Екстракція терпенів за допомогою ультразвуку
Доведено, що ультразвукова екстракція терпенів забезпечує високі виходи терпену каріофілен-оксиду, наприклад, з канабісу та хмелю. Каріофілен-оксид – це терпен, який міститься в канабісі, хмелі, перці, базиліку та розмарині. Як активна сполука, екстрагований терпен каріофілен-оксид використовується як смакова добавка та добавка для здоров’я.
Використання екстрагованого каріофілен-оксиду
Каріофілен-оксид вирізняється своїм ароматним запахом і смаком (наприклад, трав). Через свій інтенсивний ароматний запах і смак він часто використовується як смакова добавка в продуктах харчування, а також як компонент парфумерії. Крім того, він також має здатність зв’язуватися з ендокринними рецепторами CB2 в організмі людини, що робить його цікавим фармацевтичним компонентом.
Ультразвукова екстракція каріофілен-оксиду
Ультразвукова екстракція терпену каріофілен-оксиду є чудовою технікою для отримання високих виходів, наприклад, з канабісу та хмелю. Дізнайтеся більше про акустичну кавітацію, активний принцип ультразвукової екстракції!
Як приклад, β-каріофілен-оксид був ультразвуково екстрагований за допомогою ультразвукового пристрою UP100H (100W, 30kHz) з висушених шишок хмелю.
Дані аналізу ГХ показують вихід екстракції β-каріофілен-оксиду, екстрагованого за допомогою Hielscher’s UP100H з хмелю.
UP400St – потужний 400W ультразвуковий процесор для екстракції терпенів з агітатором
Аналіз газової хроматографії ультразвукового екстракту хмелю: β-каріофілен-оксид, α-каріофілен, α-пінен, mycrene, лімонен, α-caryophylene, та каріофілен-оксид та інші.
Крім β-каріофілен-оксиду, були успішно екстраговані інші терпени, такі як α-каріофілен, α-пінен, mycrene, лімонен, та α-caryophylene, серед інших.
Як терпени екстрагуються з рослин за допомогою ультразвукової обробки зондового типу? Покрокова інструкція!
- По-перше, рослинний матеріал подрібнюється або нарізається на невеликі шматочки, щоб збільшити площу поверхні для екстракції.
- Потім рослинний матеріал змішується з розчинником (таким як етанол або вода) для екстракції терпенів.
- Потім використовується ультразвукова обробка зондового типу, щоб підтримати процес екстракції, застосовуючи високоефективні, низькочастотні ультразвукові хвилі приблизно 20kHz до суспензії. Це спричиняє акустичну кавітацію та швидку вібрацію розчинника, що сприяє розпаду та руйнуванню рослинних клітин і вивільненню терпенів.
- Потім суміш фільтрується, щоб відокремити твердий рослинний матеріал від рідини, що містить екстраговані терпени.
- Потім рідина випаровується або піддається подальшій обробці, щоб видалити розчинник і концентрувати терпени.
- Кінцевим продуктом є екстракт, багатий на терпени, який можна використовувати в різних застосуваннях, таких як дієтичні добавки, функціональні продукти харчування та косметика.
Протокол ультразвукової екстракції терпенів
Хміль був подрібнений за допомогою звичайної кавомолки, щоб отримати більш однорідний розмір частинок зразка хмелю.
4,5mg хмелю було покладено в флакон, потім додано 5mL етанолу. Флакон був поміщений у склянку з крижаною водою для відведення тепла. Потім зразок був підданий ультразвуковій обробці за допомогою UP100H, оснащеного сонотродом MS7, при налаштуванні амплітуди 50% протягом 90sec.
Аналіз газової хроматографії ультразвукового екстракту хмелю:
Ультразвукова обробка забезпечує високий масоперенос між клітинною матрицею та розчинником, так що в результаті досягається дуже високий вихід екстракту високої якості.
- екстракти терпенів високої якості (без термічної деградації)
- високі виходи
- швидка процедура
- швидкий RoI
- м’якші розчинники
- менше використання розчинника
- безпечний та простий в експлуатації
- низьке обслуговування
- зелена, екологічно безпечна екстракція терпенів
Ультразвукова екстракція терпенів вирізняється як зелений метод екстракції, який дозволяє значно прискорити процедуру екстракції терпенів, вимагаючи менше енергії, ніж інші традиційні методи екстракції (наприклад, надкритичний CO2, Сокслет тощо). Інші переваги, пов’язані з використанням ультразвукової екстракції терпенів, – це легке поводження з ультразвуковим екстрактором, швидкий процес, відсутність хімічних відходів, високий вихід, екологічність, підвищена якість завдяки м’яким умовам обробки та запобігання термічній деградації.
Ультразвукові екстактори для терпенів
Нижче наведена таблиця дає вам уявлення про те, який ультразвуковий пристрій може бути найбільш підходящим для ваших вимог до екстракції терпенів.
| Об’єм партії | Об’ємна витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 10 to 2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 to 20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 to 100L | 2 to 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | більше | кластер UIP16000 |
Високопотужні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового масштабу.
Література/Посилання
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Факти, які варто знати
Каріофілен
Каріофілен або (−)-β-каріофілен – це природний біциклічний сесквітерпен, який можна знайти в багатьох ефірних оліях. Наступні трави відомі як хороше джерело каріофілену: канабіс, конопля (Cannabis sativa), чорний кмин (Carum nigrum), гвоздика (Syzygium aromaticum), хміль (Humulus lupulus), базилік (Ocimum spp.), орегано (Origanum vulgare), чорний перець (Piper nigrum), лаванда (Lavandula angustifolia), розмарин (Rosmarinus officinali, та олія копаїби (Copaifera spp.). β-каріофілен – це фітоканнабіноїд із сильною спорідненістю до каннабіноїдного рецептора типу 2 (CB 2), але не каннабіноїдного рецептора типу 1 (CB 1).
Каріофілен-оксид
Каріофілен-оксид (також β-каріофілен-оксид) є оксидним похідним β-каріофілену і є білим кристалічним твердим порошком з температурою плавлення приблизно 62°C.
Він цінується за свої протизапальні, місцеві анестетичні та антиоксидантні ефекти. Перші дослідження свідчать, що каріофілен-оксид також може бути потенційним ліком для лікування раку. Каріофілен-оксид є частиною циклобутанового кільця, яке вже використовується в медичних дослідженнях для синтезу широко використовуваного хіміотерапевтичного препарату карбоплатину.
Каріофілен-оксид, в якому олефін каріофілену став епоксидом, є затвердженим компонентом для ароматизації продуктів харчування.
І β-каріофілен, і β-каріофілен-оксид демонструють низьку розчинність у воді, що перешкоджає їхньому всмоктуванню в клітину. Щоб використовувати ці сесквітерпени як лікарські засоби або харчові добавки, інкапсуляція в ліпосоми подолує погану розчинність цих сесквітерпенів у водних рідинах і забезпечує біодоступність та біоактивність. Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову інкапсуляцію біоактивних сполук!
Каріофілен-оксид у канабісі
У рослині Cannabis sativa каріофілен-оксид зустрічається як сесквітерпен, який складається з трьох ізопренових одиниць. Каріофілен-оксид є одним із найбільших і найбільш поширених терпенів у рослині канабісу і відповідає за характерний аромат і запах канабісу. Ультразвукова екстракція успішно застосовується для виробництва олій каннабідіолу повного спектру, так що ефект оточення різноманітних сполук забезпечується.
Ультразвукова кавітація для екстракції
Коли високоефективні ультразвукові хвилі вводяться в рідину, у флюїді відбуваються цикли стиснення та розширення (розрідження). Під час розрідження в рідині утворюються порожнини або так звані кавітаційні бульбашки. Ці кавітаційні бульбашки, які є крихітними вакуумними бульбашками, утворюються, коли діє негативний тиск, так що подолується локальна міцність рідини на розрив. Вакуумні бульбашки ростуть протягом кількох циклів стиснення / розрідження, поки вони не можуть поглинати більше енергії, і кавітаційна бульбашка зазнає імплосивного колапсу. Це явище відоме як кавітація. Згідно з дослідженнями проф. Suslick (1990), у кавітаційних бульбашках панують екстремальні умови з температурами до 5000 K, тисками 1000 атмосфери, швидкістю нагрівання-охолодження понад 1010 K/s та рідкісними струменями зі швидкістю до 280m/s, які проявляються як дуже високі зсувні сили та турбулентність у зоні кавітації. Комбінація цих факторів (тиск, тепло, зсув і турбулентність) використовується для прискорення масопереносу в процесі екстракції. Крім того, ці локально виникаючі умови також використовуються в ультразвукових процесах, таких як гомогенізація, емульгація або диспергування.
Ультразвукова екстракція базується на акустичній кавітації та її гідродинамічних зсувних силах
Ультразвукова екстракція терпенів
Принцип ультразвукової екстракції базується на двох ефектах, які виникають, коли високоефективні ультразвукові хвилі вводяться в рідину або суспензію:
По-перше, розчинник (навколишнє рідке середовище) штовхається в клітинну матрицю. Залежно від амплітуди та сили кавітації, клітинна стінка перфорується або руйнується тиском рідини.
По-друге, під час циклу розрідження вміст клітини (тобто внутрішньоклітинний матеріал) вимивається зсередини клітини. Після ультразвукової екстракції цільові сполуки знаходяться в розчиннику і можуть бути відокремлені від розчинника (наприклад, шляхом випаровування розчинника), так що нарешті отримують чистий екстракт.
Склад сировини (такий як вологість, ступінь мацерації / подрібнення та розмір частинок, і вибраний розчинник є дуже важливими факторами для отримання ефективного та дієвого процесу ультразвукової екстракції. Ультразвукові параметри процесу також є важливими: амплітуда, тиск, температура та час ультразвукової обробки повинні бути встановлені та оптимізовані для найкращих результатів.