در عرصه پیشرفته علم استخراج ترکیبات گیاهی، استخراج با فراصوت یا سونوکمیایی به عنوان یکی از متدهای نوآورانه و کارآمد شناخته شده است. این فناوری، که ریشه در کاربرد امواج صوتی با فرکانس بالا دارد، به طور گسترده‌ای در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. پیشینه استفاده از فراصوت در صنایع متفاوت از جمله پزشکی و مواد، سکویی برای توسعه این فناوری در زمینه استخراج ترکیبات گیاهی فراهم آورده است.
مکانیزم این روش بر اساس ایجاد حباب‌های کوچک در مایعات تحت تاثیر امواج فراصوتی استوار است، که در نهایت منجر به فرایندی به نام کاویتاسیون می‌شود. این فرایند باعث ایجاد نیروهای برشی و تحریکات مکانیکی قوی می‌گردد که می‌تواند ساختار سلولی گیاهان را شکسته و به نتیجه‌ی مطلوب در استخراج ترکیبات فعال بیانجامد.
با پیشرفت تکنولوژی، امکان بهینه‌سازی دقیق‌تر شرایط استخراج مانند تنظیم فرکانس، شدت، و مدت زمان تابش امواج فراصوتی فراهم شده است. این پیشرفت‌ها، استخراج با فراصوت را به یکی از متدهای موثر و پایدار در استخراج ترکیبات گیاهی تبدیل کرده‌اند، که کاربردهای گسترده‌ای در صنایع دارویی، آرایشی و بهداشتی، و غذایی دارد.
به عنوان یک روش مدرن و پایدار در استخراج ترکیبات گیاهی، استخراج با فراصوت نه تنها به عنوان پاسخگوی نیازهای فعلی صنایع مختلف بلکه به عنوان بخشی از راهکارهای آینده در راستای پایداری و مسئولیت زیست‌محیطی شناخته می‌شود. این روش، با توانایی افزایش بازدهی و کیفیت استخراج ترکیبات گیاهی، جایگاه ویژه‌ای در میان روش‌های استخراج یافته است.
مکانیزم استخراج با فراصوت
مکانیسم استخراج با فراصوت یا سونوکمیایی بر پایه ایجاد و بهره‌برداری از امواج فراصوتی با فرکانس بالا در یک مایع استوار است. این روش، که از اصول فیزیکی پیچیده بهره می‌برد، در سه مرحله اصلی انجام می‌شود:
1. تولید امواج فراصوتی
- ایجاد امواج: در ابتدا، یک دستگاه فراصوت امواج صوتی با فرکانس‌های بالاتر از حد شنوایی انسان (بیش از 20 کیلوهرتز) تولید می‌کند. این امواج در محلول حاوی گیاهان دارویی و حلال مناسب منتشر می‌شوند.
2. کاویتاسیون
- تشکیل حباب‌ها: وقتی امواج فراصوتی در مایع منتشر می‌شوند، حباب‌های ریزی در مایع تشکیل می‌شود. این حباب‌ها به سرعت منبسط و منقبض می‌شوند.
- انفجار حباب‌ها: در نقطه‌ای، این حباب‌ها به اندازه‌ای رشد می‌کنند که دیگر نمی‌توانند خود را حفظ کنند و منفجر می‌شوند. این پدیده به نام کاویتاسیون شناخته می‌شود و باعث ایجاد امواج شوک و نیروهای برشی قوی در محلول می‌شود.
3. استخراج ترکیبات فعال
- شکستن سلول‌های گیاهی: امواج شوک و نیروهای برشی حاصل از کاویتاسیون باعث شکستن دیواره‌های سلولی گیاهان می‌شوند. این فرایند به آزادسازی ترکیبات فعال داخل سلول‌های گیاهی به داخل محلول حلال کمک می‌کند.
- افزایش تماس سطحی: کاویتاسیون همچنین باعث افزایش تماس بین مایع حلال و ترکیبات گیاهی می‌شود، که این امر به بهبود انتقال جرم و افزایش بازدهی استخراج کمک می‌کند.
مزایای استخراج با فراصوت
- افزایش بازدهی: استخراج با فراصوت می‌تواند بازدهی استخراج ترکیبات فعال را نسبت به روش‌های سنتی افزایش دهد.
- کاهش زمان استخراج: فرایند استخراج سریع‌تر انجام می‌شود، که این می‌تواند زمان کلی فرآیند استخراج را کاهش دهد.
- حفظ کیفیت ترکیبات: دمای پایین‌تر در طول فرایند استخراج باعث حفظ بهتر ترکیبات حساس به حرارت می‌شود.
- استفاده از حلال‌های کمتر سمی: این روش می‌تواند با حلال‌های آبی یا حلال‌های سازگار با محیط زیست انجام شود.
استخراج با فراصوت برای چه مواردی کاربرد دارد ؟
استخراج با فراصوت یک روش عمومی و انعطاف‌پذیر است که می‌تواند برای استخراج ترکیبات فعال از انواع مختلف گیاهان دارویی استفاده شود. با این حال، انتخاب گیاهان برای این روش بستگی به چندین فاکتور دارد، از جمله نوع ترکیبات مورد نظر، حساسیت ترکیبات به حرارت و فشار، و هدف نهایی استخراج. در اینجا چند نمونه از گیاهانی که برای استخراج با فراصوت مناسب هستند، آورده شده است:
- گیاهان حاوی آنتی‌اکسیدان‌ها: گیاهانی مانند چای سبز، زردچوبه، و انواع توت‌ها که سرشار از آنتی‌اکسیدان‌ها هستند، می‌توانند با استفاده از استخراج با فراصوت، ترکیبات فعال خود را به صورت مؤثرتری آزاد کنند.
- گیاهان حاوی روغن‌های اساسی: گیاهانی مانند نعناع، اسطوخودوس، و رزماری که حاوی روغن‌های اساسی هستند، می‌توانند از این روش برای استخراج کارآمدتر روغن‌هایشان بهره‌مند شوند.
- گیاهان دارویی با ترکیبات حساس به حرارت: گیاهانی مانند گل‌هامیموسا، کامومیل، و آلوئه‌ورا که حاوی ترکیبات حساس به حرارت هستند، می‌توانند با این روش ترکیبات خود را بدون آسیب دیدن از حرارت بالا استخراج کنند.
- گیاهان حاوی ترکیبات پلی‌فنولیک: گیاهانی مانند انگور، سیب، و چای که حاوی ترکیبات پلی‌فنولیک هستند، از این روش برای افزایش بازدهی و حفظ کیفیت ترکیبات خود سود می‌برند.
- گیاهان دارویی سنتی: بسیاری از گیاهان دارویی سنتی مانند جینسینگ، آشواگاندا، و گینکو بیلوبا نیز می‌توانند به خوبی با استفاده از این روش مورد استخراج قرار گیرند.
با این وجود، مهم است که شرایط خاص استخراج مانند نوع حلال، دما، و زمان استخراج بهینه‌سازی شود تا بیشترین کارایی را برای هر گیاه خاص داشته باشد. همچنین، از آنجا که هر گیاه ویژگی‌های منحصر به فردی دارد، آزمایشات اولیه برای تعیین شرایط استخراج مناسب برای هر گیاه ضروری است.
مراحل استخراج با امواج صوتی
- آماده‌سازی نمونه: گیاهان دارویی خشک و خرد شده آماده می‌شوند.
- انتخاب حلال: حلال مناسب (مانند اتانول، متانول، آب یا ترکیبی از این‌ها) بر اساس ویژگی‌های ترکیبات مورد نظر انتخاب می‌شود.
- استخراج: نمونه‌ها در حلال قرار داده شده و تحت تابش امواج فراصوت قرار می‌گیرند.
- جداسازی و تغلیظ: پس از استخراج، عصاره از مواد جامد جدا و در صورت نیاز تغلیظ می‌شود.
کاربردها و محدودیت‌ها
استخراج با فراصوت در زمینه‌های مختلفی مانند داروسازی، آرایشی و بهداشتی، و صنایع غذایی کاربرد دارد. با این حال، این روش ممکن است برای همه ترکیبات گیاهی مناسب نباشد و نیاز به تنظیم دقیق شرایط فرایند دارد تا از تخریب ترکیبات حساس به فشار یا حرارت جلوگیری شود.
استخراج با فراصوت یک روش نوآورانه و کارآمد برای جداسازی ترکیبات فعال از گیاهان دارویی است که مزایای قابل توجهی نسبت به روش‌های سنتی دارد. این روش به دلیل کارایی بالا، حفظ کیفیت ترکیبات و سازگاری با محیط زیست، در حال تبدیل شدن به یکی از روش‌های محبوب در صنایع مختلف است.
