Các chiến lược nâng cao hiệu suất thu hồi trong chiết xuất thực vật
Để sản xuất dịch chiết chất lượng cao cấp từ thực vật với hiệu quả cao, tức là thu được lượng lớn dịch chiết chất lượng cao cấp trong thời gian chiết xuất ngắn, cần có kỹ thuật chiết xuất hiệu năng cao. Chiết xuất bằng siêu âm là kỹ thuật tăng cường quá trình, cho phép sử dụng nhiều loại nguyên liệu và thu được lượng lớn dịch chiết chất lượng vượt trội một cách nhanh chóng và tiết kiệm chi phí.
Dịch chiết thực vật cao cấp nhờ siêu âm công suất cao
Khi chiết xuất một hợp chất có hoạt tính sinh học cụ thể hoặc một phân đoạn có hoạt tính sinh học từ thực vật, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất. Bên cạnh công nghệ chiết xuất (ví dụ: chiết xuất bằng siêu âm), độ phân cực của dung môi, nguyên liệu và quá trình tiền xử lý nguyên liệu, tỷ lệ rắn / lỏng (tức là tỷ lệ nguyên liệu thực vật / dung môi), thời gian chiết xuất và nhiệt độ là những yếu tố quan trọng của quá trình cần được xem xét kỹ lưỡng. Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) cho phép đạt được các điều kiện xử lý lý tưởng, đồng thời nhẹ nhàng và có hiệu quả cao. Khả năng tự do lựa chọn dung môi có tác động nhẹ hoặc chiết xuất bằng nước lạnh, nhiệt độ thấp và thời gian xử lý ngắn giúp chiết xuất bằng siêu âm trở thành kỹ thuật chiết xuất vượt trội, ngăn ngừa sự phân hủy các phân tử có hoạt tính sinh học do nhiệt hoặc hóa chất. Hơn nữa, UAE có thể giải phóng toàn bộ lượng phân tử có hoạt tính sinh học sẵn có trong nguyên liệu thực vật. Đây là lý do xử lý bằng siêu âm là công nghệ chiết xuất được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất các dịch chiết có hoạt lực cao.
Chiết xuất thực vật bằng UP400St (400W, 24kHz)
Điều gì làm nên tính vượt trội của chiết xuất bằng siêu âm?
Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) là kỹ thuật chiết xuất có hiệu quả cao, dựa trên các lực cơ học thuần túy. Hiện tượng xâm thực siêu âm, hay xâm thực âm học, đặc trưng bởi lực cắt mạnh cùng với chênh lệch nhiệt độ và áp suất lớn xuất hiện cục bộ. Các lực xâm thực có cường độ rất cao này gây ra hiện tượng được gọi là tạo lỗ bằng siêu âm, tức là hình thành các lỗ mới và mở rộng các lỗ sẵn có trên màng tế bào, đồng thời phá vỡ cấu trúc tế bào thực vật. Dòng dung môi đi vào và ra khỏi bên trong tế bào được tăng cường nhờ siêu âm góp phần giải phóng nhanh chóng và hoàn toàn các chất trong thực vật. Chỉ sử dụng các lực cơ học, UAE không làm biến đổi các phân tử trong thực vật bằng hóa chất hoặc xử lý nhiệt cường độ cao, nhờ đó ngăn ngừa những biến đổi do hóa chất hoặc nhiệt gây ra đối với các chất có hoạt tính sinh học trong thực vật. Kết quả là chiết xuất bằng siêu âm tạo ra các dịch chiết toàn phổ chất lượng cao, mang lại đầy đủ tác dụng của các chất thực vật khi kết hợp với nhau, được gọi là hiệu ứng cộng hưởng.
Chiết xuất bằng siêu âm: kỹ thuật nhẹ nhàng, phi nhiệt nhưng có hiệu quả cao, giúp thu được lượng lớn dịch chiết chất lượng cao cấp.
So sánh chiết xuất bằng siêu âm với các kỹ thuật khác
Chiết xuất bằng siêu âm là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để giải phóng và phân lập các hợp chất có hoạt tính sinh học như chất chống oxy hóa, polyphenol, polysaccharide, protein, lipid, cannabinoid và các hợp chất hóa thực vật khác từ nguyên liệu thực vật.
Xử lý bằng siêu âm là phương pháp được ưu tiên nhờ nhiều ưu điểm như hiệu suất thu hồi cao / hoàn toàn, xử lý nhanh và phi nhiệt, tương thích với hầu hết mọi dung môi (ví dụ: nước, ethanol, methanol, isopropanol, dầu thực vật, glycerin, v.v.), vận hành đơn giản và an toàn, ít cần bảo trì cùng nhiều ưu điểm khác.
Bảng dưới đây so sánh chiết xuất bằng siêu âm với các phương pháp chiết xuất thông thường khác, làm nổi bật các ưu điểm của UAE.
Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm của Hielscher nổi bật về hiệu quả, độ tin cậy và tính dễ sử dụng
| Chiết xuất bằng siêu âm | Ngâm chiết | Chiết xuất bằng CO2 | Soxhlet | Ngấm kiệt | |
|---|---|---|---|---|---|
| Dung môi | tương thích với hầu hết mọi dung môi | nước, dung môi nước và dung môi không chứa nước | CO2 | nước, dung môi nước và dung môi không chứa nước | dung môi hữu cơ |
| Nhiệt độ | chiết xuất phi nhiệt, kiểm soát nhiệt độ chính xác |
nhiệt độ môi trường | có gia nhiệt | nhiệt độ môi trường, thỉnh thoảng có gia nhiệt |
cao hơn nhiệt độ tới hạn 31°C |
| Áp suất | có thể sử dụng cả áp suất khí quyển hoặc áp suất cao |
áp suất khí quyển | áp suất khí quyển | áp suất khí quyển | áp suất rất cao (trên áp suất tới hạn 74 bar) |
| Thời gian xử lý | nhanh | rất chậm | chậm | rất chậm | vừa phải |
| Lượng dung môi | ít, hàm lượng chất rắn từ nguyên liệu thực vật trong dung môi cao, đặc biệt khi sử dụng hệ thống buồng dòng chảy |
lớn | vừa phải | lớn | lượng lớn CO2 |
| Độ phân cực của dịch chiết tự nhiên | phụ thuộc vào dung môi; để chiết xuất các hợp chất không phân cực và phân cực, nên thực hiện chiết xuất hai giai đoạn bằng hai dung môi |
phụ thuộc vào dung môi | phụ thuộc vào dung môi | phụ thuộc vào dung môi | phụ thuộc vào áp suất (ở áp suất cao hơn, độ phân cực cao hơn) |
| Tính linh hoạt / Khả năng mở rộng quy mô | dùng cho chiết xuất theo mẻ và trên dòng, khả năng mở rộng quy mô tuyến tính |
chỉ chiết xuất theo mẻ, khả năng mở rộng quy mô hạn chế |
chỉ chiết xuất theo mẻ, khả năng mở rộng quy mô hạn chế |
chỉ chiết xuất theo mẻ, khả năng mở rộng quy mô hạn chế |
chỉ chiết xuất theo mẻ, khả năng mở rộng quy mô tuyến tính hạn chế, chi phí rất cao |
Tại sao chiết xuất siêu âm lại hiệu quả đến vậy?
Cơ chế tăng cường chiết xuất của siêu âm công suất chủ yếu bắt nguồn từ hiện tượng xâm thực âm học. Xâm thực siêu âm gây va chạm giữa các hạt sinh khối thực vật, dẫn đến sự phân mảnh do tương tác giữa các hạt và giảm kích thước hạt. Khi các bọt xâm thực sụp đổ trên bề mặt chất rắn thực vật, sự xói mòn và quá trình tạo lỗ bằng siêu âm tiếp tục làm tăng diện tích bề mặt hạt. Nhờ đó, quá trình truyền khối được tăng cường, tạo điều kiện giải phóng các phân tử như protein, lipid, đường, vitamin, chất chống oxy hóa, các hợp chất hóa thực vật và chất xơ thực phẩm. Lực cắt do siêu âm tạo ra lần lượt cải thiện khả năng dung môi thâm nhập vào cấu trúc tế bào của nguyên liệu thực vật và tăng tính thấm của màng tế bào. Các cơ chế này của siêu âm công suất tạo nên sự tăng cường đáng kể của quá trình khi áp dụng siêu âm để chiết xuất thực vật.
- hiệu suất thu hồi cao
- dịch chiết chất lượng cao cấp
- quy trình nhanh chóng, hiệu quả cao
- chi phí vận hành thấp
- kết quả có khả năng tái lập
- khả năng mở rộng quy mô tuyến tính
- vận hành đơn giản & an toàn
- độ bền cao
Tìm hiểu thông tin kỹ thuật về thiết bị chiết xuất siêu âm Hielscher và những ưu điểm của chúng!
Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối các thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu năng cao để xử lý theo mẻ và liên tục ở mọi quy mô sản xuất. Bên cạnh các tiêu chuẩn kỹ thuật cao nhất, độ bền vượt trội và khả năng vận hành 24/7/365 để đạt hiệu quả vận hành cao, các thiết bị siêu âm Hielscher còn dễ vận hành và hoạt động đáng tin cậy. Hiệu quả cao, phần mềm thông minh, menu trực quan, tự động ghi nhật ký dữ liệu và điều khiển từ xa qua trình duyệt chỉ là một vài tính năng giúp thiết bị chiết xuất Hielscher khác biệt so với các thiết bị chiết xuất khác.
Ưu điểm của thiết bị chiết xuất siêu âm Hielscher
Hiệu quả
- Hiệu suất thu hồi cao hơn
- Quá trình chiết xuất nhanh chóng – chỉ trong vài phút
- Dịch chiết chất lượng cao – chiết xuất nhẹ nhàng, không dùng nhiệt
- Dung môi xanh (nước, ethanol, glycerin, dầu thực vật, v.v.)
Tính đơn giản
- Cắm là chạy – Lắp đặt và đào tạo trong vòng vài giờ
- Năng suất xử lý cao – Dành cho sản xuất dịch chiết quy mô lớn
- Vận hành theo mẻ hoặc liên tục trên dòng
- Lắp đặt đơn giản – Hỗ trợ nhiều mức điện áp và chỉ cần kết nối bốn ống mềm
- Có thể di chuyển
- Mở rộng quy mô tuyến tính – bổ sung một hệ thống siêu âm chạy song song để tăng công suất xử lý
- Giám sát và điều khiển từ xa – qua máy tính cá nhân, điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng
- Không cần giám sát quá trình – Lắp đặt và vận hành
- Hiệu năng cao – được thiết kế để sản xuất liên tục 24/7
- Độ bền cao và ít cần bảo trì
- Chất lượng cao – được thiết kế và chế tạo tại Đức
- Nạp và tháo liệu nhanh giữa các mẻ
- Dễ vệ sinh
An toàn
- Vận hành đơn giản và an toàn
- Chiết xuất không dùng dung môi hoặc có dùng dung môi (nước, ethanol, dầu thực vật, glycerin, v.v.)
- Không sử dụng áp suất và nhiệt độ cao
- Có sẵn các hệ thống chống nổ được chứng nhận ATEX
- Dễ điều khiển (kể cả qua điều khiển từ xa)
Dung môi cho chiết xuất siêu âm
Chọn dung môi lý tưởng cho quy trình chiết xuất của bạn: nước, hỗn hợp nước–cồn, cồn isopropyl, hexane, ethanol, methanol, butane, dầu thực vật, glycerin,
các dung môi không độc hại cũng như mọi dung môi tiêu chuẩn khác đều tương thích với chiết xuất bằng siêu âm.
Chiết xuất bằng nước lạnh có hỗ trợ siêu âm: Mặc dù về mặt kỹ thuật, nước là một dung môi, còn được gọi là dung môi vạn năng, chiết xuất bằng nước thường được xem là chiết xuất không dùng dung môi. Chiết xuất bằng siêu âm không dùng dung môi không đòi hỏi bất kỳ chất ngoại lai nào. Hỗn hợp huyền phù gồm nước và nguyên liệu thực vật được xử lý bằng siêu âm để phá vỡ thành tế bào thực vật, nhờ đó giải phóng các phân tử có hoạt tính sinh học vào nước (dung môi). Xử lý bằng siêu âm là phương pháp thuần cơ học, không làm biến đổi hóa học nguyên liệu và dịch chiết. Vì vậy, chiết xuất bằng siêu âm là kỹ thuật được ưu tiên để sản xuất dịch chiết thực vật chất lượng cao.
Máy siêu âm dạng đầu dò UIP1000hdT có máy khuấy để sản xuất dịch chiết thực vật như cannabinoid (ví dụ: CBD, THC, CBG)
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị chiết xuất bằng siêu âm của chúng tôi (xử lý theo mẻ và xử lý dòng chảy qua):
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Hệ thống lắp đặt công nghiệp của thiết bị chiết xuất bằng siêu âm UIP4000hdT để sản xuất dịch chiết thực vật.
Hielscher Ultrasonics sản xuất và cung cấp các thiết bị chiết xuất bằng siêu âm hiệu suất cao cho quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
Hielscher Ultrasonics sản xuất các máy đồng nhất hóa bằng siêu âm hiệu suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.