Високоефективна екстракція чаги за допомогою ультразвукової обробки

Гриби чаги (Inonotus obliquus) багаті на дуже потужні фітохімічні сполуки (наприклад, полісахариди, бетулінову кислоту, тритерпеноїди), які, як відомо, сприяють зміцненню здоров’я та боротьбі із захворюваннями. Використання високопотужної ультразвукової частоти для екстракції чаги є пріоритетним методом отримання чудових екстрактів чаги найвищої якості та з найвищим виходом.

Екстракти гриба чаги за допомогою ультразвуку

Ультразвукова екстракція – це високоефективний метод вивільнення фітохімічних сполук із природної сировини, зокрема рослин і грибів.
Гриби чаги багаті на низку сполук, таких як полісахариди, тритерпени та поліфеноли, які зумовлюють більшість їхніх оздоровчих і терапевтичних ефектів. Основними біоактивними сполуками чаги є полісахариди (наприклад, β-глюкани, протеоглікани, що містять d-галактозу, d-глюкозу, d-ксилозу та d-манозу), тритерпеноїди (наприклад, бетулін, бетулінова кислота), поліфеноли, фітостероли (наприклад, інотодіол), а також інші сполуки.

Ультразвукова екстракція ефективно руйнує клітини гриба чаги та вивільняє внутрішньоклітинні сполуки (тобто біоактивні фітохімічні сполуки) у розчинник. Ультразвукова екстракція ґрунтується на принципі акустичної кавітації. Ефектами ультразвукової / акустичної кавітації є значні зсувні сили, турбулентність та інтенсивні перепади тиску. Ці сономеханічні сили руйнують клітинні структури, такі як хітинові клітинні стінки грибів, сприяють масоперенесенню між сировиною чаги та розчинником і забезпечують дуже високий вихід екстракту за короткий час. Крім того, ультразвукова обробка сприяє стерилізації екстрактів, знищуючи бактерії та мікроорганізми. Інактивація мікроорганізмів під дією ультразвукової обробки є результатом руйнівного впливу кавітаційних сил на клітинну мембрану, утворення вільних радикалів і локального нагрівання.

Чому ультразвукова екстракція чаги має стільки переваг?

Ультразвукова екстракція застосовується в багатьох галузях виробництва екстрактів, наприклад рослинних і трав’яних екстрактів для харчових продуктів, добавок, фармацевтичних і косметичних засобів. Дуже показовим прикладом ультразвукової екстракції є екстракція канабідіолу (CBD) та інших сполук із рослини канабісу.
Оскільки ультразвукова екстракція є нетермічним методом екстракції, біоактивні сполуки зазнають м’якої обробки ультразвуковими хвилями, що запобігає термічному розкладанню чутливих рослинних сполук. Усі параметри ультразвукового процесу, тобто амплітуду, інтенсивність, температуру й тиск, можна точно контролювати. Це забезпечує точний контроль процесу та якості й дає змогу легко повторювати та відтворювати вже отримані результати екстракції. Виробники екстрактів цінують ультразвукову обробку за надійну повторюваність процесу, яка допомагає стандартизувати процеси та продукцію на високому рівні якості.

Високоякісні екстракти чаги з високим виходом завдяки ультразвуковій обробці

Дослідження підтверджують, що екстракти гриба чаги, отримані за допомогою ультразвуку, містять більше тритерпеноїдів, ніж традиційний екстракт, отриманий гарячою водою. Метод ультразвукової екстракції сприяє вивільненню та виділенню всіх важливих сполук із грибів чаги (I. obliquus). Екстракція за допомогою ультразвуку перевершує альтернативні методи екстракції завдяки вищій ефективності та підвищеній біодоступності біоактивних фітохімічних сполук у грибному екстракті. Уривки з наукових досліджень демонструють високу ефективність ультразвукової екстракції чаги та високий вихід екстракту.

Екстракція полісахаридів із чаги

Zhang та співавтори застосували екстракцію за допомогою ультразвуку для визначення оптимальних умов екстракції полісахаридів з I. obliquus. Найкращі умови передбачали використання води як розчинника протягом 15 хвилин за температури 95 °C з екстракцією на ультразвуковій частоті, що забезпечило показник екстракції 1,82%

Екстракція бетуліну / бетулінової кислоти з чаги

Результати показують, що ультразвук відігравав активну роль в екстракції бетуліну та бетулінової кислоти, оскільки він може розкривати клітинні стінки та сприяє кращому масо- й теплообміну. Це, своєю чергою, допомагає успішно екстрагувати потрібні фітохімічні сполуки за короткий час із високою ефективністю. Незначне збільшення виходу після додавання етапу екстракції розчинником після ультразвукової обробки вказувало на те, що більшу частину цих сполук, імовірно, вже було екстраговано з біомаси. Отримані результати вказують на максимальну кількість бетуліну в біомасі, яку можна екстрагувати. (Alhazmi, 2017) Загалом ультразвукова обробка різко збільшила вихід бетуліну та бетулінової кислоти.

Покроковий протокол екстракції

Для виділення концентрованого екстракту повного спектра з грибів чаги (Inonotus obliquus) застосовують двоетапний протокол екстракції з використанням потужного ультразвуку.
Матеріал: висушений I. obliquus (100g) подрібнюють на невеликі шматочки розміром приблизно 1,3cm2 (0,5×0,5 дюйма). Подрібнений грибний матеріал поміщають у скляний хімічний стакан об’ємом 1,5L.

1. Етап: ультразвукова холодна екстракція: Висушену, подрібнену чагу суспендують у 1000 mL 60% етанолу в очищеній або дистильованій воді (v/v; 60% етанолу : 40% води), додаючи суміш розчинників у скляний хімічний стакан із чагою. Для екстракції використовують ультразвуковий екстрактор UP400St, оснащений сонотродом S24d22L2D. Наконечник (сонотрод) ультразвукового апарата занурюють у суспензію грибного матеріалу в розчиннику. Використання мішалки необов’язкове, але може допомогти рівномірно підводити частинки рослинного матеріалу до сонотрода. Переконайтеся, що сонотрод не торкається стінок стакана. Установіть амплітуду на 100% і проводьте ультразвукову обробку протягом приблизно 10 min. UP400St постачається з під’єднуваним датчиком температури. Під’єднайте термопару до ультразвукового апарата та введіть датчик у суспензію. У цифровому меню ультразвукового пристрою UP400St можна встановити верхню межу температури. Ультразвуковий апарат призупинить роботу після досягнення цього температурного максимуму та автоматично відновить її, щойно температура суспензії досягне нижнього значення заданого ∆T. Рекомендовані значення ∆T становлять приблизно 30°C як верхнє та 20°C як нижнє значення температури. Використання водяної або льодяної бані допомагає підтримувати низьку температуру під час ультразвукової обробки. Після ультразвукової обробки тверді частинки грибного матеріалу видаляють фільтруванням і віджиманням. Розчинник з екстрагованими фітохімічними сполуками піддають вакуумному або роторному випарюванню, щоб зрештою отримати фракцію чаги, одержану екстракцією етанолом. Залишковий твердий матеріал чаги можна використати для необов’язкового другого етапу замочування – ультразвукової гарячої екстракції.
2. Етап (необов’язковий): ультразвукова гаряча екстракція: Сировину чаги, що залишилася після першої екстракції, використовують на другому етапі ультразвукової гарячої екстракції для виділення фракції фітохімічних сполук, які ще залишаються в грибах чаги. Грибний матеріал поміщають у скляний хімічний стакан, додають 600mL свіжого розчину розчинників 60% етанолу : 40% води та нагрівають приблизно до 70°C. Під час ультразвукової обробки температура може підвищуватися до 95°C. Додаткове тепло сприяє вивільненню залишкових фітохімічних сполук. Оскільки майже всі термочутливі сполуки було екстраговано за контрольованих температурних умов на етапі 1, цей другий етап можна застосовувати за потреби для отримання дуже концентрованого екстракту, який містить усі фітохімічні сполуки гриба чаги. Суспензію обробляють ультразвуком за допомогою UP400St так само, як описано вище. Відфільтруйте, відіжміть і відокремте грибний матеріал від водного екстракту. Фітохімічні компоненти другої екстракції також виділяють шляхом випарювання.

Обидві фракції екстракту чаги, отримані шляхом водної та етанольної екстракції, змішують, щоб одержати екстракт гриба чаги повного спектра. Цей екстракт можна використовувати для виготовлення різних продуктів, як-от настоянок, капсул або харчових продуктів.

Цей процес можна повністю лінійно масштабувати до будь-якого іншого об’єму. Застосовуючи ті самі ультразвукові параметри (інтенсивність ультразвуку Ws/L, тиск, температуру, концентрацію твердої фази відносно рідкої), усі раніше отримані результати ультразвукової екстракції чаги можна легко відтворити в більших (або менших) об’ємах, досягаючи тих самих результатів (тобто виходу екстракту та ефективності процесу).

Грибні екстракти, отримані за допомогою ультразвуку, багаті на полісахариди, відомі численними корисними впливами на здоров’я. Ультразвуковий апарат UP100H – це ультразвуковий екстрактор потужністю 100 ват для ефективної екстракції лікарських грибів, як-от чаги, їжовика гребінчастого, рейші або кордицепса.

Вибір розчинника

Ультразвукова екстракція сумісна з будь-яким розчинником. Це дає змогу використовувати розчинник на ваш вибір. У наведеному вище протоколі екстракції чаги ми рекомендуємо суміш розчинників, що містить 60% етанолу : 40% води (v/v). Поєднання етанолу та води дає змогу вивільняти фітохімічні сполуки різної полярності. Як альтернативу можна застосувати двофазну екстракцію з використанням етанолу на першому етапі та води на другому. Ультразвукова екстракція із застосуванням суміші спирту й води як розчинника вивільняє водорозчинні та спирторозчинні фітохімічні сполуки з грибів, як-от чаги.
Отже, екстракція є основою отримання чистих і сильнодійних грибних екстрактів.
Серед інших розчинників, які використовують для екстракції Inonotus obliquus, – ізопропанол, метанол, метанол із вмістом 10% оцтової кислоти та етилацетат. Для екстрактів харчового призначення рекомендується нетоксичний розчинник, оскільки після видалення розчинника (наприклад, випаровуванням) в екстракті іноді можуть залишатися його слідові кількості.

Чому ультразвукові ванни дають недостатні результати екстракції чаги?

Ультразвукові ванни зазвичай використовують для делікатного очищення. В ультразвуковій ванні акустична кавітація виникає неконтрольовано й нерівномірно розподіляється по відносно великому резервуару. Якщо помістити скляний стакан із сумішшю грибів і розчинника в ультразвукову ванну, і без того слабкі ультразвукові хвилі мають пройти крізь стінки стакана, що ще більше знижує інтенсивність ультразвуку. Це означає, що інтенсивність ультразвуку в ультразвуковій мийній ванні надто низька для ефективної екстракції грибів. Клітинні стінки грибів містять хітин – міцний матеріал, який робить грибні клітини дуже жорсткими та стійкими до руйнування. Для вивільнення біоактивних сполук із грибів, як-от чаги, потрібен ультразвук високої інтенсивності. Ультразвукові зонди створюють набагато інтенсивнішу акустичну кавітацію – силу, що руйнує клітинні стінки грибів.
 

Графік аналізу методом УФ-видимої спектроскопії показує порівняння екстракції гриба чаги за допомогою ультразвукового зонда та ультразвукової ванни. Ультразвуковий апарат зондового типу UP100H (чорна крива) забезпечує значно вищий вихід біоактивних сполук чаги.

 
Дізнайтеся більше про відмінності між ультразвуковими зондами та ультразвуковими ваннами й порівняйте їхню ефективність екстракції!

Високопродуктивні ультразвукові апарати для екстракції чаги

Ультразвукова екстракція – це надійна технологія обробки, яка полегшує та прискорює виробництво високоякісних екстрактів із різноманітної сировини, зокрема чаги та інших грибів. Асортимент Hielscher Ultrasonics охоплює весь спектр обладнання – від компактних лабораторних ультразвукових апаратів до промислових екстракційних систем. Завдяки цьому ми в Hielscher можемо запропонувати вам ультразвуковий апарат, який найкраще відповідає запланованій продуктивності вашого процесу. Наші фахівці з багаторічним досвідом допоможуть вам на всіх етапах – від випробувань для оцінки здійсненності та оптимізації процесу до встановлення вашої ультразвукової системи на кінцевому виробничому рівні.
Завдяки невеликій займаній площі та різноманітним варіантам встановлення наші ультразвукові екстрактори можна розмістити навіть у невеликих приміщеннях для переробки пектину. Ультразвукові процесори встановлені по всьому світу на підприємствах із виробництва харчових продуктів, фармацевтичної продукції та дієтичних добавок.

Hielscher Ultrasonics – високотехнологічне екстракційне обладнання

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює весь спектр високопродуктивних ультразвукових екстракторів для роботи від малого до великого масштабу. Додаткове приладдя дає змогу легко зібрати конфігурацію ультразвукового обладнання, яка найкраще відповідає вашому процесу екстракції чаги. Оптимальна конфігурація ультразвукової системи залежить від запланованої продуктивності, об’єму, сировини, періодичного або потокового режиму обробки та термінів.

Періодична та безперервна проточна обробка

Ультразвукові апарати Hielscher можна використовувати для періодичної та безперервної проточної обробки. Періодична ультразвукова обробка ідеально підходить для випробування й оптимізації процесу та виробництва малого й середнього масштабу. Для переробки великих обсягів чаги потокова обробка може бути вигіднішою. Безперервний процес потокового змішування потребує складної системи, що складається з насоса, шлангів або труб і резервуарів, проте він високоефективний, швидкий і потребує значно менше праці. Усі промислові системи можуть працювати за підвищеного тиску, що посилює кавітацію і, відповідно, підвищує ефективність екстракції. Hielscher Ultrasonics має екстракційну систему, яка найкраще відповідає вашому об’єму екстракції та цілям процесу.

Ультразвукові екстрактори для будь-якої виробничої потужності

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює весь спектр ультразвукових процесорів – від компактних лабораторних ультразвукових апаратів, настільних і пілотних систем до повністю промислових ультразвукових процесорів, здатних за годину обробляти обсяги сировини, що вимірюються вантажівками. Повний асортимент продукції дає нам змогу запропонувати вам ультразвуковий екстрактор, який найкраще підходить для вашої чаги, а також інших грибів, відповідає продуктивності процесу та виробничим цілям.
Настільні ультразвукові системи ідеально підходять для випробувань з оцінки здійсненності та оптимізації процесу. Лінійне масштабування на основі встановлених параметрів процесу дає змогу дуже легко збільшувати потужності обробки від невеликих партій до повномасштабного комерційного виробництва. Масштаб можна збільшити, встановивши потужніший ультразвуковий екстрактор або об’єднавши кілька ультразвукових апаратів для паралельної роботи. Hielscher пропонує UIP16000 – найпотужніший ультразвуковий екстрактор у світі.

Точно регульовані амплітуди для оптимальних результатів

Усі ультразвукові апарати Hielscher піддаються точному регулюванню, завдяки чому є надійними робочими інструментами у виробництві. Амплітуда – один із ключових параметрів процесу, що впливають на ефективність і результативність ультразвукової екстракції фітохімічних сполук із чаги (Inonotus obliquus).
Усі процесори Hielscher Ultrasonics дають змогу точно налаштовувати амплітуду. Сонотроди та рупори-підсилювачі – це допоміжне оснащення, яке дає змогу змінювати амплітуду в ще ширшому діапазоні. Промислові ультразвукові процесори Hielscher можуть забезпечувати дуже високі амплітуди та необхідну інтенсивність ультразвуку для складних застосувань. Безперервну роботу з амплітудами до 200µm можна легко підтримувати в режимі 24/7.
Точне налаштування амплітуди та постійний моніторинг параметрів ультразвукового процесу за допомогою інтелектуального програмного забезпечення дають змогу обробляти грибну сировину за найефективніших умов ультразвукової обробки. Оптимальна ультразвукова обробка для найкращих результатів екстракції!
Міцність ультразвукового обладнання Hielscher забезпечує роботу в режимі 24/7 за високих навантажень і в складних умовах. Це робить ультразвукове обладнання Hielscher надійним робочим інструментом, який відповідає вашим вимогам до екстракції.

Просте випробування без ризику

Ультразвукові процеси піддаються повністю лінійному масштабуванню. Це означає, що кожен результат, отриманий за допомогою лабораторного або настільного ультразвукового апарата, можна масштабувати з отриманням точно такого самого результату за точно таких самих параметрів процесу. Це робить ультразвукову обробку ідеальною для випробувань здійсненності процесу без ризику, оптимізації процесу та подальшого впровадження в комерційне виробництво. Зв’яжіться з нами, щоб дізнатися, як ультразвукова обробка може збільшити виробництво екстракту чаги.

Найвища якість – розроблено та виготовлено в Німеччині

Як підприємство, що перебуває в сімейній власності та під сімейним управлінням, Hielscher надає пріоритет найвищим стандартам якості своїх ультразвукових процесорів. Усі ультразвукові апарати розробляють, виготовляють і ретельно випробовують у нашій штаб-квартирі в Тельтові поблизу Берліна, Німеччина. Міцність і надійність ультразвукового обладнання Hielscher роблять його невтомним помічником на вашому виробництві. Робота в режимі 24/7 під повним навантаженням і в складних умовах є природною характеристикою високопродуктивних екстракторів Hielscher.
Ви можете придбати ультразвуковий процесор Hielscher будь-якого розміру, точно сконфігурований відповідно до вимог вашого процесу екстракції грибів. Від обробки грибів у невеликому лабораторному стакані до безперервного проточного змішування грибних суспензій у промислових масштабах – Hielscher Ultrasonics пропонує відповідний ультразвуковий апарат для вас! Зв’яжіться з нами – ми радо порекомендуємо вам ідеальну ультразвукову установку!

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність наших ультразвукових апаратів: