Ultrasonikasyon, Hız Açısından Diğer Ekstraksiyon Yöntemlerini Geride Bırakır
Ultrasonik ekstraksiyonun hızlı bir işlem olması ve bunun sonucunda ekstrakt üretiminde sağlanan zaman tasarrufu, bitkilerden biyoaktif bileşiklerin ultrasonik ekstraksiyonunun birçok avantajından biridir. Ultrasonik ekstraksiyon, süperkritik CO2 ekstraksiyonu, maserasyon, ısı altında geri akış, Soxhlet veya mikrodalga ekstraksiyonu gibi alternatif ekstraksiyon teknikleriyle bilimsel olarak karşılaştırılmıştır ve araştırma sonuçları, ekstraksiyon hızı ve verimi açısından ultrasonikasyonun önemli avantajını kanıtlamaktadır.
Hızlı Bir Ekstraksiyon İşlemi Olarak Ultrasonikasyon
Biyoaktif bileşiklerin ultrasonik ekstraksiyonu; yüksek verimleri, yüksek kaliteli ekstraktları, kısa ekstraksiyon süresi, düşük enerji tüketimi ve çok yumuşak etkili çözücülerle çalışabilme özelliğiyle iyi bilinmektedir. Tüm bu faktörler, bitkisel materyallerden biyoaktif bileşenlerin ultrasonik ekstraksiyonunun olağanüstü genel verimliliğine katkıda bulunur.
Aşağıda, ultrasonik ekstraksiyonun (diğer adıyla ultrason destekli ekstraksiyon / UAE) maserasyon, Soxhlet, ısı altında geri akış, süperkritik CO2 ve mikrodalga ekstraksiyonu gibi diğer ekstraksiyon teknikleriyle karşılaştırıldığı bilimsel araştırma raporlarından bir seçki bulabilirsiniz.
UP400St sonikatörü – bitkisel materyallerin kesikli modda yüksek hızlı ekstraksiyonu için
| Ekstraksiyon Uygulaması | Ultrasonik ekstraksiyon süresi | Alternatif ekstraksiyon yönteminin süresi | Ek bilgiler | Kaynak |
|---|---|---|---|---|
| Mersin meyvelerinden antosiyanin ekstraksiyonu | 5 min | 15 min mikrodalga |
UP200S sonikatörü | Gonzalez et al., 2019 |
| Boldo yapraklarının ekstraksiyonu | 5–30 min | 15–90 min maserasyon |
UIP1000hdT sonikatörü “5–30 min süren sonikasyonda elde edilen verimin, 15–90 min süren geleneksel maserasyonda elde edilen verime eşdeğer olduğunu görebiliriz: UAE , yaprakların çözünür maddesini ekstrakte etmek için geleneksel maserasyonda gereken sürenin üçte birini gerektirir.” |
Petigny et al., 2013 |
| Adaçayından toplam fenollerin ve flavonoidlerin ekstraksiyonu | 11 min | 30 min 60ºC sıcaklıkta su banyolu çalkalayıcıyla geleneksel ekstraksiyon |
ultrasonik ekstraktörler: UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Zeytin yaprağı polifenollerinin ekstraksiyonu | 21 min | 60min ısı altında geri akışla geleneksel ekstraksiyon |
UP400S sonikatörü | Dobrinčić et al., 2020 |
| Malva sylvestris yapraklarından biyoaktif fenoliklerin ekstraksiyonu | 49 min 110W güçte, 48°C sıcaklıkta |
5 h 150 rpm hızda karıştırmalı yatak ekstraksiyonu |
UP200S sonikatörü HPLC analizi, biyoaktif fenoliklerin konsantrasyonunda anlamlı bir artışın (p≺0,05) optimum UAE koşullarında gerçekleştiğini ortaya koymuştur. |
Bimakr et al., 2017 |
| Kış Kavunu (Benincasa hispida) Tohumundan Lipitlerin Ekstraksiyonu | ∼36 min | Basınç salınımı tekniğiyle birleştirilmiş süperkritik karbondioksit ekstraksiyonu (SCE-PST) (∼50 min), süperkritik CO2 (∼97 min) ve geleneksel Soxhlet ekstraksiyonu (∼360 min) | Süperkritik karbondioksit (sCO2), ultrason destekli ekstraksiyon (UAE), basınç salınımı tekniğiyle birleştirilmiş süperkritik karbondioksit ekstraksiyonu (SCE-PST) ve Soxhlet ekstraksiyonunun karşılaştırılması, UAE’nin en verimli ve en hızlı ekstraksiyon tekniği olduğunu göstermektedir. | Bimakr et al. (2015) |
Süperkritik karbondioksit (sCO2), ultrason destekli ekstraksiyon (UAE), basınç salınımı tekniğiyle birleştirilmiş süperkritik karbondioksit ekstraksiyonu (SCE-PST) ve Soxhlet ekstraksiyonunun karşılaştırılması, UAE yönteminin en verimli ve en hızlı ekstraksiyon tekniği olduğunu göstermektedir.
- Yüksek ekstraksiyon verimliliği
- Üstün ekstraksiyon verimleri
- Hızlı işlem
- Düşük sıcaklıklar
- Isıya duyarlı bileşiklerin ekstraksiyonuna uygunluk
- Her türlü çözücüyle uyumluluk
- Düşük enerji tüketimi
- Çevre dostu ekstraksiyon tekniği
- Kolay ve güvenli kullanım
- Düşük yatırım ve işletme maliyetleri
- Ağır çalışma koşullarında 24/7 çalışma
Bileşiklerin Çok Hızlı İzolasyonu İçin Yüksek Performanslı Ultrasonik Ekstraktörler
Hielscher’in en son teknolojiye sahip ultrasonik ekipmanları, bitkilerden yüksek kaliteli biyomoleküllerin hızlı ekstraksiyonuna olanak tanır. Genlik, sıcaklık, basınç ve enerji girdisi gibi işlem parametrelerinin tam kontrolü, zarar görmemiş ve yüksek biyoaktiviteye sahip ekstraktlar üreten en verimli ve en yumuşak ekstraksiyon koşullarına olanak tanır. Ham madde parçacık boyutu, çözücü türü, katı/çözücü oranı ve ekstraksiyon süresi gibi ultrasonik ekstraksiyon parametreleri, en yüksek verimlilik ve en iyi genel sonuçlar için optimize edilebilir. Ultrasonik ekstraksiyon ısıl olmayan bir ekstraksiyon yöntemi olduğundan, biyoaktif bileşenlerin ısıl bozunması önlenebilir ve bunun sonucunda üstün ekstrakt kalitesi elde edilir.
Genel olarak yüksek verim, kısa ekstraksiyon süresi, düşük ekstraksiyon sıcaklığı ve azaltılmış çözücü gereksinimleri gibi avantajlar, sonikasyonu tercih edilen ekstraksiyon yöntemi hâline getirir.
Ultrasonikasyon, mersin meyvelerinden antosiyanin ekstraksiyonunda mikrodalgayı geride bırakır. Sonikasyon, mikrodalga ekstraksiyonundan üç kat daha hızlıdır.
Ultrasonik ekstraksiyon ile su banyolu çalkalayıcı kullanılarak yapılan geleneksel ekstraksiyonun karşılaştırılması, ultrasonik ekstraksiyon kullanıldığında adaçayından toplam fenollerin ve flavonoidlerin ekstraksiyon süresinin önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Ultrasonik ekstraksiyon, su banyolu çalkalayıcıyla yapılan ekstraksiyonda gereken sürenin yalnızca üçte birini gerektirir.
Ultrasonik Ekstraksiyon: Laboratuvarda ve Endüstride Yerleşmiş Bir Yöntem
Ultrasonik ekstraksiyon; bitkisel materyallerden, mantarlardan, alglerden, bakterilerden ve memeli hücrelerinden her türlü biyoaktif bileşiğin ekstraksiyonunda yaygın olarak uygulanmaktadır. Ultrasonik ekstraksiyon, daha yüksek ekstraksiyon verimleri ve daha kısa işlem süresiyle diğer geleneksel ekstraksiyon tekniklerini geride bırakan basit, uygun maliyetli ve son derece verimli bir yöntem olarak yerleşmiştir.
Laboratuvar tipi, tezgâh üstü ve tam endüstriyel ultrasonik sistemlerin kolayca temin edilebilmesi sayesinde ultrasonik ekstraksiyon, günümüzde yerleşmiş ve güvenilir bir teknolojidir. Hielscher ultrasonik ekstraktörleri, gıda ve farmasötik kalitede biyoaktif bileşiklerin üretimi için dünya genelindeki endüstriyel işleme tesislerinde kuruludur.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir vermektedir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| uygulanamaz | 10–100L/min | UIP16000 |
| uygulanamaz | daha yüksek | cihaz grubu: UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sorun!
Hielscher Ultrasonics; laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir.
Literatür / Kaynaklar
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Bilinmesi Gereken Bilgiler
Ultrasonik Ekstraksiyonun Çalışma Prensibi
Ultrasonik ekstraksiyon, bitkisel materyallerden biyoaktif bileşenlerin izolasyonu ve ayrılması için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Sonikasyon her türlü çözücüyle uyumlu olduğundan, ultrasonik ekstraksiyon işlemi biyoaktif bileşikler (yani hedeflenen bileşikler), bunların polaritesi, çözünürlüğü, ısıya duyarlılığı ve diğer faktörler dikkate alınarak en uygun şekilde tasarlanabilir. Sonikasyon işlemi belirli bir bileşiğe veya çeşitli bileşiklere özel olarak uyarlanarak, olağanüstü yüksek kalitede bir ekstrakt elde etmek için en ideal düzenek seçilebilir.
Bir sıvıya veya bulamaca aktarılan ultrason dalgaları, yoğun titreşimler ve akustik kavitasyon oluşturur. Akustik kavitasyon, diğer adıyla ultrasonik kavitasyon, yerel olarak oluşan son derece yüksek basınç farkları, kesme kuvvetleri ve sıvı jetleriyle belirlenir. Bu kuvvetler hücre duvarlarını kırar, bitki hücrelerini parçalar ve hücre içi ile çözücü arasındaki kütle transferini yoğunlaştırır. Böylece biyoaktif bileşenler çevredeki çözücüye verimli bir şekilde salınır; hedef moleküller buradan kolayca izole edilebilir ve saflaştırılabilir (örneğin döner buharlaştırma, buhar distilasyonu veya HPLC ile).
Bitki hücrelerinden ultrasonik ekstraksiyon: mikroskobik enine kesit (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasında etki mekanizmasını göstermektedir (büyütme 2000x)
[kaynak: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar ölçeğinden endüstriyel boyuta kadar yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir.