Güç Ultrasonu Kullanarak Yüksek Verimli Su Ekstraksiyonu

Bitkisel bileşiklerin suyla ekstraksiyonu (örneğin soğuk veya sıcak su ekstraksiyonu, basınçlı su ekstraksiyonu ve subkritik su ekstraksiyonu), ultrasonikasyonla etkin biçimde iyileştirilebilir. Ultrason destekli su ekstraksiyonu, geleneksel ekstraksiyon teknikleriyle karşılaştırıldığında yalnızca daha yüksek verim sağlamak ve işlem süresini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda daha düşük enerji tüketimi, daha ılımlı ekstraksiyon koşulları ve yüksek kaliteli ekstraktlar sağlar. Ultrasonik su ekstraksiyonu; alkaloitler, flavonoidler, glikozitler, fenolik bileşikler ve polisakkaritler dâhil olmak üzere çok sayıda bitki kaynaklı bileşiğin ekstraksiyonunda başarıyla kullanılmaktadır.

Biyoaktif Bileşiklerin Ultrasonik Su Ekstraksiyonu

Su, en polar çözücüdür ve bu özelliği onu polar bileşikler için mükemmel bir çözücü yapar. Toksik olmayan ve çevre dostu yapısı nedeniyle su, her türlü bitkisel ekstrakt için ideal çözücü olacaktır. Ancak daha az polar ve apolar bileşenler suda çok az çözünür veya hiç çözünmez. Ayrıca, kütle transferi herhangi bir şekilde desteklenmediğinde, sudaki ekstraksiyon işlemi son derece yavaş ve dolayısıyla ekonomik olmayacaktır. Yüksek yoğunluklu, düşük frekanslı ultrason, yoğun karıştırma ve kütle transferi sağlayan çok verimli bir ekstraksiyon tekniğidir. Bu nedenle ultrasonik ekstraksiyonun geleneksel ekstraksiyon yöntemlerine göre önemli avantajlar sağladığı iyi bilinmektedir. Bu avantajlar arasında daha yüksek verim, hızlı işlem, partiler arasında hızlı geçişlerin yanı sıra sürekli hat içi ekstraksiyon, çevre dostu çözücülerin kullanılması, ekstrakttaki bileşikleri koruyan ılımlı ekstraksiyon koşulları, güvenli işletim ve ticari üretim için yüksek işleme kapasitelerine kolayca ölçeklenebilme yer alır. (bkz. Zabot et al., 2021)

Ultrasonikasyonla İyileştirilen Sıcak Su Ekstraksiyonu

Su ekstraksiyonu sırasında bitkisel maddelerin ekstraksiyonunu belirleyen parametreler sıcaklık, süre, basınç ve bitki materyalinin yüzey alanıdır. Suyun yüksek sıcaklığı sayesinde sıcak su ekstraktı nispeten kısa sürede hazırlanabilir.
Çözüm: Ultrasonik karıştırma uygulandığında verim ve ekstraksiyon hızı önemli ölçüde artırılabilir. Sıcak su tek başına hücre yapılarını parçalama konusunda yalnızca sınırlı bir kapasiteye sahiptir ve yüksek sıcaklıklar, ısıya dayanıksız bileşiklere sıklıkla zarar verir veya onları yok eder; dolayısıyla ekstrakt kalitesi düşer. Ultrasonik ekstraksiyon sıcak su ekstraksiyonuyla birleştirildiğinde sıcaklık büyük ölçüde düşürülebilir (örneğin 100°C’den 50°C’ye). Bu, ekstrakte edilen bitkisel bileşenlerin termal bozunmasını önler, toplam verimi artırır ve enerji tasarrufu sağlar. Ultrasonik kavitasyon, ultrasonik ekstraksiyon olgusunun temelindeki ilkedir. Ultrasonik (veya akustik) kavitasyon; hücre duvarlarını parçalayan, hedef bileşikleri serbest bırakan ve hücre içi ile su (çözücü) arasındaki kütle transferini iyileştiren tamamen mekanik kuvvetlerden oluşur. Böylece ultrasonik su ekstraksiyonu mükemmel ekstraksiyon sonuçları sağlar.

Ultrasonikasyonla İyileştirilen Soğuk Su Ekstraksiyonu

Soğuk su ekstraksiyonu (soğuk su infüzyonu), sıcak su kullanımından kaçınıldığı için belirgin biçimde daha verimsizdir. Soğuk su bitki materyaline çok yavaş nüfuz ettiğinden ve kütle transferi neredeyse ihmal edilebilir düzeyde olduğundan, soğuk veya oda sıcaklığındaki su bitkisel bileşikleri çok iyi ekstrakte etmez. Soğuk su ekstraksiyonunun avantajı, herhangi bir sıcaklık artışından kaçınılması ve böylece ısıya duyarlı bileşiklerin termal bozunmasının önlenmesidir. Ancak çok zayıf ekstraksiyon dinamikleri, geleneksel soğuk su ekstraksiyonunu ticari üretim için uygulanamaz hâle getirir. Bu nedenle soğuk su infüzyonu, yavaşlığı ve verimsizliği nedeniyle neredeyse yalnızca deneysel aşamada kullanılır.
Çözüm: Soğuk su ekstraksiyonuna ultrasonikasyonun dâhil edilmesiyle, soğuk suda bekletmenin yavaşlığı ve verimsizliği kolayca aşılabilir. Ultrasonik olarak yoğunlaştırılmış soğuk su ekstraksiyonu, katı-sıvı ortamına yoğun kesme kuvvetleri aktarırken düşük ekstraksiyon sıcaklıklarının korunmasına olanak tanır. Ultrasonik ekstraksiyon mekanizmasının sonucunda hücre duvarları açılır ve bitkisel bileşikler hızla suya salınır. Ultrasonik soğuk su ekstraksiyonu ve infüzyonu, soğuk suda bekletmeyi kısa bir ekstraksiyon süresinde yüksek verim ve yüksek kaliteli ekstraktlar sağlayan son derece etkili bir işleme dönüştürür.

Ultrasonikasyonla Birleştirilen Basınçlı Su Ekstraksiyonu

Ultrasonik ekstraksiyon, titreşimler aracılığıyla çözücünün parçacığın içine ve parçacığın içinden yüzeyine daha fazla difüzyonunu destekleyerek kütle transferini yoğunlaştıran mikro karıştırmayla karakterize edilir. Ayrıca ultrasonikasyon, hücresel materyalin parçacık boyutunu küçültür ve bu da ultrason destekli basınçlı sıvı ekstraksiyonunun etkilerini iyileştirir. Daha geniş yüzey alanı kütle transferinin önemli ölçüde artmasına ve dolayısıyla ekstraksiyon veriminin iyileşmesine olanak tanıdığından, yaklaşık 0,68 mm boyutundaki daha küçük parçacıklar, daha büyük parçacıklardan (yaklaşık 1,05 mm) daha yüksek verim gösterir. (bkz. Zabot et al., 2021)

Güç Ultrasonuyla Etkili Basınçlı Soğuk Su Ekstraksiyonu

Yüksek basınç altında soğuk suyun bitki dokularına nüfuz etmesi kolaylaşır ve suda çözünen fitokimyasallar termal bozunmaya neden olmadan çözünür. Yüksek basınçlı soğuk su ekstraksiyonu yöntemi, polar ve apolar bitkisel bileşenlerin daha iyi izolasyonu için ultrasonla birleştirilebilir. Toksik olmayan, ucuz ve çevre dostu bir çözücü olarak su, özellikle bitki kaynaklı gıdaların, tedavi ürünlerinin ve besin takviyelerinin üretimi söz konusu olduğunda organik çözücüye cazip bir alternatiftir.
Ultrasonik olarak yoğunlaştırılmış basınçlı soğuk su ekstraksiyonu için ekstraksiyon tankına veya akış hücresine bir ultrasonik prob (sonotrot) entegre edilir. Tank veya akış hücresi, hedeflenen ekstrakt bileşiklerine bağlı olarak normalde 5 ile 100 barg arasındaki basınçlarla basınçlandırılır. Hielscher Ultrasonics, ekstraksiyon işleminiz için en uygun basıncı ayarlamanıza olanak tanıyan, 300barg’a kadar basınçlandırılabilen özel üretim endüstriyel ultrasonik reaktörler ve akış hücreleri de sunar.
 

Sonikasyonla İyileştirilen Süperkritik Su Ekstraksiyonu

Ultrasonik olarak güçlendirilmiş subkritik su ekstraksiyonu, güç ultrasonunun katı ve sıvı arasındaki kütle transferini iyileştirdiği bir başka sinerjik tekniktir. Basınçlı sıcak su ekstraksiyonu veya aşırı ısıtılmış su ekstraksiyonu olarak da bilinen subkritik su ekstraksiyonu (SWE), daha düşük polariteye sahip bitkisel bileşiklerin ekstraksiyonunda daha az yaygın kullanılan bir tekniktir. Subkritik su ekstraksiyonunda, süperkritik durumdaki su çözücü olarak kullanılır.
Subkritik su nedir ve daha az polar bitkisel bileşiklerin ekstraksiyonu için neden iyi bir çözücüdür? “Su, sıcaklık ve basınçtan büyük ölçüde etkilenen birçok termodinamik özelliğe sahiptir. Koşullara bağlı olarak fiziksel durumu (katı, sıvı veya gaz), termal davranışı, yoğunluğu veya viskozitesi değiştirilebilir. Sıcaklık ve basınç, kritik nokta olarak bilinen noktanın (221 bar ve 374 °C olarak tanımlanır) üzerine çıkarılarak suyun süperkritik duruma ulaşması sağlanabilir. Buharlaşmayı önlemek için sıcaklığın 100°C ile kritik sıcaklık (374°C) arasında ve basıncın 1 bar ile kritik basınç (221 bar) arasında olduğu subkritik koşullarda suyun polaritesi azalır; bu da suyu çeşitli organik biyoaktif bileşiklerin ekstraksiyonu için daha iyi bir çözücü yapar.” (Li and Chemat, 2019)
Ultrason subkritik su ekstraksiyonuyla birleştirildiğinde, ekstrakt verimi artırılarak ve ekstraksiyon süresi azaltılarak ekstraksiyon verimliliği iyileştirilebilir. En uygun sonuçlar için kapalı basınçlı parti reaktöründeki veya akış hücresi reaktöründeki basınç, suyun buhar basıncının en az iki katına ulaşmalıdır. (Suyun buhar basıncı tablosunu bu sayfanın sonunda bulabilirsiniz.)
Huang et al. (2010), düşük frekanslı, yüksek güçlü ultrasonun subkritik su ekstraksiyonuyla birlikte ekstraksiyon üzerindeki etkilerini araştırmıştır. Bu amaçla Lithospermum erythrorhizon’dan uçucu yağ ekstrakte etmek için subkritik su ekstraksiyon cihazının kazanına bir ultrasonik prob bağlanmıştır. Sonuçlar, 20 KHz’deki ultrason destekli güçlendirme etkisinin 36 KHz’dekinden daha iyi olduğunu ve çıkış gücüyle birlikte arttığını (0 ile 250 W arasında) göstermiştir. Subkritik su ekstraksiyon verimi, 160°C sıcaklıkta ve 5 MPa basınçta 25 dakikalık bir ekstraksiyon işlemi sırasında ultrasonik salınım (250 W, 20 KHz) yoluyla %1,87’den %2,39’a yükselmiştir. Ultrasonikasyon yalnızca ekstraksiyon verimini değil, ekstraksiyon hızını da artırabilir ve böylece zaman tasarrufu sağlayabilir.
Ultrason destekli subkritik su ekstraksiyonu, geleneksel subkritik su ekstraksiyonundan (örneğin 10MPa) daha düşük basınçlarda (örneğin 5barg) gerçekleştirilebilir; bu, enerji maliyetlerinden tasarruf sağlar ve ekstraksiyon işlemini daha güvenli hâle getirir.

Ultrasonik Bitkisel Ekstraksiyonun Avantajları

Hem bilimsel araştırmalar hem de endüstriyel uygulamalar, ultrason destekli ekstraksiyonun teknik bilgi veya yoğun eğitim gerektirmeyen, güvenilir ve kullanımı kolay bir teknik olduğunu göstermektedir. Çok yüksek ekstraksiyon verimliliği, yüksek verim, düşük işletme maliyetleri ve düşük yatırım maliyetleri (özellikle CO₂ ekstraktörleri gibi diğer tekniklerle karşılaştırıldığında) ile düşük enerji maliyetleri, prob tipi ultrasonik ekstraktörlerin başlıca avantajlarıdır.
Ultrasonik ekstraksiyon teknolojisini tercih edilen yöntem hâline getiren diğer faydalar; düşük ekstraksiyon sıcaklıkları sayesinde yüksek kaliteli ekstraktlar, güvenilir sonuçlar (tekrarlanabilirlik / yeniden üretilebilirlik), her üretim düzeyine tamamen doğrusal ölçeklenebilirlik ve düşük bakım gereksinimidir.
„Ultrasonik prob tipi ekstraksiyonun kullanımıyla ilişkili diğer avantajlar, ekstraktın kolay işlenmesi, hızlı uygulama, kalıntı bulunmaması, yüksek verim, çevre dostu olması, artırılmış kalite ve ekstraktın bozunmasının önlenmesidir.”
(bkz. Chemat and Khan, 2011)

Bitkisel izolasyon için ekstraksiyon düzeneği: UP400St prob tipi sonikatörü, Büchi vakum filtresi ve döner evaporatör – fitokimyasalların ekstraksiyonu için.

Su Ekstraksiyonu için Yüksek Performanslı Sonikatörler

Hielscher Ultrasonics ekstraktörleri, hangi çözücü kullanılırsa kullanılsın bitkisel ekstraksiyon alanında köklü bir yere sahiptir. Hem küçük, özel niş ekstrakt üreticileri hem de büyük ölçekli kitlesel üreticiler, Hielscher’in geniş ekipman portföyünde üretim gereksinimleri için ideal ultrasonik ekstraksiyon ekipmanını bulur. Hem parti hâlinde hem de sürekli hat içi işlem düzenekleri hazır olarak mevcuttur ve stoktan sevk edilebilir. Her türlü çözücüyle çalışmaya uygun olan ultrasonik ekstraksiyon, her türlü bitki materyalinin ekstraksiyonu için esnek biçimde uygulanabilir. Çözücü olarak su kullanılması, son derece pahalı “organik” etanol kullanılmadan organik sertifikalı ekstraktların üretilmesine olanak tanır. (Elbette organik bir su ekstraktı üretmek için bitki materyalinin organik olarak yetiştirilmiş olması gerekir).

Hielscher Ultrasonics ile Yüksek Verimlilikte Ekstraksiyon

Hielscher ultrasonik ekstraktörleri, bitki hücrelerini etkin biçimde parçalar, çözücünün nüfuz etmesi için bitki materyalinin yüzey alanını ve fitokimyasalların (ikincil metabolitlerin) salınması için kütle transferini artırır. Kullanıcı dostu olacak şekilde tasarlanan Hielscher ekstraktörleri hızla kurulur ve güvenli, sezgisel biçimde kullanılabilir.

En Yüksek Kalite Standartlarını Karşılama – Almanya’da Tasarlanmış ve Üretilmiştir

Hielscher sonikatörlerinin gelişmiş donanımı ve akıllı yazılımı, bitkisel ham maddelerinizden yeniden üretilebilir sonuçlar ve kullanıcı dostu, güvenli işletimle güvenilir ultrasonik ekstraksiyon sonuçları elde edilmesini garanti etmek üzere tasarlanmıştır. Sağlamlık, güvenilirlik, tam yük altında 24/7 çalışma ve çalışan açısından kolay kullanım, Hielscher sonikatörlerini tercih edilir kılan diğer kalite unsurlarıdır.
Hielscher Ultrasonics ekstraktörleri, yüksek kaliteli fitokimyasal ekstraksiyonunda dünya çapında kullanılmaktadır. Yüksek kaliteli bitkisel bileşikler sağladığı kanıtlanmış olan Hielscher ultrasonik ekstraktörleri, yalnızca özel ve butik ekstraktların küçük ölçekli üreticileri tarafından değil, çoğunlukla ticari olarak yaygın biçimde bulunan ekstraktların, besin takviyelerinin ve tedavi ürünlerinin endüstriyel üretiminde kullanılır. Sağlam donanımları ve akıllı yazılımları sayesinde Hielscher ultrasonik işlemcileri kolayca kullanılabilir ve izlenebilir.

Otomatik Veri Kaydı

Gıda, besin takviyesi ve tedavi ürünlerinin üretim standartlarını karşılamak için üretim süreçlerinin ayrıntılı biçimde izlenmesi ve kaydedilmesi gerekir. Hielscher Ultrasonics dijital ultrasonik cihazları, otomatik veri kaydı özelliğine sahiptir. Bu akıllı özellik sayesinde ultrasonik enerji (toplam ve net enerji), sıcaklık, basınç ve süre gibi tüm önemli işlem parametreleri, cihaz açılır açılmaz yerleşik bir SD karta otomatik olarak kaydedilir. Süreç izleme ve veri kaydı, sürekli süreç standardizasyonu ve ürün kalitesi için önemlidir. Otomatik olarak kaydedilen işlem verilerine erişerek önceki sonikasyon işlemlerini gözden geçirebilir ve sonuçlarını değerlendirebilirsiniz.
Bir başka kullanıcı dostu özellik, dijital ultrasonik sistemlerimizin tarayıcı üzerinden uzaktan kontrolüdür. Tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol aracılığıyla ultrasonik işlemcinizi herhangi bir yerden uzaktan başlatabilir, durdurabilir, ayarlayabilir ve izleyebilirsiniz.
Bitki materyallerinden ultrasonik su ekstraksiyonunun avantajları hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz? Bitkisel ekstrakt üretim sürecinizi görüşmek için hemen bizimle iletişime geçin! Deneyimli personelimiz, ultrasonik ekstraksiyon, ultrasonik sistemlerimiz ve fiyatlandırma hakkında daha fazla bilgi paylaşmaktan memnuniyet duyacaktır!

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:

Ultrasonik Su Ekstraksiyonu Hakkında Teknik Bilgiler

Maserasyon, infüzyon, perkolasyon, dekoksiyon, geri akışlı ekstraksiyon, buhar damıtma, süblimasyon ve presleme gibi geleneksel ekstraksiyon yöntemleri, bitkilerden tıbbi bileşiklerin ekstraksiyonunda yaygın olarak kullanılır. Bu yöntemlerin dezavantajları arasında zaman alan işlem, düşük saflık ve düşük verimlilik bulunur.

Ultrasonik Ekstraksiyonu Etkileyen İşlem Parametreleri

Ultrason destekli ekstraksiyon, bitkisel bileşiklerin geleneksel ekstraksiyon yöntemleriyle karşılaştırıldığında sonikasyonu üstün ekstraksiyon tekniği hâline getiren benzersiz özellikleri ve avantajlarıyla bilinir. Ultrason destekli ekstraksiyonun önemli bir avantajı, ultrasonik işlem etkenlerinin (genlik, süre, sıcaklık, basınç gibi) hassas biçimde uyarlanabilmesidir; bu, ultrasonik işlemin hedef bileşiğe en uygun şekilde ayarlanmasına olanak tanır. Her bitki materyali, en iyi verim, kalite ve ekstraksiyon hızının elde edildiği ideal ekstraksiyon parametrelerine sahiptir. Ultrasonik ekstraksiyon işlemi, bu en uygun ekstraksiyon koşullarına kusursuz biçimde uyarlanabilir.

Ultrasonik Genlik

Genlik, ultrasonik probun (sonotrodun) titreşimsel yer değiştirmesidir. Genlik ne kadar yüksekse sonikasyon uygulanan sıvıdaki titreşim ve kavitasyon o kadar yoğundur. Hielscher Ultrasonics, hassas biçimde ayarlanabilir genlikler sağlayabilen yüksek performanslı prob tipi sonikatörlerde uzmanlaşmıştır. Kesintisiz 24/7 çalışmada 200µm’ye kadar genlik sağlayabilen özel üretim problar stoktan temin edilebilir. Daha da yüksek genlikler için özel ultrasonik sonotrotlar da kolayca üretilebilir.
Genlik, verimli bitkisel ekstraksiyon için en önemli parametrelerden biridir – hatta en önemli tek parametre olabilir. Yüksek genlikler, hücre duvarlarını parçalamak ve hücre içi materyali serbest bırakmak için gereken kuvvetleri oluşturur. Böylece yüksek performanslı ultrasonikasyon, bitkisel ekstraksiyonda son derece etkili hâle gelir.

Ultrasonik İşlem Süresi

Sonikasyon bitkisel bileşikleri önemli ölçüde daha yüksek ekstraksiyon hızlarıyla serbest bıraktığı için ultrason destekli ekstraksiyon genellikle geleneksel yöntemlerden çok daha kısa sürer. Ultrasonikasyon, daha kısa ekstraksiyon işlemlerine olanak tanır ve bu da ekstrakte edilen bileşikleri aşırı işlemden korur. Ultrason sayesinde daha kısa işlem, daha yüksek işleme kapasitesi ve daha yüksek ekstrakt kalitesi anlamına gelir.

Darbeli Ultrasonik İşlem

Ultrasonik darbeleme, ultrason uygulamasının tanımlanmış duraklama döngüleriyle kesildiği bir işlem modudur (örneğin %50 görev döngüsü: 30 sn. AÇIK, 30 sn. KAPALI; %100 görev döngüsü: duraklamasız sürekli sonikasyon). Ultrasonun görev döngüsü (darbe modu veya ultrasonik darbeleme döngüleri olarak da bilinir), bir darbe periyodu boyunca ultrasonun ortama aktarıldığı sürenin (darbe süresi) yüzdesini ifade eder. Örneğin %50 döngü modu, 30 sn. AÇIK ve 30 sn. KAPALI olacaktır. Bir görev döngüsünün duraklama evresinde, sonikasyon uygulanan sıvı belirli bir süre (örneğin 30 sn.) boyunca yeniden hareketsiz duruma döner; bu, hedef işlem sıcaklığını korumak için ısının uzaklaştırılmasına yardımcı olur. Sonikasyonun görev döngüsü, ekstraksiyon verimliliği açısından daha az önemlidir, ancak belirli bir işlem sıcaklığını korumak için kullanılır.

Hidrostatik Basınç

Basınç, ultrasonik işlemler için bir başka çok önemli parametredir. Sonikasyon uygulanan ortama hidrostatik basınç uygulanması, kavitasyonun yoğunluğunu etkiler. Yüksek basınç koşullarında ultrasonik (akustik) kavitasyonun yoğunluğu artar. Hielscher Ultrasonics, yoğunlaştırılmış sonikasyon sonuçları için basınçlandırılabilen çeşitli ultrasonik parti reaktörleri ve akış hücreleri sunar.

Ekstraksiyon Sıcaklığı

Her mekanik işlem gibi ultrasonikasyon da termodinamiğin 2. yasasına uygun olarak sıcaklık artışına neden olur. Bununla birlikte ultrasonikasyon, termal olmayan bir işlem tekniğidir; çünkü ultrason destekli işlemler tamamen mekanik kuvvetlere (sonomekanik kuvvetler de denir) dayanır. Ultrasonik ekstraksiyon sırasında ekstraksiyon sıcaklığı etkin biçimde kontrol edilebilir ve seçilen belirli bir sıcaklık aralığında tutulabilir. Tüm Hielscher dijital ultrasonik işlemcileri, takılabilir bir sıcaklık sensörü ve işlem için belirli bir sıcaklık aralığının ayarlanabildiği akıllı yazılımla donatılmıştır. Bu sıcaklık aralığı aşıldığında sonikatör, sıcaklık yeniden seçilen aralığa dönene kadar duraklar ve ardından sonikasyon işlemine otomatik olarak devam eder. Hielscher sonikatörlerinin bu akıllı özelliği, hassas biçimde kontrol edilebilen bir sonikasyon işlemi ve ideal sonuçlar sağlar.
Ekstraksiyon sıcaklığı bitkisel bileşiklere ve bitkilere göre farklılık gösterebileceğinden sıcaklık, ultrasonik işlemin optimizasyonu sırasında ihmal edilmemesi gereken önemli bir etkendir. Örneğin Sophora flavescens’ten maksimum flavonoid verimi elde etmek için 80°C’nin ideal olduğu bulunurken, buğday kepeğinden arabinoksilan ekstraksiyonu için en iyi sonuçlar 50°C’de elde edilmiştir.

Ultrasonik Ekstraksiyon için Herhangi Bir Çözücü Kullanın

Farklı bitkisel bileşikler, çeşitli çözücülerdeki çözünürlüklerini etkileyen farklı polaritelere sahiptir. Örneğin saponinler ve polisakkaritler daha polardır ve bu nedenle su yüksek derecede polar olduğundan suda iyi çözünürlük gösterirler. Buna karşılık antosiyaninler ve klorojenik asit gibi fenolik bileşikler oldukça apolardır ve bu nedenle etanol gibi daha az polar bir çözücüde daha iyi çözünürler. Dolayısıyla yüksek ekstraksiyon verimliliği elde etmek için çözücü seçimi, hedeflenen bileşiklerin çözünürlüğüne uygun olarak yapılmalıdır. Örneğin su, mantarlardan psilosibin gibi polar bileşiklerin yanı sıra oligosakkaritlerin, glikozitlerin ve flavonoidlerin ekstraksiyonu için iyi bir çözücüdür; etanol konsantrasyonu %60 (v/v) olan bir etanol-su karışımı ise örneğin apigenin, baikalin ve luteolin bileşiklerinin ultrason destekli ekstraksiyonu için uygundur.
Çözücüler, çözücü polaritesi ve ultrasonik ekstraksiyon için en uygun çözücüler hakkında daha fazla bilgi edinin!

Ekstraksiyon Çözücüsü Olarak Su

Su, en polar çözücüdür ve çok çeşitli polar bileşiklerin ekstraksiyonu için uygundur. Başlıca avantajları arasında çok çeşitli maddeleri çözebilme kapasitesi yer alır. Ayrıca ucuz, toksik olmayan, güvenli ve yanmaz bir çözücüdür. Dezavantajları arasında yüksek polaritesi nedeniyle polar bileşiklere yönelik güçlü seçiciliği bulunur. 100°C olan yüksek kaynama noktası nedeniyle ekstraktın konsantre edilmesi (örneğin damıtma veya döner evaporasyon yoluyla) büyük miktarda enerji gerektirir. Ayrıca su, bakteri ve küf gelişimine elverişlidir.

Ultrasonik Frekans

Yaklaşık 20kHz ultrasonik frekansın, bitkisel ekstraksiyon için en güçlü ve en verimli frekans olduğu belirlenmiştir. Ultrasonik frekans, bitkilerden tıbbi bileşiklerin ekstraksiyonunda ultrason destekli ekstraksiyonun verimliliğini etkiler. Genel olarak düşük ultrasonik frekans (yani yaklaşık 20kHz), daha yoğun kavitasyon (sonomekanik etkiler) oluşturur ve bu da ekstraksiyon işleminin etkinliğini artırır.

Bitki Materyali

Bitki materyalleri, hücrelerinin yapısı ve sertliği bakımından büyük farklılıklar gösterebilir. Selüloz, hemiselülozlar, lignin, pektik polisakkaritler, proteinler, fenolik ve selülozik olmayan bileşikler ile su içerebilen hücre duvarı bileşimine bağlı olarak hücre duvarları sağlam veya yumuşak olabilir. Farklı bitki türleri ve kısımları, bu hücre duvarı bileşenlerini farklı türlerde ve miktarlarda içerir. Bu nedenle her bitki türü, en uygun ekstraksiyon sonuçları için belirli işlem parametreleri gerektirir.
Yoğunluk hassas biçimde ayarlanabildiğinden Hielscher ultrasonik ekstraktörleri, yumuşak ve sert hücre duvarlarını güvenilir biçimde parçalayabilir. Yumuşak hücre duvarları daha az yoğun ultrasonikasyona ihtiyaç duyabilirken, sağlam hücre yapıları daha yoğun bir işlemden fayda görür.
Bitkisel ekstraksiyon için ham madde, yeni hasat edilmiş (ıslak) veya kurutulmuş olabilir. Ultrasonik ekstraksiyon hem taze/ıslak hem de kurutulmuş bitkiler için uygundur. Bitkisel katıların parçacık boyutu bir başka önemli etkendir: Geniş yüzey alanı (yani küçük parçacık boyutu), ultrasonik kavitasyonun kesme kuvvetleri için geniş bir temas alanı sağladığından faydalıdır ve daha yüksek verimlilikle sonuçlanır. Bu nedenle bitki materyali maserasyona tabi tutulur veya küçük parçalara (yaklaşık 3–5mm) öğütülür.

Ultrasonik Ekstraksiyon Neden En İyi Yöntemdir?

Verimlilik

• Daha yüksek verim
• Hızlı ekstraksiyon işlemi – dakikalar içinde
• Yüksek kaliteli ekstraktlar – ılımlı, termal olmayan ekstraksiyon
• Çevre dostu çözücüler (su, etanol, gliserin, bitkisel yağlar, NADES vb.)

Basitlik

• Tak ve çalıştır – Dakikalar içinde kurun ve çalıştırın
• Yüksek işleme kapasitesi – Büyük ölçekli ekstrakt üretimi için
• Parti hâlinde veya sürekli hat içi işletim
• Basit kurulum ve devreye alma
• Taşınabilir / Hareketli – Taşınabilir veya tekerlek üzerine monte edilmiş üniteler
• Doğrusal ölçek büyütme – Kapasiteyi artırmak için paralel olarak başka bir ultrasonik sistem ekleyin
• Uzaktan izleme ve kontrol – Bilgisayar, akıllı telefon veya tablet üzerinden
• Süreç gözetimi gerektirmez – Kurun ve çalıştırın
• Yüksek Performans – Kesintisiz 24/7 üretim için tasarlanmıştır
• Sağlamlık ve düşük bakım gereksinimi
• Yüksek kalite – Almanya’da tasarlanmış ve üretilmiştir
• Partiler arasında hızlı yükleme ve boşaltma
• Kolay temizlenir

Güvenlik

• Basit ve güvenli işletim
• Çözücüsüz veya çözücü bazlı ekstraksiyon (su, etanol, bitkisel yağlar, gliserin vb.)
• Yüksek basınç ve sıcaklık yok
• ATEX sertifikalı, patlamaya dayanıklı sistemler mevcuttur
• Kolay kontrol (uzaktan kontrol yoluyla da)

Literatür / Kaynaklar

• Ping-ping Huang, Ri-fu Yang, Tai-qiu Qiu, Wei Zhang & Chun-mei Li (2010): Ultrasound-Enhanced Subcritical Water Extraction of Volatile Oil from Lithospermum erythrorhizon. Separation Science and Technology, 45:10, 1433-1439.
• Zabot, G. L., Viganó, J., & Silva, E. K. (2021): Low-Frequency Ultrasound Coupled with High-Pressure Technologies: Impact of Hybridized Techniques on the Recovery of Phytochemical Compounds. Molecules, 26(17), 2021. 5117.
• Li, Ying; Chemat, Farid (2019): Plant Based “Green Chemistry 2.0”: Moving from Evolutionary to Revolutionary. Springer Science 2019.
• 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.
• 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.
• 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.