Chiết xuất chaga hiệu quả cao bằng xử lý siêu âm

Nấm chaga (Inonotus obliquus) giàu các hợp chất hóa thực vật có hoạt tính rất mạnh (ví dụ: polysaccharide, axit betulinic, triterpenoid), được biết đến với khả năng góp phần tăng cường sức khỏe và chống lại bệnh tật. Sử dụng tần số siêu âm công suất cao để chiết xuất chaga là kỹ thuật được ưu tiên nhằm tạo ra các dịch chiết chaga vượt trội với chất lượng và hiệu suất thu hồi cao nhất.

Dịch chiết nấm chaga bằng siêu âm

Chiết xuất bằng siêu âm là kỹ thuật có hiệu quả rất cao trong việc giải phóng các hợp chất hóa thực vật từ nguyên liệu tự nhiên như thực vật và nấm.
Nấm chaga giàu nhiều hợp chất như polysaccharide, triterpene và polyphenol, những chất tạo nên phần lớn tác dụng tăng cường sức khỏe và điều trị của loại nấm này. Các hợp chất có hoạt tính sinh học chính của chaga bao gồm polysaccharide (ví dụ: β-glucan, proteoglycan chứa d-galactose, d-glucose, d-xylose và d-mannose), triterpenoid (ví dụ: betulin, axit betulinic), polyphenol, phytosterol (ví dụ: inotodiol), cùng nhiều hợp chất khác.

Chiết xuất bằng siêu âm phá vỡ hiệu quả các tế bào nấm chaga và giải phóng các hợp chất nội bào (tức các hợp chất hóa thực vật có hoạt tính sinh học) vào dung môi. Chiết xuất bằng siêu âm dựa trên nguyên lý hoạt động của hiện tượng xâm thực âm. Các tác động của hiện tượng xâm thực siêu âm / âm học bao gồm lực cắt lớn, dòng chảy rối và chênh lệch áp suất mạnh. Những lực cơ học do siêu âm này phá vỡ các cấu trúc tế bào như thành tế bào nấm chứa chitin, thúc đẩy sự truyền khối giữa nguyên liệu chaga và dung môi, đồng thời mang lại hiệu suất thu hồi dịch chiết rất cao trong một quy trình nhanh chóng. Ngoài ra, xử lý siêu âm còn thúc đẩy quá trình tiệt trùng dịch chiết bằng cách tiêu diệt vi khuẩn và vi sinh vật. Sự bất hoạt vi sinh vật bằng xử lý siêu âm là kết quả của các lực xâm thực phá hủy màng tế bào, sự hình thành các gốc tự do và sự gia nhiệt cục bộ.

Vì sao chiết xuất chaga bằng siêu âm lại có nhiều ưu điểm như vậy?

Chiết xuất bằng siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất dịch chiết, ví dụ như dịch chiết thực vật và thảo dược dùng cho thực phẩm, thực phẩm bổ sung, dược phẩm và mỹ phẩm. Một ví dụ rất tiêu biểu về chiết xuất bằng siêu âm là chiết xuất cannabidiol (CBD) và các hợp chất khác từ cây cần sa.
Vì chiết xuất bằng siêu âm là kỹ thuật chiết xuất không dùng nhiệt, các hợp chất có hoạt tính sinh học được xử lý nhẹ nhàng bằng sóng siêu âm, nhờ đó ngăn ngừa sự phân hủy do nhiệt của các hợp chất thực vật nhạy cảm. Tất cả các thông số của quá trình siêu âm, tức biên độ, cường độ, nhiệt độ và áp suất, đều có thể được kiểm soát chính xác. Điều này cho phép kiểm soát chính xác quy trình và chất lượng, đồng thời giúp dễ dàng lặp lại và tái lập các kết quả chiết xuất đã đạt được. Các nhà sản xuất dịch chiết đánh giá cao xử lý siêu âm nhờ khả năng lặp lại quy trình đáng tin cậy, giúp tiêu chuẩn hóa quy trình và sản phẩm ở mức chất lượng cao.

Dịch chiết chaga chất lượng cao, hiệu suất thu hồi cao bằng xử lý siêu âm

Nghiên cứu xác nhận rằng dịch chiết nấm chaga được sản xuất bằng siêu âm chứa nhiều triterpenoid hơn dịch chiết bằng nước nóng thông thường. Kỹ thuật chiết xuất bằng siêu âm thúc đẩy sự giải phóng và phân lập tất cả các hợp chất quan trọng từ nấm chaga (I. obliquus). Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm vượt trội so với các phương pháp chiết xuất khác nhờ hiệu quả cao hơn và sinh khả dụng được cải thiện của các hợp chất hóa thực vật có hoạt tính sinh học trong dịch chiết nấm. Các đoạn trích từ những nghiên cứu khoa học cho thấy hiệu quả và hiệu suất thu hồi cao của quá trình chiết xuất chaga bằng siêu âm.

Chiết xuất polysaccharide từ chaga

Zhang và cộng sự đã sử dụng phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm để xây dựng các điều kiện tối ưu cho việc chiết xuất polysaccharide từ I. obliquus, với các điều kiện tốt nhất là sử dụng nước làm dung môi trong 15 phút ở 95 °C và áp dụng siêu âm để chiết xuất, đạt giá trị chiết xuất 1,82%

Chiết xuất betulin / axit betulinic từ nấm chaga

Kết quả cho thấy siêu âm đã đóng vai trò tích cực trong việc chiết xuất betulin và axit betulinic vì siêu âm có thể phá vỡ thành tế bào và thúc đẩy quá trình truyền khối và truyền nhiệt tốt hơn. Điều này giúp chiết xuất thành công các hợp chất hóa thực vật mong muốn trong thời gian ngắn với hiệu quả cao. Mức tăng nhỏ về hiệu suất thu hồi khi bổ sung bước chiết xuất bằng dung môi sau khi xử lý siêu âm cho thấy phần lớn các hợp chất này hẳn đã được chiết ra khỏi sinh khối. Các kết quả thu được cho biết lượng betulin tối đa có thể chiết xuất trong sinh khối. (Alhazmi, 2017) Nhìn chung, xử lý siêu âm làm tăng đáng kể hiệu suất thu hồi betulin và axit betulinic.

Quy trình chiết xuất từng bước

Để phân lập dịch chiết toàn phổ có hoạt tính mạnh từ nấm chaga (Inonotus obliquus), một quy trình chiết xuất hai bước sử dụng siêu âm công suất cao được áp dụng.
Nguyên liệu: I. obliquus khô (100g) được nghiền thành các mảnh nhỏ hơn có kích thước khoảng 1,3cm² (0,5×0,5 inch). Nguyên liệu nấm đã nghiền được cho vào cốc thủy tinh 1,5L.

1. Bước: Chiết xuất lạnh bằng siêu âm: Nấm chaga khô đã nghiền được tạo huyền phù trong 1000 mL dung dịch ethanol 60% pha bằng nước tinh khiết hoặc nước cất (v/v; 60% ethanol : 40% nước) bằng cách thêm hỗn hợp dung môi vào cốc thủy tinh chứa nấm chaga. Để chiết xuất, sử dụng máy chiết xuất siêu âm UP400St được trang bị đầu siêu âm S24d22L2D. Đầu phát siêu âm (sonotrode) của máy siêu âm được nhúng vào huyền phù nấm và dung môi. Có thể tùy chọn sử dụng máy khuấy, giúp đưa các hạt nguyên liệu thực vật đến đầu siêu âm một cách đồng đều. Đảm bảo đầu siêu âm không chạm vào thành cốc. Đặt biên độ ở mức 100% và xử lý siêu âm trong khoảng 10 min. UP400St được trang bị cảm biến nhiệt độ có thể cắm kết nối. Kết nối cặp nhiệt điện với máy siêu âm và đưa cảm biến vào huyền phù. Trong menu kỹ thuật số của thiết bị siêu âm UP400St, bạn có thể đặt giới hạn nhiệt độ trên. Máy siêu âm sẽ tạm dừng khi đạt đến nhiệt độ tối đa này và tự động khởi động ngay khi huyền phù đạt đến giá trị dưới của ∆T đã đặt. Các giá trị ∆T được khuyến nghị là khoảng 30°C cho nhiệt độ trên và 20°C cho nhiệt độ dưới. Sử dụng bể nước hoặc bể nước đá giúp duy trì nhiệt độ thấp trong quá trình xử lý siêu âm. Sau khi xử lý siêu âm, phần rắn của nấm được loại bỏ bằng cách lọc và ép. Dung môi chứa các hợp chất hóa thực vật đã chiết xuất được cô bay hơi chân không hoặc cô quay để cuối cùng thu được phân đoạn chaga từ quá trình chiết xuất bằng ethanol. Phần rắn chaga còn lại có thể được sử dụng cho bước ngâm thứ hai tùy chọn, tức là chiết xuất nóng bằng siêu âm.
2. Bước (tùy chọn): Chiết xuất nóng bằng siêu âm: Nguyên liệu chaga được thu hồi từ lần chiết xuất đầu tiên được sử dụng trong bước chiết xuất nóng bằng siêu âm thứ hai để phân lập phân đoạn các hợp chất hóa thực vật vẫn còn trong nấm chaga. Nguyên liệu nấm được cho vào cốc thủy tinh, thêm 600mL dung dịch dung môi mới gồm 60% ethanol : 40% nước và gia nhiệt đến khoảng 70°C. Trong quá trình xử lý siêu âm, nhiệt độ có thể tăng lên đến 95°C. Nhiệt bổ sung thúc đẩy giải phóng các hợp chất hóa thực vật còn lại. Vì gần như tất cả các hợp chất nhạy nhiệt đã được chiết xuất trong điều kiện kiểm soát nhiệt ở bước 1, bước thứ hai này có thể được áp dụng tùy chọn để tạo ra dịch chiết có hoạt tính rất mạnh, chứa đầy đủ tất cả các hợp chất hóa thực vật của nấm chaga. Huyền phù được xử lý siêu âm bằng UP400St theo cách tương tự như mô tả ở trên. Lọc, ép và tách nấm khỏi dịch chiết nước. Các thành phần hóa thực vật trong lần chiết xuất thứ hai cũng được phân lập bằng phương pháp cô bay hơi.

Hai phân đoạn dịch chiết chaga, thu được từ quá trình chiết bằng nước và bằng ethanol, được phối trộn với nhau để thu được dịch chiết nấm chaga toàn phổ. Dịch chiết này có thể được bào chế thành nhiều sản phẩm khác nhau như cồn thuốc, viên nang hoặc các sản phẩm ăn được.

Quy trình này có thể được mở rộng hoặc thu nhỏ quy mô hoàn toàn tuyến tính đến bất kỳ thể tích nào khác. Khi áp dụng cùng các thông số siêu âm (cường độ siêu âm Ws/L, áp suất, nhiệt độ, nồng độ rắn:lỏng), tất cả các kết quả đã được xác lập của quá trình chiết xuất chaga bằng siêu âm đều có thể dễ dàng được tái lập ở thể tích lớn hơn (hoặc nhỏ hơn) mà vẫn đạt được cùng kết quả (tức là hiệu suất thu hồi, hiệu quả quy trình).

Dịch chiết nấm được sản xuất bằng siêu âm giàu polysaccharide, vốn được biết đến với nhiều tác dụng có lợi cho sức khỏe. Máy siêu âm UP100H là thiết bị chiết xuất siêu âm mạnh mẽ có công suất 100 watt, dùng để chiết xuất hiệu quả các loại nấm dược liệu như chaga, nấm hầu thủ, nấm linh chi hoặc đông trùng hạ thảo.

Lựa chọn dung môi của bạn

Chiết xuất bằng siêu âm tương thích với mọi dung môi. Điều này cho phép bạn sử dụng dung môi theo lựa chọn của mình. Trong quy trình chiết xuất chaga ở trên, chúng tôi khuyến nghị sử dụng dung dịch dung môi gồm 60% ethanol : 40% nước (v/v). Sự kết hợp giữa ethanol và nước cho phép giải phóng các hợp chất hóa thực vật có độ phân cực khác nhau. Ngoài ra, có thể áp dụng phương pháp chiết xuất hai pha, sử dụng ethanol trong bước chiết thứ nhất và nước trong bước chiết thứ hai. Chiết xuất bằng siêu âm với hỗn hợp dung môi gồm cồn và nước giúp giải phóng các hợp chất hóa thực vật tan trong nước và tan trong cồn từ các loại nấm như chaga.
Do đó, chiết xuất là công đoạn nền tảng để tạo ra các dịch chiết nấm tinh khiết và có hoạt tính mạnh.
Các dung môi khác được sử dụng để chiết xuất Inonotus obliquus bao gồm isopropanol, methanol, methanol chứa 10% axit axetic, ethyl acetate và các dung môi khác. Đối với dịch chiết dùng cho thực phẩm, nên sử dụng dung môi không độc, vì sau khi loại bỏ dung môi (ví dụ bằng cách bay hơi), đôi khi vẫn có thể còn lại lượng vết dung môi trong dịch chiết.

Tại sao bể siêu âm cho kết quả chiết xuất chaga không đạt yêu cầu?

Bể siêu âm thường được sử dụng cho các ứng dụng làm sạch nhẹ. Trong bể siêu âm, hiện tượng xâm thực âm xảy ra không được kiểm soát và phân bố không đồng đều trong một bể tương đối lớn. Nếu bạn đặt cốc thủy tinh chứa hỗn hợp nấm và dung môi vào bể siêu âm, các sóng siêu âm vốn đã yếu phải đi xuyên qua thành cốc, khiến cường độ siêu âm suy giảm hơn nữa. Điều này có nghĩa là cường độ siêu âm của bể làm sạch siêu âm quá yếu để chiết xuất nấm hiệu quả. Thành tế bào nấm chứa chitin, một vật liệu dai khiến tế bào nấm rất cứng và khó phá vỡ. Để giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học từ các loại nấm như chaga, cần sử dụng siêu âm cường độ cao. Các đầu dò siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực âm mạnh hơn nhiều, tạo lực phá vỡ thành tế bào nấm.
 

Biểu đồ phân tích UV-Vis thể hiện sự so sánh giữa chiết xuất nấm chaga bằng đầu dò siêu âm và bằng bể siêu âm. Máy siêu âm dạng đầu dò UP100H (đường cong màu đen) cho hiệu suất thu hồi các hợp chất có hoạt tính sinh học của chaga cao hơn đáng kể.

 
Đọc thêm về sự khác biệt giữa đầu dò siêu âm và bể siêu âm, đồng thời xem chúng khác nhau như thế nào về hiệu quả chiết xuất!

Máy siêu âm hiệu năng cao để chiết xuất chaga

Chiết xuất bằng siêu âm là công nghệ xử lý đáng tin cậy, giúp đơn giản hóa và đẩy nhanh việc sản xuất dịch chiết chất lượng cao từ nhiều loại nguyên liệu thô như nấm chaga và các loại nấm khác. Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát toàn bộ dải thiết bị, từ máy siêu âm nhỏ gọn dùng trong phòng thí nghiệm đến hệ thống chiết xuất công nghiệp. Nhờ đó, Hielscher có thể cung cấp cho bạn máy siêu âm phù hợp nhất với công suất xử lý dự kiến. Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn từ thử nghiệm tính khả thi và tối ưu hóa quy trình đến lắp đặt hệ thống siêu âm ở quy mô sản xuất cuối cùng.
Diện tích chiếm chỗ nhỏ cùng các phương án lắp đặt linh hoạt giúp máy chiết xuất siêu âm của chúng tôi phù hợp ngay cả với các cơ sở chế biến pectin có không gian hạn chế. Các thiết bị xử lý siêu âm được lắp đặt tại các cơ sở sản xuất thực phẩm, dược phẩm và thực phẩm bổ sung trên toàn thế giới.

Hielscher Ultrasonics – Thiết bị chiết xuất tiên tiến

Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát toàn bộ dải máy chiết xuất siêu âm hiệu năng cao, từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn. Các phụ kiện bổ sung giúp dễ dàng lắp ráp cấu hình thiết bị siêu âm phù hợp nhất với quy trình chiết xuất chaga của bạn. Cấu hình hệ thống siêu âm tối ưu phụ thuộc vào công suất dự kiến, thể tích, nguyên liệu thô, quy trình theo mẻ hoặc trên dây chuyền và tiến độ thực hiện.

Xử lý theo mẻ và xử lý dòng chảy liên tục

Máy siêu âm Hielscher có thể được sử dụng để xử lý theo mẻ và xử lý dòng chảy liên tục. Xử lý siêu âm theo mẻ lý tưởng cho thử nghiệm quy trình, tối ưu hóa và sản xuất ở quy mô nhỏ đến trung bình. Khi sản xuất lượng lớn nấm chaga, xử lý trên dây chuyền có thể mang lại nhiều lợi thế hơn. Quy trình trộn liên tục trên dây chuyền đòi hỏi cấu hình hệ thống phức tạp – gồm máy bơm, ống mềm hoặc đường ống và bồn chứa – nhưng có hiệu quả cao, nhanh chóng và cần ít nhân công hơn đáng kể. Tất cả các hệ thống công nghiệp đều có thể vận hành ở áp suất cao, giúp tăng hiện tượng xâm thực và nhờ đó tăng hiệu quả chiết xuất. Hielscher Ultrasonics có cấu hình hệ thống chiết xuất phù hợp nhất với thể tích chiết xuất và mục tiêu quy trình của bạn.

Máy chiết xuất siêu âm cho mọi công suất sản xuất

Dải sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát toàn bộ các thiết bị xử lý siêu âm, từ máy siêu âm nhỏ gọn dùng trong phòng thí nghiệm, hệ thống để bàn và hệ thống thí điểm đến thiết bị xử lý siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp, có khả năng xử lý lượng nguyên liệu tương đương nhiều xe tải mỗi giờ. Dải sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp máy chiết xuất siêu âm phù hợp nhất với nấm chaga cũng như các loại nấm khác, công suất xử lý và mục tiêu sản xuất của bạn.
Các hệ thống siêu âm để bàn lý tưởng cho thử nghiệm tính khả thi và tối ưu hóa quy trình. Việc mở rộng quy mô tuyến tính dựa trên các thông số quy trình đã được thiết lập giúp tăng công suất xử lý từ các lô nhỏ lên sản xuất thương mại hoàn chỉnh một cách rất dễ dàng. Có thể mở rộng quy mô bằng cách lắp đặt một máy chiết xuất siêu âm có công suất lớn hơn hoặc ghép nhiều máy siêu âm hoạt động song song thành một cụm. Với UIP16000, Hielscher cung cấp máy chiết xuất siêu âm mạnh nhất thế giới.

Biên độ có thể kiểm soát chính xác để đạt kết quả tối ưu

Tất cả máy siêu âm Hielscher đều có thể được kiểm soát chính xác, nhờ đó trở thành những thiết bị làm việc bền bỉ, đáng tin cậy trong sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quy trình then chốt ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả chiết xuất các hợp chất hóa thực vật từ nấm chaga (Inonotus obliquus) bằng siêu âm.
Tất cả các bộ xử lý của Hielscher Ultrasonics đều cho phép cài đặt biên độ chính xác. Đầu dò siêu âm và bộ khuếch đại biên độ là những phụ kiện cho phép điều chỉnh biên độ trong phạm vi rộng hơn nữa. Các bộ xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể tạo ra biên độ rất cao và cung cấp cường độ siêu âm cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Có thể dễ dàng duy trì liên tục biên độ lên đến 200µm khi vận hành 24/7.
Việc cài đặt biên độ chính xác và giám sát liên tục các thông số quá trình siêu âm bằng phần mềm thông minh cho phép bạn xử lý nguyên liệu nấm trong điều kiện siêu âm hiệu quả nhất. Xử lý siêu âm tối ưu để đạt kết quả chiết xuất tốt nhất!
Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt. Nhờ đó, thiết bị siêu âm của Hielscher trở thành công cụ làm việc đáng tin cậy, đáp ứng các yêu cầu chiết xuất của bạn.

Thử nghiệm dễ dàng, không rủi ro

Các quá trình siêu âm có thể được mở rộng quy mô hoàn toàn theo tuyến tính. Điều này có nghĩa là mọi kết quả bạn đã đạt được bằng máy siêu âm phòng thí nghiệm hoặc để bàn đều có thể được mở rộng quy mô để thu được kết quả hoàn toàn tương đương khi sử dụng chính xác cùng các thông số quá trình. Nhờ đó, xử lý siêu âm là lựa chọn lý tưởng để thử nghiệm tính khả thi không rủi ro, tối ưu hóa quá trình và sau đó triển khai vào sản xuất thương mại. Hãy liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu cách xử lý siêu âm có thể tăng sản lượng dịch chiết chaga của bạn.

Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức

Là doanh nghiệp do gia đình sở hữu và điều hành, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho các bộ xử lý siêu âm của mình. Tất cả các máy siêu âm đều được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Độ bền và độ tin cậy của thiết bị siêu âm Hielscher giúp thiết bị trở thành công cụ làm việc bền bỉ trong hoạt động sản xuất của bạn. Khả năng vận hành 24/7 ở mức đầy tải và trong các môi trường khắc nghiệt là đặc tính vốn có của các thiết bị chiết xuất hiệu năng cao của Hielscher.
Bạn có thể mua bộ xử lý siêu âm Hielscher với nhiều kích cỡ khác nhau và cấu hình chính xác theo yêu cầu của quy trình chiết xuất nấm của bạn. Từ xử lý nấm trong cốc thí nghiệm nhỏ đến trộn huyền phù nấm theo dòng chảy liên tục ở quy mô công nghiệp, Hielscher Ultrasonics đều cung cấp máy siêu âm phù hợp cho bạn! Hãy liên hệ với chúng tôi – chúng tôi sẵn lòng đề xuất hệ thống siêu âm lý tưởng cho bạn!

Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi: