Найефективніший метод екстракції для рослинної сировини

Ви шукаєте потужну та надійну систему екстракції для виробництва високоякісних рослинних екстрактів? Тут ви можете знайти порівняння поширених технік екстракції, включаючи ультразвукову екстракцію, надкритичну екстракцію CO2, етанолову екстракцію, мацерацію та інші, а також їхні переваги та недоліки.

Екстракція рослинної сировини за допомогою ультразвуку в порівнянні з альтернативними техніками

Екстракцію рослинної сировини можна виконувати за допомогою різних технік. Однак ефективність, вихід екстракту та якість значною мірою залежать від використовуваного методу та протоколу екстракції. Мацерація, надкритична екстракція CO2, перколяція та екстракція за Сокслетом є поширеними методами екстракції, які часто дають недостатні результати екстракції.
Ультразвукова екстракція – це складна техніка ізоляції, яка переважає традиційні методи екстракції за кількома пунктами.
Ультразвукова екстракція з використанням ультразвукового зонда є високоефективним методом вилучення сполук із рослин та інших матеріалів. Порівняно з іншими методами, такими як мацерація, екстракція CO2, перколяція та мікрохвильова екстракція, ультразвукова екстракція зондового типу переважає завдяки кільком перевагам:

• Швидша екстракція: Ультразвукова екстракція зондового типу може вилучати сполуки значно швидше, ніж мацерація та перколяція. Це пов’язано з тим, що ультразвукові хвилі створюють бульбашки кавітації в розчиннику, які генерують мікроударні хвилі, що допомагають руйнувати клітинні стінки та швидше вивільняти сполуки.
• Вищий вихід: Ультразвукова екстракція зондового типу може забезпечити вищий вихід сполук порівняно з мацерацією, екстракцією CO2 та перколяцією. Це пов’язано з тим, що ультразвукові хвилі допомагають вивільнити більше цільових сполук із матеріалу, що екстрагується.
• Більш ефективна: Ультразвукова екстракція зондового типу є більш ефективною, ніж мацерація, екстракція CO2, перколяція та екстрактори Сокслета, оскільки потребує менше розчинника для вилучення тієї ж кількості сполук. Це пов’язано з тим, що ультразвукові хвилі допомагають підвищити розчинність цільових сполук у розчиннику.
• Універсальність: Ультразвукову екстракцію зондового типу можна використовувати для вилучення широкого спектру сполук із різних матеріалів, включаючи як гідрофільні, так і гідрофобні сполуки. Це означає, що ультразвук також чудово підходить для виробництва повноспектрових екстрактів.
• Низька вартість: Ультразвукова екстракція зондового типу зазвичай є менш дорогою, ніж екстракція CO2, перколяція, мацерація та екстракція за Сокслетом, оскільки не потребує обладнання високого тиску або трудомісткої праці.
• Екологічність: Ультразвукові зонди дозволяють здійснювати екологічно безпечну екстракцію, оскільки вони потребують менше розчинника та енергії порівняно з іншими методами та виробляють менше відходів. Хоча ультразвукова обробка сумісна з будь-якими розчинниками, завдяки високій ефективності ультразвукової обробки токсичні розчинники можна переважно уникати. Етанол, водний розчин етанолу та вода є чудовими розчинниками для ультразвукової екстракції рослинної сировини.

У порівнянні з традиційними техніками екстракції рослинної сировини, ультразвукова екстракція зондового типу пропонує значні переваги, що пояснює широке використання ультразвукової екстракції для отримання численних біоактивних сполук із рослин.

Екстракція високоякісних екстрактів із рослинної сировини

Для отримання високоякісних ботанічних екстрактів важливими є не лише сировина (рослинний матеріал), а й застосовувана техніка екстракції. Рослинні екстракти є термочутливими, тобто вони деградують під дією тепла. Тому критично важливо обрати нетермічний метод екстракції.
Вибір розчинника для екстракції є іншим важливим фактором, який впливає на якість екстракту. Такі розчинники, як гексан, метанол, бутан та інші жорсткі хімікати, можуть забруднювати екстракт. Навіть попри те, що розчинники видаляються після екстракції, у кінцевому екстракті можуть міститися слідові кількості токсичних розчинників. Вода, спирт, етанол, гліцерин або рослинні олії є безпечними, нетоксичними розчинниками, затвердженими FDA для споживання.

Покроковий протокол ботанічної екстракції з використанням ультразвукового зонда

Як біоактивні сполуки екстрагуються з рослин за допомогою ультразвукової обробки зондового типу? Нижче наведено покрокову інструкцію з екстракції фітохімічних речовин і біоактивних сполук із рослинного матеріалу, такого як листя, пелюстки, плодові тіла, стебла, корені або кореневища!

1. Спочатку рослинний матеріал подрібнюють або нарізають на шматочки, щоб збільшити площу поверхні для екстракції.
2. Потім рослинний матеріал змішують із розчинником (таким як етанол або вода) для екстракції поліфенолів.
3. Далі застосовується ультразвукова обробка зондового типу, щоб допомогти процесу екстракції шляхом прикладання високоефективних низькочастотних ультразвукових хвиль приблизно 20kHz до суміші. Це спричиняє акустичну кавітацію та швидке коливання розчинника, що сприяє розпаду та руйнуванню рослинних клітин і вивільненню біоактивних речовин, таких як поліфеноли, флавоноїди та вітаміни.
4. Суміш потім фільтрують, щоб відокремити тверду рослинну сировину від рідини, що містить екстраговані біоактивні сполуки.
5. Рідину потім випаровують або піддають подальшій обробці для видалення розчинника та концентрування біоактивних молекул.
6. Кінцевим продуктом є екстракт, багатий на біоактивні речовини, який можна використовувати в різних сферах застосування, таких як дієтичні добавки, функціональні харчові продукти та косметика.

Примітка: Це огляд процесу, і конкретні умови (розчинник, співвідношення рослинної сировини до розчинника, час екстракції, потужність ультразвукової обробки тощо) можуть змінюватися залежно від джерела рослинної сировини та бажаного вмісту біоактивних речовин.

Як працює ультразвукова екстракція?

Ультразвукова екстракція базується на принципі дії ультразвукової акустичної кавітації та є суто механічним методом обробки. Подібно до високосерійного змішувача, ультразвуковий обробник створює лише механічні зсувні сили в процесному середовищі. Сама ультразвукова екстракція є нетермічною, хімічно чистою технікою екстракції.
Що таке акустична кавітація? – Акустична або ультразвукова кавітація виникає, коли високочастотні ультразвукові хвилі низької частоти вводяться в суспензію, що складається з рослинної сировини в рідині (розчиннику). Високопотужні ультразвукові хвилі вводяться в рослинну суспензію за допомогою ультразвукового процесора зондового типу. Високоенергетичні ультразвукові хвилі поширюються через рідину, створюючи чергування циклів високого та низького тиску, що призводить до явища акустичної кавітації. Акустична або ультразвукова кавітація призводить до локальних екстремальних умов, таких як дуже високі перепади тиску та високі зсувні сили. Коли кавітаційні бульбашки імплідують на поверхні твердих тіл (таких як частинки, рослинні клітини, тканини тощо), мікрострумені та міжчастинкові зіткнення генерують такі ефекти, як руйнування частинок, сонопорація (перфорація клітинних стінок і клітинних мембран) та руйнування клітин. Крім того, імплосія кавітаційних бульбашок у рідких середовищах створює турбулентність та перемішування, що сприяє масопереносу між внутрішнім середовищем клітини та навколишнім розчинником. Ультразвукове опромінення є високоефективним способом інтенсифікації процесів масопереносу, оскільки ультразвукова обробка призводить до кавітації та пов’язаних із нею механізмів, таких як мікрорухи за допомогою рідинних струменів, стиснення та розширення в матеріалі з подальшим руйнуванням клітинних стінок.
Залежно від сировини, процес ультразвукової екстракції може вимагати високих інтенсивностей, наприклад, для руйнування жорстких рослинних клітин або матеріалів з високим вмістом целюлози. Ультразвукові обробники зондового типу можуть генерувати дуже високі амплітуди, що необхідно для створення ефективної кавітації. Hielscher Ultrasonic виробляє високоефективні ультразвукові екстрактори, які можуть легко створювати амплітуди 200µm у режимі безперервної роботи 24/7. Для ще вищих амплітуд Hielscher пропонує спеціалізовані високоефективні сонотроди (зонди).
Для інтенсифікації кавітації використовуються ультразвукові реактори та проточні комірки, що працюють під тиском. Зі збільшенням тиску кавітація та кавітаційні зсувні сили стають більш руйнівними, що покращує ефекти ультразвукової екстракції.

Екстрагування фітохімічних речовин та біоактивних сполук за допомогою ультразвукової обробки

Ультразвукову екстракцію використовують для вивільнення та ізоляції широкого спектру біоактивних сполук (так званих фітохімічних речовин) з рослинної сировини.
Наведений нижче список дає невеликий огляд фітохімічних речовин, екстрагованих за допомогою ультразвуку:

• CBD та інші каннабіноїди з канабісу та конопель
• Терпени
• Імбир
• Розмарин
• Капсаїцин з перцю чилі
• Кофеїн з кавових зерен
• Астаксантин з водоростей
• Аліцин з часнику
• Катехіни (EGEC) з чаю
• Прополіс
• Елагітаніни з граната
• Аюрведичні рослинні екстракти
• Нікотин з тютюну
• Ефірні олії
• Фітохімічні речовини з крокви
• Пектини зі шкірки цитрусових
• Поліфеноли зі шкірки манго
• Тараксацін та тараксастерол з кульбаби

Розчинники для ультразвукової екстракції

Ультразвукова екстракція сумісна майже з будь-яким розчинником. Найчастіше для екстракції біоактивних сполук із рослинної сировини використовують етанол, воду, суміш етанолу та води, гліцерин і рослинні олії, оскільки ці розчинники вважаються безпечними для споживання та простими у використанні.
Дізнайтеся більше про розчинники, що використовуються для ультразвукової екстракції!

Переваги ультразвукової екстракції етанолом

Етанол є одним із найпоширеніших розчинників, що використовуються в ультразвуковій екстракції, завдяки своїй безпеці (дозволений FDA для споживання), ефективності та широким розчинним властивостям. Ультразвукова екстракція етанолом перевищує інші розчинники та інші технології екстракції за економічною ефективністю, лінійною масштабованістю, простотою та безпекою.
Превосхідна ефективність етанолу як розчинника пов’язана з його хімічним складом, що включає вуглеводневий залишок та одну гідроксильну групу. Такий хімічний склад дозволяє етанолу розчиняти та екстрагувати дуже широкий спектр речовин, від поліфенолів, флавоноїдів, терпенів, каннабіноїдів і ліпідів (олій).
Наприклад, ультразвукова екстракція каннабіноїдів етанолом не потребує зимової обробки (деваксингу), етапу, необхідного при інших методах екстракції, таких як екстракція CO2, для видалення восків.

Екстракція етанолом демонструє різні ефекти залежно від температури етанолу. Нагрітий етанол часто використовують для отримання повноспектрових екстрактів, які цінуються за їхній ефект антуражу. З іншого боку, крижаний етанол переважно використовують для отримання рослинних або канабісних дистилатів. Екстракція в крижаному етанолі не потребує подальшої фільтрації. Оскільки ультразвукова екстракція є нетермічним методом обробки, її можна використовувати з гарячим/теплим або охолодженим/крижаним етанолом. Реактори з сорочкою для ультразвукової обробки допомагають підтримувати бажану температуру обробки під час процесу. Цифрове управління та розумне програмне забезпечення ультразвукового гомогенізатора контролюють температуру обробки через змінні датчики температури та можуть бути налаштовані на зупинку або паузу екстракційного процесу, коли температура середовища виходить за межі певного діапазону.

Купіть найефективніше обладнання для ультразвукової екстракції!

Високопродуктивні системи екстракції Hielscher Ultrasonics доступні в будь-якому масштабі: від невеликого лабораторного розміру, середнього пілотного масштабу до повністю промислового виробництва з продуктивністю кілька тонн на годину. Залежно від пропускної здатності, ультразвукові екстрактори Hielscher можуть використовуватися в режимі партійної або безперервної потокової обробки. Вибір розчинника залишається за вами, оскільки ультразвукові гомогенізатори Hielscher можна використовувати в комбінації з будь-яким розчинником. Усі пристрої для ультразвукової екстракції прості та безпечні в експлуатації. Відповідно до вашої сировини, потужностей процесу та цільових показників виходу, Hielscher пропонує вам найбільш підходящий ультразвуковий гомогенізатор.
Процеси ультразвукової екстракції залежать від сировини, розчинника та пропускної здатності. Різноманітні аксесуари, такі як сонотроди (зонди) різних розмірів і форм, підсилювальні рожки, проточні комірки різного об’єму та геометрії, змінні датчики температури та тиску та багато інших пристроїв доступні для створення ідеальної ультразвукової установки для вашого процесу екстракції.
Контроль процесу є критично важливим для отримання відтворюваних результатів. Тому всі цифрові моделі оснащені інтелектуальним програмним забезпеченням, яке дозволяє налаштовувати, контролювати та коригувати параметри екстракції. Завдяки точному контролю амплітуди, часу ультразвукової обробки та коефіцієнта заповнення можна досягти оптимальних результатів процесу, таких як перевищена продуктивність та найвища якість екстракту. Автоматичний запис даних процесу ультразвукової обробки є основою для стандартизації процесу та відтворюваності / повторюваності, які необхідні для Настанової практики виробництва (GMP).

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових гомогенізаторів: