การสกัดวานิลลาอัลตราโซนิก – วิธีที่ไม่ระบายความร้อน
- สารสกัดวานิลลาเป็นสารละลายรสชาติที่สกัดจากฝักวานิลลาในสารละลายเอทานอลและน้ํา
- ในการผลิตวานิลลินคุณภาพสูงเป็นส่วนประกอบของกลิ่น รสชาติ และกลิ่นหอม จําเป็นต้องมีเทคนิคการสกัดที่มีประสิทธิภาพแต่อ่อนโยนเพื่อป้องกันการสลายตัว
- การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีการสกัดเชิงกลที่ไม่รุนแรงซึ่งให้ผลผลิตไวนิลลินสูงในเวลาสกัดที่สั้นมาก
อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับสารสกัดวานิลลินคุณภาพสูง
ในฐานะเครื่องเทศที่แพงที่สุดเป็นอันดับสองรองจากหญ้าฝรั่นการผลิตวานิลลาต้องใช้วิธีการสกัดที่มีประสิทธิภาพซึ่งป้องกันการเสื่อมสภาพของน้ํามันหอมระเหยที่มีคุณค่า การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักกันดีและเป็นที่ยอมรับว่าเป็นวิธีการที่ไม่รุนแรงไม่ระบายความร้อน แต่มีประสิทธิภาพสูงในการปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากวัสดุจากพืช การสกัดด้วยอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของโพรงอากาศอะคูสติกซึ่งเป็นการรักษาทางกลล้วนๆ สิ่งนี้ทําให้ sonication เป็นวิธีที่ต้องการสําหรับการแยกสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ละเอียดอ่อนเช่นสารประกอบรสชาติและน้ํามันหอมระเหยเช่นวานิลลินโพลีฟีนอลหรือสารต้านอนุมูลอิสระจากพฤกษศาสตร์
ข้อดีของการสกัดวานิลลาอัลตราโซนิก
- ผลผลิตที่เหนือกว่า
- การสกัดความเร็วสูง – ภายในไม่กี่นาที
- สารสกัดคุณภาพสูง – อ่อนโยนไม่ร้อน
- ตัวทําละลายสีเขียว (เช่น น้ํา/เอทานอล)
- คุ้มค่า
- ใช้งานง่ายและปลอดภัย
- ต้นทุนการลงทุนและการดําเนินงานต่ํา
- การทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันภายใต้งานหนัก
- วิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
การสกัดวานิลลาอัลตราโซนิก – ในโหมดแบทช์หรือโหมดการไหลต่อเนื่อง
ชุด: กระบวนการสกัดอัลตราโซนิกสามารถดําเนินการเป็นกระบวนการแบทช์อย่างง่ายหรือเป็นการรักษาแบบอินไลน์โดยที่ตัวกลางจะถูกป้อนอย่างต่อเนื่องผ่านเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านอัลตราโซนิก
การประมวลผลแบบแบทช์เป็นขั้นตอนที่ง่ายซึ่งการสกัดจะดําเนินการทีละล็อต Hielscher Ultrasonics นําเสนอโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกสําหรับแบทช์ขนาดเล็กถึงขนาดใหญ่เช่น 1L ถึง 120L
สําหรับการประมวลผลแบทช์ขนาด 5 ถึง 10 ลิตร เราขอแนะนํา UP400ST (400W, วิดีโอด้านล่าง) พร้อม sonotrode S24d22L2D
สําหรับการประมวลผลชุดประมาณ 120L เราขอแนะนํา UIP2000hdt (2kW, pic. คอลัมน์ขวาที่ด้านบน) พร้อม sonotrode RS4d40L4
เครื่องโซนิคเตอร์ UIP2000hdT สําหรับการสกัดทางพฤกษศาสตร์ในชุด 120 ลิตร
การสกัดด้วยอัลตราโซนิกของพฤกษศาสตร์ด้วยเครื่องอัลตราโซนิก UP400St
สําหรับปริมาตรประมาณ 8L/นาที เราขอแนะนํา UIP4000hdT (4kW รูปขวา) พร้อม sonotrode RS4d40L3 และโฟลว์เซลล์แรงดัน FC130L4-3G0
กรณีศึกษาการสกัดวานิลลาอัลตราโซนิก
Jadhav et al. (2009) เปรียบเทียบการสกัดด้วยอัลตราโซนิก (UAE) และการสกัด Soxhlet การวิจัยยืนยันว่าการสกัดด้วยอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มการปลดปล่อยวานิลลินอย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับการสกัด Soxhlet การบําบัดด้วย Soxhlet ต้องการอุณหภูมิในการทํางาน 95°C อัตราส่วนตัวทําละลาย: ตัวถูกละลาย 66.67ml/g และเวลาในการสกัด 8 ชั่วโมงส่งผลให้มีการปล่อยวานิลลินประมาณ 180ppm การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ช่วย (UAE) ใช้เวลาเพียง 1 ชั่วโมงในการปล่อยวานิลลินประมาณ 140ppm โดยใช้อัตราส่วนตัวทําละลาย:ตัวถูกละลายเท่ากันที่อุณหภูมิห้อง
Rasoamandrary et al. (2013) เปรียบเทียบประสิทธิภาพของการสกัดวานิลลินโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ 100W (เช่น UP100H) อ่างอัลตราโซนิกและอ่างน้ําร้อน นักวิจัยสรุปว่าเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบเป็นเครื่องมือสกัดที่มีประสิทธิภาพเนื่องจากอัลตราโซนิกที่มีความเข้มสูง ดังนั้นเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบจึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการสกัดทางเลือกโดยให้ผลผลิตที่ใกล้เคียงกัน / หรือสูงกว่าของวานิลลินที่สกัดในเวลาการสกัดที่สั้นลงอย่างมีนัยสําคัญและการใช้ตัวทําละลายน้อยลง (เช่น เอทานอล)
การเปรียบเทียบวิธีการสกัดทั้งสามวิธี – โพรบอัลตราโซนิก, อ่างอัลตราโซนิก, การสกัดอ่างน้ําร้อน – แสดงให้เห็นว่าการสกัดวานิลลินมีประสิทธิภาพสูงสุดสําหรับการโพรบโซนิเคชั่นโดยใช้เอทานอล 40% (v / v) ที่อุณหภูมิแวดล้อม 30 °C และเวลาในการสกัด 1 ชั่วโมง การสกัดอ่างน้ําต้องใช้ความเข้มข้นของเอทานอล (v/v) 50% ที่ 56°C เป็นเวลา 15 ชั่วโมง
UIP4000hdT – เครื่องสกัดอัลตราโซนิก 4kW สําหรับการรักษาแบบอินไลน์อย่างต่อเนื่อง
อุปกรณ์อัลตราโซนิกสําหรับการสกัดที่มีประสิทธิภาพสูง
Hielscher Ultrasonics มีความเชี่ยวชาญในการผลิตโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการผลิตสารสกัดคุณภาพสูงจากพฤกษศาสตร์
กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายของ Hielscher มีตั้งแต่เครื่องอัลตราโซนิกในห้องปฏิบัติการขนาดเล็กที่ทรงพลังไปจนถึงระบบแบบตั้งโต๊ะและระบบอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบซึ่งให้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงสําหรับการสกัดและแยกสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอย่างมีประสิทธิภาพ (เช่น เควอซิทิน, คาเฟอีน, เคอร์คูมิน, เทอร์พีน ฯลฯ ) อุปกรณ์อัลตราโซนิกทั้งหมดจาก 200 วัตต์ ถึง 16,000 วัตต์ มีจอแสดงผลสีสําหรับการควบคุมแบบดิจิตอลการ์ด SD ในตัวสําหรับการบันทึกข้อมูลอัตโนมัติรีโมทคอนโทรลของเบราว์เซอร์และคุณสมบัติที่ใช้งานง่ายอีกมากมาย โซโนทรอดและโฟลว์เซลล์ (ชิ้นส่วนที่สัมผัสกับสื่อ) สามารถนึ่งฆ่าเชื้อและทําความสะอาดได้ง่าย เครื่องอัลตราโซนิกทั้งหมดของเราสร้างขึ้นสําหรับการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันต้องการการบํารุงรักษาต่ําและใช้งานง่ายและปลอดภัย
จอแสดงผลสีดิจิตอลช่วยให้สามารถควบคุมเครื่องอัลตราโซนิกได้อย่างเป็นมิตรกับผู้ใช้ ระบบของเราสามารถส่งมอบแอมพลิจูดได้ตั้งแต่ต่ําถึงสูงมาก สําหรับการสกัดโพลีฟีนอลและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่น ๆ เช่นวานิลลินเราขอเสนอ sonotrodes อัลตราโซนิกพิเศษ (หรือที่เรียกว่าโพรบอัลตราโซนิกหรือแตร) ที่ปรับให้เหมาะสมสําหรับการแยกสารออกฤทธิ์คุณภาพสูงอย่างสมเหตุสมผล ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันในงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ
การควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการอัลตราโซนิกที่แม่นยําช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการทําซ้ําและมาตรฐานกระบวนการ
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกกําลังสูงจากห้องปฏิบัติการไปจนถึงระดับนําร่องและอุตสาหกรรม
วรรณกรรม/อ้างอิง
- Velez Suaza, Catalina (2016): การเพิ่มประสิทธิภาพของแนวทางการวิเคราะห์โดยใช้โครมาโตกราฟีเหลวประสิทธิภาพสูงสําหรับการกําหนดลักษณะของสารสกัดวานิลลาธรรมชาติ วิทยานิพนธ์ Universitaria Lasallista, 2016
- Jadhav D. et al. (2009): การสกัดวานิลลินจากฝักวานิลลา: การศึกษาเปรียบเทียบการสกัดแบบ soxhlet แบบธรรมดาและการสกัดด้วยความช่วยเหลือด้วยอัลตราซาวนด์ วารสารวิศวกรรมอาหาร 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): การปรับปรุงการสกัดวานิลลิน 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde จากถั่ววานิลลาที่บ่มแล้วโดยใช้การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ช่วย: การเปรียบเทียบการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์และอ่างน้ําร้อน
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์สําหรับการสกัดโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพืชสัตว์และแหล่งทะเล แนวโน้ม TrAC ในเคมีวิเคราะห์ เล่มที่ 122 ปี 2020
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
หลักการทํางานของการสกัดอัลตราโซนิก
การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงกับตัวกลางที่เป็นของเหลวส่งผลให้เกิดโพรงอากาศ ปรากฏการณ์ของโพรงอากาศนําไปสู่อุณหภูมิความดันอัตราการให้ความร้อน / ความเย็นความแตกต่างของแรงดันและแรงเฉือนสูงในตัวกลาง เมื่อฟองอากาศระเบิดบนพื้นผิวของของแข็ง (เช่นอนุภาคเซลล์พืชเนื้อเยื่อ ฯลฯ ) ไมโครเจ็ทและการชนกันระหว่างอนุภาคจะสร้างผลกระทบเช่นการลอกพื้นผิวการกัดเซาะและการสลายอนุภาค นอกจากนี้ การระเบิดของฟองอากาศในสื่อเหลวจะสร้างความปั่นป่วนมาโครและการผสมขนาดเล็ก
รูปที่ 1: การสร้างฟองอากาศที่เสถียรและชั่วคราว
(a) การกระจัด (b) โพรงอากาศชั่วคราว (c) โพรงอากาศที่เสถียร (d) ความดัน
[ดัดแปลงจาก Santos et al. 2009]
การฉายรังสีอัลตราโซนิกของวัสดุพืชจะแยกส่วนเมทริกซ์ของเซลล์พืชและเพิ่มความชุ่มชื้นของเซลล์เดียวกัน Chemat et al (2015) สรุปว่าการสกัดด้วยอัลตราโซนิกของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพฤกษศาสตร์เป็นผลมาจากกลไกอิสระหรือรวมกันที่แตกต่างกันรวมถึงการกระจายตัวการกัดเซาะเส้นเลือดฝอยการขจัดพื้นผิวและ sonoporation ผลกระทบเหล่านี้ขัดขวางผนังเซลล์ปรับปรุงการถ่ายเทมวลโดยการผลักตัวทําละลายเข้าไปในเซลล์และดูดตัวทําละลายที่บรรจุสารประกอบไฟโตออกและรับประกันการเคลื่อนที่ของของเหลวโดยการผสมไมโคร
การสกัดอัลตราโซนิกจากเซลล์พืช: ส่วนตามขวางด้วยกล้องจุลทรรศน์ (TS) แสดงกลไกการออกฤทธิ์ระหว่างการสกัดอัลตราโซนิกจากเซลล์ (กําลังขยาย 2000x) [แหล่งข้อมูล: Vilkhu et al. 2011]
การสกัดด้วยอัลตราโซนิกสามารถแยกสารประกอบได้อย่างรวดเร็ว – มีประสิทธิภาพเหนือกว่าวิธีการสกัดแบบเดิมในเวลากระบวนการที่สั้นลง การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยหลีกเลี่ยงการย่อยสลายทางความร้อนของส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพและยอดเยี่ยมเมื่อเทียบกับเทคนิคอื่น ๆ เช่นการสกัดด้วยตัวทําละลายทั่วไป การกลั่นด้วยพลังน้ําหรือ ซอกซ์เฮลต์ การสกัดซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าทําลายโมเลกุลที่ไวต่อความร้อน เนื่องจากข้อดีเหล่านี้การสกัดด้วยอัลตราโซนิกจึงเป็นเทคนิคที่ต้องการสําหรับการปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ไวต่ออุณหภูมิจากพฤกษศาสตร์
วานิลลิน
วานิลลาเป็นรสชาติที่มีคุณค่าซึ่งสามารถสกัดได้จากกล้วยไม้ในสกุลวานิลลาส่วนใหญ่มาจากสายพันธุ์เม็กซิกันวานิลลาใบแบน (V. planifolia) สารประกอบที่มีรสชาติเป็นเอกลักษณ์ของกล้วยไม้วานิลลาพบได้ในผลไม้ซึ่งเป็นผลมาจากการผสมเกสรของดอกไม้ ฝักเมล็ดเหล่านี้มีขนาดประมาณ 1/3 x 6 นิ้ว โดยมีสีน้ําตาลแดงถึงดําเมื่อสุก ภายในฝักเหล่านี้มีของเหลวมันที่เต็มไปด้วยเมล็ดเล็ก ๆ ทั้งฝักและเมล็ดใช้สําหรับการผลิตวานิลลิน
แม้ว่าวานิลลินจะเป็นสารประกอบรสชาติหลักในพืชวานิลลา แต่สารสกัดวานิลลาบริสุทธิ์มีสารประกอบรสชาติเพิ่มเติมอีกหลายร้อยชนิด ซึ่งก่อให้เกิดรสชาติที่ซับซ้อนและลึกซึ้ง
สาระสําคัญวานิลลาเกิดขึ้นในสองรูปแบบ ได้แก่ สาระสําคัญวานิลลินแท้จากฝักเมล็ดวานิลลาและวานิลลินที่สังเคราะห์ขึ้นในอุตสาหกรรม สารสกัดจากเมล็ดแท้เป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของสารประกอบที่แตกต่างกันหลายร้อยชนิด สารประกอบทางเคมีวานิลลิน – 4-ไฮดรอกซี-3-เมทอกซีเบนซัลดีไฮด์ – มีส่วนสําคัญในการสร้างรสชาติและกลิ่นหอมของวานิลลาแท้และเป็นส่วนประกอบรสชาติหลักของถั่ววานิลลาที่บ่ม นอกจากวานิลลินแล้ว อาจใช้สารประกอบทางเคมีอื่นๆ เช่น อะซีตัลดีไฮด์ กรดอะซิติก เฟอร์ฟูรัล กรดเฮกซาโนอิก 4-ไฮดรอกซีเบนซิลเดลดีไฮด์ ยูจีนอล เมทิลซินนาเมต และกรดไอโซบิวทิริก
พันธุ์วานิลลา
วานิลลาเบอร์เบินหรือวานิลลาเบอร์บอง-มาดากัสการ์ผลิตจากพืช V. planifolia ซึ่งเติบโตบนเกาะในมหาสมุทรอินเดีย เช่น มาดากัสการ์ คอโมโรส และเรอูนียง ซึ่งเดิมชื่อ Île Bourbon คําศัพท์ “เบอร์เบินวานิลลา” อธิบายถึงกลิ่นวานิลลาที่โดดเด่นซึ่งได้มาจาก V. planifolia
วานิลลาเม็กซิกันที่สกัดจาก V. planifolia พื้นเมืองผลิตในปริมาณที่ต่ํากว่ามาก วานิลลาเม็กซิกันเป็นที่รู้จักและวางตลาดในชื่อวานิลลาจากดินแดนต้นกําเนิด เนื่องจากพืช V. planifolia มีถิ่นกําเนิดในเมโสอเมริกา
วานิลลาตาฮิติมาจากเฟรนช์โปลินีเซีย ผลิตจากพืช V. tahitiensis การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมแสดงให้เห็นว่าสายพันธุ์นี้อาจเป็นพันธุ์จากลูกผสมของ V. planifolia และ V. odorata
วานิลลาอินเดียตะวันตกทําจาก V. pompona ซึ่งปลูกในทะเลแคริบเบียนและอเมริกากลางและอเมริกาใต้