vaniljbönor
Ultraljud applikation:
Vanillin extraktion optimerades under ultraljudsbehandling. Därför drevs ultraljudsanordningen på 100 watt i pulserande läge (cykler: 5 sekunder på följt av 5 sekunder av).
Bäst resultat uppnåddes för ultraljudsextraktion med 40% etanol i 1 timme vid 30 °C. För att jämföra resultaten med en konventionell extraktionsmetod genomfördes även extraktioner av vattenbad och ultraljudsbad. Resultaten visade att optimeringen av vanillinextraktion med ultraljudshorn med 40 % etanol i 1 timme vid 30 °C var jämförbar med vattenbadsextraktion med 40 % etanol vid 56 °C i 15 timmar.
Rekommendation för enhet:
UP100H
Referens / forskningsrapport:
Rasoamandrary, N.; Fernandes, A. M.; Bashari, M.; Masamba, K.; Xueming, X. (2013): Förbättrad extraktion av vanillin 4-hydroxi-3-metoxibensaldehyd från härdade vaniljbönor med hjälp av ultraljudsassisterad extraktion: En jämförelse av ultraljudsassisterad och varmvattenbadsextraktion. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6-12.
Läs mer om fördelarna med ultraljud vanillin extraktion!
Ultraljud extraktion av fenoliska föreningar från Ziziphus Jujube
Ultraljud applikation:
För ultraljudsassisterad extraktion av fenoliska föreningar av jujube (Ziziphus Jujube), en ultraljudsapparat av hög intensitet av sondtyp UP200H med 200W effekt och 24kHz frekvens användes. Ultraljudsanordningen var utrustad med mikrospetssonotrode S2 (spetsdiameter 2 mm), som sänktes ner i ett vattenbad i vilket ett fällglas med provet placerades (innermått: 280:195:135 mm). Amplituden för ultraljudsvibrationer var 100 % av nominell effekt (maximal amplitud på 260 μm) och akustisk effekt på 0,171402 W och intensitet på 21,8346 W/cm2. Ultraljudsintensiteten bestämdes kalorimetriskt genom att mäta tids-temperaturökningen av suspensionen under adiabatiska förhållanden. Ultraljudsextraktionsförfarandet användes för extraktion av totala fenoler från prover enligt den experimentella designen (för optimering).
Rekommendation för enhet:
UP200H med sonotrode S2
Referens / forskningsrapport:
Fooladi, H.; Mortazavi, S. A.; Rajaei, A.; Elhami Rad, A.H.; Salar Bashi, D.; Savabi Sani Kargar, S. (2013): Optimera extraktionen av fenolföreningar av jujube (Ziziphus Jujube) med hjälp av ultraljudsassisterad extraktionsmetod. IECFP 2013.
Litteratur / Referenser
- 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.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
Fakta som är värda att veta
Homogenisatorer av ultraljudsvävnad kallas ofta sondsonikator, sonisk lysör, ultraljudsstörare, ultraljudskvarn, sono-ruptor, sonifierare, sonisk dismembbrator, cellstörare, ultraljudsdispergis eller upplösning. De olika termerna är resultatet av de olika tillämpningar som kan uppfyllas av ultraljudsbehandling.