Siêu âm vượt trội hơn các phương pháp chiết xuất khác về tốc độ
Quy trình chiết xuất siêu âm nhanh chóng và khả năng tiết kiệm thời gian sản xuất dịch chiết nhờ đó là một trong nhiều ưu điểm của phương pháp chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật bằng siêu âm. Chiết xuất siêu âm đã được so sánh một cách khoa học với các kỹ thuật chiết xuất khác như chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn, ngâm chiết, chiết hồi lưu nhiệt, chiết Soxhlet hoặc chiết xuất bằng vi sóng, và các kết quả nghiên cứu chứng minh ưu thế đáng kể của siêu âm về tốc độ và hiệu suất thu hồi khi chiết xuất.
Siêu âm là một quy trình chiết xuất nhanh
Chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học bằng siêu âm được biết đến rộng rãi nhờ hiệu suất thu hồi cao, dịch chiết chất lượng cao, thời gian chiết xuất ngắn, mức tiêu thụ năng lượng thấp và khả năng sử dụng các dung môi rất dịu nhẹ. Tất cả những yếu tố này góp phần tạo nên hiệu quả tổng thể vượt trội của việc chiết xuất các thành phần có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật bằng siêu âm.
Dưới đây là một số báo cáo nghiên cứu khoa học, trong đó chiết xuất siêu âm (còn gọi là chiết xuất có hỗ trợ siêu âm / UAE) được so sánh với các kỹ thuật chiết xuất khác như ngâm chiết, chiết Soxhlet, chiết hồi lưu nhiệt, chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn và chiết xuất bằng vi sóng.
Máy siêu âm UP400St để chiết xuất nguyên liệu thực vật với tốc độ cao theo mẻ
| Ứng dụng chiết xuất | Thời gian chiết xuất siêu âm | Thời gian của phương pháp chiết xuất khác | Thông tin bổ sung | Nguồn |
|---|---|---|---|---|
| Chiết xuất anthocyanin từ quả sim Địa Trung Hải | 5 min | 15 min vi sóng |
máy siêu âm UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| Chiết xuất lá boldo | 5–30 min | 15–90 min ngâm chiết |
máy siêu âm UIP1000hdT “Có thể thấy rằng với thời gian xử lý siêu âm từ 5 đến 30 min, hiệu suất thu hồi tương đương với hiệu suất thu hồi của phương pháp ngâm chiết thông thường trong 15 đến 90 min: UAE chỉ cần một phần ba thời gian so với ngâm chiết thông thường để chiết xuất các chất hòa tan trong lá.” |
Petigny et al., 2013 |
| Chiết xuất phenol tổng số và flavonoid từ cây xô thơm | 11 min | 30 min chiết xuất thông thường bằng bể điều nhiệt có lắc ở 60ºC |
thiết bị chiết xuất siêu âm UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Chiết xuất polyphenol từ lá ô liu | 21 min | 60min chiết hồi lưu nhiệt thông thường |
máy siêu âm UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Chiết xuất các hợp chất phenolic có hoạt tính sinh học từ lá Malva sylvestris | 49 min 48°C ở 110W |
5 h chiết xuất trên lớp vật liệu có khuấy ở 150 rpm |
Máy siêu âm UP200S Phân tích HPLC cho thấy nồng độ các hợp chất phenolic có hoạt tính sinh học tăng đáng kể (p≺0,05) trong điều kiện UAE tối ưu. |
Bimakr et al., 2017 |
| Chiết xuất lipid từ hạt bí đao (Benincasa hispida) | ∼36 min | Chiết xuất bằng carbon dioxide siêu tới hạn kết hợp với kỹ thuật thay đổi áp suất (SCE-PST) (∼50 min), chiết xuất bằng CO2 (∼97 min) và chiết Soxhlet thông thường (∼360 min) | So sánh giữa chiết xuất bằng carbon dioxide siêu tới hạn (sCO2), chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE), chiết xuất bằng carbon dioxide siêu tới hạn kết hợp với kỹ thuật thay đổi áp suất (SCE-PST) và chiết Soxhlet cho thấy UAE là kỹ thuật chiết xuất hiệu quả nhất và nhanh nhất. | Bimakr et al. (2015) |
So sánh giữa chiết xuất bằng carbon dioxide siêu tới hạn (sCO2), chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE), chiết xuất bằng carbon dioxide siêu tới hạn kết hợp với kỹ thuật thay đổi áp suất (SCE-PST) và chiết Soxhlet cho thấy UAE là kỹ thuật chiết xuất hiệu quả nhất và nhanh nhất.
- Hiệu quả chiết xuất cao
- Hiệu suất thu hồi vượt trội
- Quy trình nhanh chóng
- Nhiệt độ thấp
- Phù hợp để chiết xuất các hợp chất kém bền nhiệt
- Tương thích với mọi dung môi
- Tiêu thụ ít năng lượng
- Kỹ thuật chiết xuất xanh
- Vận hành dễ dàng và an toàn
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp
- Vận hành 24/7 trong điều kiện tải nặng
Thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu năng cao để phân lập nhanh các hợp chất
Thiết bị siêu âm tiên tiến của Hielscher cho phép chiết xuất nhanh các phân tử sinh học chất lượng cao từ thực vật. Khả năng kiểm soát hoàn toàn các thông số quy trình như biên độ, nhiệt độ, áp suất và năng lượng đầu vào cho phép thiết lập điều kiện chiết xuất hiệu quả nhất và dịu nhẹ nhất, tạo ra dịch chiết không bị hư hại và có hoạt tính sinh học cao. Các thông số chiết xuất siêu âm như kích thước hạt nguyên liệu, loại dung môi, tỷ lệ chất rắn trên dung môi và thời gian chiết xuất có thể được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất và kết quả tổng thể tốt nhất. Vì chiết xuất siêu âm là phương pháp chiết xuất phi nhiệt, có thể tránh được sự phân hủy do nhiệt của các thành phần có hoạt tính sinh học, mang lại chất lượng dịch chiết vượt trội.
Nhìn chung, những ưu điểm như hiệu suất thu hồi cao, thời gian chiết xuất ngắn, nhiệt độ chiết xuất thấp và nhu cầu dung môi giảm khiến xử lý siêu âm trở thành phương pháp chiết xuất được ưu tiên lựa chọn.
Siêu âm vượt trội hơn vi sóng trong chiết xuất anthocyanin từ quả sim Địa Trung Hải. Xử lý siêu âm nhanh gấp ba lần chiết xuất bằng vi sóng.
So sánh chiết xuất siêu âm với chiết xuất thông thường bằng bể điều nhiệt có lắc cho thấy thời gian chiết xuất phenol tổng số và flavonoid từ cây xô thơm giảm đáng kể khi sử dụng chiết xuất siêu âm. Chiết xuất siêu âm chỉ cần một phần ba thời gian chiết xuất bằng bể điều nhiệt có lắc.
Chiết xuất siêu âm: Đã được ứng dụng vững chắc trong phòng thí nghiệm và công nghiệp
Chiết xuất siêu âm được ứng dụng rộng rãi để chiết xuất mọi loại hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật, nấm, tảo, vi khuẩn và tế bào động vật có vú. Chiết xuất siêu âm đã được khẳng định là một phương pháp đơn giản, tiết kiệm chi phí và có hiệu quả cao, vượt trội hơn các kỹ thuật chiết xuất truyền thống khác nhờ hiệu suất thu hồi cao hơn và thời gian xử lý ngắn hơn.
Với các hệ thống siêu âm dùng trong phòng thí nghiệm, loại để bàn và quy mô công nghiệp hoàn chỉnh luôn sẵn có, chiết xuất siêu âm ngày nay là một công nghệ đã được ứng dụng vững chắc và đáng tin cậy. Các thiết bị chiết xuất siêu âm Hielscher được lắp đặt trên toàn thế giới tại các cơ sở chế biến công nghiệp để sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học đạt cấp thực phẩm và dược phẩm.
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:
| 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 |
| không áp dụng | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| không áp dụng | lớn hơn | cụm máy UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng nhất hóa siêu âm hiệu năng cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ hóa và chiết xuất ở quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Những điều cần biết
Nguyên lý hoạt động của chiết xuất siêu âm
Chiết xuất siêu âm là phương pháp được sử dụng rộng rãi để phân lập và tách các thành phần có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật. Vì xử lý siêu âm tương thích với mọi loại dung môi, quy trình chiết xuất siêu âm có thể được thiết kế tối ưu theo các hợp chất có hoạt tính sinh học (tức là các hợp chất mục tiêu), độ phân cực, độ hòa tan, độ nhạy nhiệt của chúng và các yếu tố khác. Bằng cách điều chỉnh quy trình xử lý siêu âm riêng cho một hợp chất nhất định hoặc nhiều hợp chất, có thể lựa chọn cấu hình lý tưởng nhất để thu được dịch chiết có chất lượng đặc biệt cao.
Sóng siêu âm được truyền vào chất lỏng hoặc huyền phù tạo ra dao động mạnh và hiện tượng xâm thực âm. Xâm thực âm, còn gọi là xâm thực siêu âm, được đặc trưng bởi các chênh lệch áp suất cực cao, lực cắt và tia chất lỏng xuất hiện cục bộ. Những lực này phá vỡ thành tế bào, làm vỡ tế bào thực vật và tăng cường sự truyền khối giữa bên trong tế bào và dung môi. Nhờ đó, các thành phần có hoạt tính sinh học được giải phóng hiệu quả vào dung môi xung quanh, từ đó các phân tử mục tiêu có thể dễ dàng được phân lập và tinh sạch (ví dụ bằng cô quay, chưng cất hơi nước hoặc HPLC).
Chiết xuất siêu âm từ tế bào thực vật: lát cắt ngang (TS) quan sát dưới kính hiển vi cho thấy cơ chế tác động trong quá trình chiết xuất siêu âm từ tế bào (độ phóng đại 2000x)
[nguồn: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng nhất hóa siêu âm hiệu năng cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.