Ultraljudsextraktion av cellmaterial

Ultraljudsextraktion eller sonoextraktion är en processintensifierande teknik som fungerar genom att högeffektultraljud kopplas in i en suspension av växt- eller cellvävnad. Hielscher Ultrasonics tillhandahåller tillförlitliga ultraljudsapparater för cellsönderdelning och extraktion från små laboratorieprover upp till stora volymer inom industriell bearbetning. Fördelarna med ultraljudsassisterad extraktion ligger i den icke-termiska behandlingen av materialet, den enkla användningen och skalbarheten från försöks- till produktionsskala.

Hielschers ultraljudsapparater genererar högintensivt ultraljud som kan styras exakt efter era processkrav.

Listan nedan innehåller olika protokoll för ultraljudsbehandling som visar det breda användningsområdet för högeffektultraljud inom biologi, livsmedelsbearbetning och läkemedelsproduktion.
Oavsett om ni har en specifik extraktion av växtmaterial i åtanke eller vill få mer allmän information om våra högpresterande ultraljudsextraktorer, använd kontaktformuläret nedan! Vi hjälper er gärna!

Ultraljudsextraktion av boldin ur boldoblad (Peumus boldus Molina)

Ultraljudstillämpning:
En viktig aktiv förening i boldo är boldin ((S)-2,9-dihydroxi-1,10-dimetoxiaporfin), som tillsammans med katekin ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxifenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-bensopyran-3,5,7-triol) utgör huvudkomponenterna i boldobladens alkaloid- och flavonoidfraktion. Boldin är en stark antioxidant som utsätts för peroxidativa skador förmedlade av fria radikaler och fungerar som en effektiv hydroxylradikalfångare.
Extraktionsförfarande: Vid ett typiskt extraktionsförfarande extraherades prover av boldoblad med 1L destillerat vatten vid atmosfärstryck med ultraljudsapparaten UIP1000hd i satsvis drift och genomflödesdrift. Extraktionstiden varierar mellan 10 och 40 min., med en ultraljudsintensitet på 10 till 23 W/cm², och ett temperaturintervall på 10 till 70°C. Bäst resultat uppnåddes under följande förhållanden: ultraljudsintensitet på 23 W/cm² i 40 min. vid en temperatur på 36°C
Resultat: Analysresultaten visar att behandling med högeffektultraljud ökar frisättningen av analyten ur boldons växtmatris avsevärt snabbare än den konventionella metoden: samma utbyte uppnåddes med ultraljudsbehandling på 30 min., medan den konventionella extraktionstiden var 2h.
Chemat (2013) och medarbetare har visat att ultraljudsassisterad extraktion förbättrar växtextraktionens effektivitet samtidigt som extraktionstiden minskar och extraktens koncentration ökar (samma mängd lösningsmedel och växtmaterial). Analysen visade att de optimerade förhållandena var: ultraljudseffekt på 23 W/cm² med UIP1000hd i 40 min. och en temperatur på 36°C. De optimerade parametrarna för ultraljudsextraktionen ger bättre extraktion jämfört med konventionell maceration vad gäller processtid (30 min. i stället för 120 min.), högre utbyte, högre energieffektivitet, förbättrad renhet, högre säkerhet och bättre produktkvalitet.
Rekommenderad utrustning:
UIP1000hdT med sonotrod BS2d34 och flödescell
Referens/ forskningsartikel:
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.

Ultraljudsextraktion av klorogensyra ur tobaksblad

Ultraljudstillämpning:
För extraktionsförsöken maldes tobaksblad från Nicotiana tabacum till mindre partikelstorlekar på cirka >4 x ≧2 mm. För försöken med ultraljudsextraktion extraherades 20g prover av torkat tobaksbladsmaterial med destillerat vatten vid temperaturer från 5°C till 30°C. Extraktionsförsöken utfördes med extraktionscykler vars längd varierade från 5 minuter till 30 minuter per cykel. Cirka 10 till 15 droppar etanol tillsattes till den beräknade optimala volymen på 256 ml destillerat vatten som behövdes för att extrahera all löslig klorogensyra ur 20 g prover av torkade tobaksblad. Den optimala volymen på 256 ml destillerat vatten delades sedan upp i delvolymer av extraktionslösningsmedlet för användning i varje ultraljudsextraktionscykel.
För ultraljudsbestrålningen användes en ultraljudsprocessor UP400S (400 watt, 24 kHz) med en sonotrod H7 av titan med en spetsdiameter på 7mm. Sonotroden H7 fördes ned till halva extraktionsblandningens höjd.
Protokoll: Följande förhållanden befanns vara optimala för ultraljudsextraktion av klorogensyra ur tobaksblad: 20g torkade tobaksblad i destillerat vatten (optimalt förhållande mellan vätska och fast material: 12,8mL/g) vid en processtemperatur på 20 degC, ultraljudsapparat UP400S (400W, 24kHz) under 3 ultraljudsbehandlingscykler på vardera 15min (total ultraljudsbehandlingstid: 45 min).
Rekommenderad utrustning:
UP400S med sonotrod H7
Referens/ forskningsartikel:
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 ur tobak!

Ultraljudsextraktion av mangiferin

Ultraljudstillämpning:
Mangiferin (1,3,6,7-tetrahydroxi-2-[3,4,5-trihydroxi-6-(hydroximetyl)oxan-2-yl]xanten-9-on; formel: C₁₉H₁₈O₁₁) är en polyfenol med C-glykosylxantonstruktur som förekommer hos många växtarter. Mangiferin uppvisar olika farmakologiska aktiviteter. Den regioselektiva acyleringen av mangiferin kan katalyseras mycket effektivt av lipas under ultraljudsbehandling. Jämfört med konventionella metoder utmärker sig ultraljudsassisterad katalys genom fördelarna med kortare reaktionstid och högre utbyten. Följande förhållanden befanns vara optimala för ultraljudsassisterad acylering av mangiferin:
lipas: PCL, acyldonator: vinylacetat; reaktionslösningsmedel: DMSO, reaktionstemperatur: 45 degC, ultraljudseffekt: 200W; substratförhållande: acyldonator/mangiferin 6/1, enzymdosering: 6 mg/ml
Utbytet vid den regioselektiva acyleringen var upp till 84%.
Rekommenderad utrustning:
UP200St eller UP200Ht
Referens/ forskningsartikel:
jfr: Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): The effect of ultrasound on lipase-catalyzed regioselective acylation of mangiferin in non-aqueous solvents. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56-63.

Ultraljudsextraktion av kapsaicinoider

Ultraljudstillämpning:
Extraktion av kapsaicinoider (kapsaicin, nordihydrokapsaicin) ur chilipeppar: Kapsaicinoider från chilifrukter av Capsicum frutescens erhölls genom ultraljudsextraktion under följande förhållanden: lösningsmedel: 95% (v/v) etanol, förhållande mellan lösningsmedelsvolym och massa på 10 ml/g, extraktionstid med ultraljud: 40 min., extraktionstemperatur: 45°C. Extraktionsutbyte: 85% av kapsaicinoiderna
Rekommenderad utrustning:
UP400St
Läs mer om ultraljudsassisterad extraktion av kapsaicinoider ur chilipeppar!

Ultraljudsextraktion av silymarin ur mariatistelfrön

Ultraljudstillämpning:
Ultraljudsassisterad extraktion utfördes med en ultraljudsapparat UP400S. I denna studie användes en ultraljudssond av horntyp med en diameter på 1,5 cm. 10 g avfettat mariatistelpulver vägdes noggrant upp och löstes i 100 mL metanol. Bägaren hölls i ett vattenbad vid en temperatur på 25°C. Mariatistelpulvret som lösts i lösningsmedlet ultraljudsbehandlades under olika tidsintervall (30, 60, 90, 120 och 150 min.). Efter varje tidsintervall filtrerades lösningen genom ett Whatman-filterpapper, och varje filtrat (cirka 80mL) indunstades med en rotationsindunstare tills 30 mL lösning återstod. Absorbansen hos fenolföreningarna mättes med en UV/Vis-spektrofotometer vid våglängden 517 nm enligt DPPH-metoden. Som förväntat resulterade längre extraktionstider i högre silymarinhalter.
Studiens författare fann att ultraljudsextraktion för att erhålla alkoholextrakten är en av de bästa teknikerna för att ersätta de konventionella teknikerna. Ultraljudsextraktionen visade sig ge bättre extraktkvalitet. Ytterligare fördelar är tidsbesparingar, högre effektivitet osv.
Rekommenderad utrustning:
UP400St
Referens/forskningsartikel:
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 ultraljudsextraktion av silymarin från mariatistelfrön!

Ultraljudsextraktion av steviosid

Ultraljudstillämpning:
Prover med 10g torra och malda steviablad extraherades i 100mL vatten under kontinuerlig omrörning (med en magnetomrörare). pH-värdet reglerades med 0,01 M natriumfosfat med pH 7. Provet placerades i en glasbägare på 150 mL och ultraljudsbehandlades med en ultraljudsapparat av sondtyp UIP500hT (20kHz, 500W). Sonotrodens spets sänktes ned cirka 1,5 cm i suspensionen av steviablad. Ultraljudsapparaten ställdes in på en uteffekt på 350W. En mild ultraljudsbehandling med 350 W under 5–10 min. vid en konstant processtemperatur på 30°C gav ett utbyte av rebaudiosid A på 30–34g per 100g prov. Efter ultraljudsbehandlingen centrifugerades extraktlösningen och filtrerades genom ett mikroporöst membran med en porstorlek på 0,45 μm. Filtratet togs till analys av den totala halten rebaudiosid A. Extraktionsutbytet av den totala halten rebaudiosid A analyserades med HPLC.
Med den lösningsmedelsfria ultraljudsassisterade extraktionen erhölls ett högt utbyte av rebaudiosid A jämfört med traditionella extraktionsmetoder som värmeextraktion eller maceration.
Rekommenderad utrustning:
UIP500hdT
Läs mer om ultraljudsextraktion av stevia!

Ultraljudsextraktion av terpener

Ultraljudstillämpning:
Extraktionen av flyktiga föreningar, som terpener, från blomställningarna hos en fibersort av Cannabis sativa L. kan förbättras med ultraljud. Studier har visat att de avsedda terpenerna frigörs från växtmaterialet redan efter en kort ultraljudsbehandling.
Resultaten visar att ultraljudsbehandling i högst 5 min gör det möjligt att erhålla en högre koncentration av terpener jämfört med maceration. En ultraljudsbehandling längre än 5 min ökade i stället koncentrationen av δ-9-tetrahydrokannabinol (THC).
Protokoll för ultraljudsbehandling:
Den ultraljudsassisterade extraktionen av terpener utfördes med en ultraljudsapparat av sondtyp på 200W. Ultraljudsapparaten ställdes in på 25% amplitud. Tre alikvoter med 50g torkade blomställningar tillsattes vardera 250mL 70% etanol v/v, som användes som extraktionslösningsmedel. Varje bägare och dess innehåll sänktes ned i ett isbad. Ultraljudsbehandlingen utfördes under 5, 10 och 15 min. Under ultraljudsextraktionens säkerställdes under förfarandet en kontinuerlig och snabb värmeavledning för att hålla processtemperaturen under 30°C. Efter extraktionen filtrerades blandningarna under vakuum genom Whatman nr 3-filterpapper, och lösningsmedlet avlägsnades genom rotationsindunstning under vakuum. Varje extraktionsförsök utfördes i triplikat med tre olika prover.
Ultraljudsbehandling visade sig vara ett intressant alternativ till maceration för att extrahera flyktiga föreningar från cannabisblomställningar, men resultaten visar också att ultraljudsbehandlingen inte får vara längre än 5 minuter för att uppnå ett ökat utbyte av terpener. En ultraljudsbehandling som varade längre än 5 minuter ökade i stället koncentrationen av δ-9-tetrahydrokannabinol (THC). Extraktet från blomställningar av Cannabis sativa som erhölls genom ultraljudsextraktion under 5 min skulle kunna användas som ingrediens i parfymer eller som smaksättning i drycker. Det kan användas som ett alternativ till industrihampa, där stjälkarna används inom fiberindustrin och extrakt från blomställningarna inom kosmetik- och livsmedelsindustrin.
Rekommenderad utrustning:
UP200St eller UP200Ht med sonotrod/sond S26d14
Referens/forskningsartikel:
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): ”Ultraljudsassisterad extraktion av flyktiga föreningar från blomställningar av industrihampa, Cannabis sativa L.”. IJARNP 2014, 7/ 1. 8-14.
Läs mer om ultraljudsassisterad terpenextraktion!

Extraktionsuppställning för isolering av ämnen från växter: ultraljudsapparat av sondtyp UP400ST, Büchi-vakuumfilter och rotationsindunstare för extraktion av fytokemikalier.

Ultraljudsextraktion av vanillin från beredda vaniljstänger

Ultraljudstillämpning:
Vanillinextraktionen optimerades med ultraljudsbehandling. Därför kördes ultraljudsapparaten på 100 watt i pulserat läge (cykler: 5 sek. på följt av 5 sek. av).
Bäst resultat uppnåddes vid ultraljudsextraktion med 40% etanol under 1h vid 30°C. För att jämföra resultaten med konventionella extraktionsmetoder utfördes även extraktioner i vattenbad och ultraljudsbad. Resultaten visade att den optimerade vanillinextraktionen med ultraljudshorn med 40% etanol under 1h vid 30°C var jämförbar med extraktion i vattenbad med 40% etanol vid 56°C under 15h.
Rekommenderad utrustning:
UP100H
Referens/forskningsartikel:
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 ultraljudsextraktion av vanillin!

Ultraljudsextraktion av fenolföreningar från Ziziphus Jujube

Ultraljudstillämpning:
För ultraljudsassisterad extraktion av fenolföreningar från jujubär (Ziziphus Jujube) användes en högintensiv ultraljudsapparat av sondtyp UP200H med en effekt på 200W och en frekvens på 24kHz. Ultraljudsapparaten var utrustad med sonotroden S2 med mikrospets (spetsdiameter 2 mm), som sänktes ned i ett vattenbad där en bägare med provet hade placerats (innermått: 280:195:135 mm). Ultraljudsvibrationernas amplitud var 100% av den nominella effekten (maximal amplitud på 260 μm), den akustiska effekten var 0,171402 W och intensiteten var 21,8346 W/cm2. Ultraljudsintensiteten bestämdes kalorimetriskt genom att mäta suspensionens temperaturökning över tid under adiabatiska förhållanden. Ultraljudsextraktionsförfarandet användes för att extrahera det totala innehållet av fenolföreningar från prover enligt försöksplanen (för optimering).
Rekommenderad utrustning:
UP200H med sonotrod S2
Referens/forskningsartikel:
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.

Klicka här för fler protokoll för ultraljudsbehandling av biologiskt material!