Концентрування екстракту: роторний випарювач, вакуум і об'єднання фракцій

Після екстракції й фільтрації в нас дві рідини: водна фракція й етанольна. У кожній речовин гриба небагато, а розчинника — багато. Щоб отримати концентрат, розчинник треба прибрати, не перегрівши при цьому самі речовини. Кожну фракцію ми концентруємо на роторно-вакуумному випарювачі: під вакуумом розчинник випаровується за нижчої температури, і це бережніше до речовин, чутливих до нагрівання. Сконцентровані водну й етанольну фракції потім об'єднуємо.

У статті розібрано, як працює роторний випарювач і чому вакуум знижує температуру кипіння, які режими радять виробники обладнання й які температури беруть для грибних екстрактів у дослідженнях, чому водну й етанольну фракції концентрують окремо, що робити з піною і чому після об'єднання фракцій потрібен контроль. Як отримують самі фракції, розглянуто в статті про подвійну екстракцію.

Як працює роторний випарювач

Будова випарювача видна з опису в патенті виробника Heidolph. Колбу з рідиною опускають у нагріту баню й обертають. Обертання розмазує рідину тонкою плівкою по внутрішній стінці колби, площа поверхні зростає, і випаровування прискорюється. Одночасно в системі створюють знижений тиск, щоб знизити температуру кипіння розчинника. Пара йде в холодильник, конденсується, і рідкий розчинник стікає в приймальну колбу.

Виробник BUCHI радить ставити найбільшу швидкість обертання: так рідина випаровується швидше, менше піниться й менше «викидає». Для в'язких зразків обертання, навпаки, сповільнюють.

Вакуум знижує температуру кипіння

За звичайного тиску етанол кипить за 78–79 °C, вода — за 100 °C. Якщо знизити тиск, обидва кипітимуть за значно нижчої температури. У таблиці розчинників, якою користуються з випарювачами BUCHI, вказано, який тиск потрібен, щоб розчинник кипів за 40 °C:

Таблицю наведено за інструкцією з роботи на випарювачі BUCHI Кейптаунського університету; ті самі значення тиску дає довідка Технічного університету Брауншвейга.

Таблиця одразу показує, чому вода й етанол поводяться так по-різному. Щоб вода кипіла за тієї самої температури, тиск має бути приблизно в 2,4 раза нижчим, а на випаровування кожного грама води йде приблизно у 2,6 раза більше енергії, ніж на грам етанолу.

Правило «дельта 20»

Щоб випарювач працював ефективно, температури бані, пари й холодильника мають відрізнятися. BUCHI формулює це як правило «дельта 20»: холодильник має бути приблизно на 20 °C холодніший за пару, а баня — приблизно на 20 °C гарячіша. Типовий приклад: баня 50 °C, пара 30 °C, холодильник 10 °C.

Для зразків, чутливих до тепла, BUCHI радить м'якший режим — баня 40 °C, пара 20 °C, холодильник 0 °C — і відповідно глибший вакуум. За це доводиться платити швидкістю: у досліді виробника з ацетоном за бані 80 °C розчинник відганявся приблизно вчетверо швидше, ніж за бані 40 °C.

Холодильник теж має межу. За BUCHI, він працює оптимально, коли конденсат вкриває приблизно дві третини його висоти. Якщо конденсат з'являється вже після холодильника або вакуумний насос безперервно відкачує, холодильник перевантажений і частина пари йде повз нього.

Які температури беруть для грибних екстрактів

У дослідженнях грибних екстрактів температура концентрування зазвичай не перевищує 50 °C:

Прямого дослідження, яке б порівнювало температуру концентрування з якістю грибного екстракту, знайти не вдалося. Але з досліджень екстракції відомо, наприклад, що кордицепін починає руйнуватися вище 60–70 °C, а тривалий нагрів зменшує молекули полісахаридів (докладніше — у статті про подвійну екстракцію). Тому для концентрування беремо м'які режими, навіть якщо це довше.

Чому фракції концентруємо окремо

Причин три.

Різні режими. Як видно з таблиці вище, вода потребує глибшого вакууму й значно більше енергії, ніж етанол. Окремо кожну фракцію можна вести в режимі, підібраному саме під її розчинник.

Етанол і вода не розділяються одним проходом. У прикладі, наведеному за матеріалами BUCHI, якщо суміш 50 % етанолу й 50 % води (за масою) розділити на дві рівні частини, конденсат міститиме 71 % етанолу, а залишок у колбі — ще 29 %. До того ж етанол і вода утворюють азеотроп — суміш із 95,6 % етанолу за масою, яку звичайною перегонкою вже не розділити (Gupta O. та ін., 2022). Тобто, якщо змішати фракції до концентрування, етанол довго лишатиметься в суміші.

Полісахариди не люблять етанолу. Полісахариди випадають в осад, коли до водного розчину додають етанол, і починається це задовго до 70–80 %. У дослідженні полісахаридів міцелію гнойовика їх осаджували фракціями за 40, 60 і 80 % етанолу; за меншої концентрації етанолу першими випадають найбільші молекули (Chen R. та ін., 2026). Якщо додати до водного концентрату етанольну витяжку з високим вмістом етанолу, частина полісахаридів може просто опинитися на дні.

Тому спершу прибираємо розчинник із кожної фракції, і лише потім їх об'єднуємо. Порядок у різних виробників і дослідників буває різним: наприклад, у дослідженні їжовика 2025 року водний фільтрат об'єднували з етанольною фракцією й концентрували вже разом (Kała K. та ін., 2025).

Піна й «викиди»

Водні грибні екстракти схильні до піни. Фахівець BUCHI пояснює піну в екстрактах природними поверхнево-активними речовинами, які є в рослинній і грибній сировині. Для грибів це підтверджують і окремі виміри: екстракт із відходів гливи мав високу здатність до піноутворення (83,55 %), яку автори пов'язують із взаємодією полісахаридів і білків (Bermúdez-Gómez P. та ін., 2026). Що саме ці речовини спінюють екстракт у випарювачі — наше припущення, прямих вимірів знайти не вдалося.

Що допомагає:

• знижувати тиск поступово, а не одразу до робочого значення — так радить BUCHI;
• не робити вакуум глибшим, ніж треба: за даними виробника вакуумних насосів, якщо для етанолу тиск опускається значно нижче 179 мбар (за 40 °C), випаровування стає занадто бурхливим, рідина піниться й викидає, а вихід і якість падають;
• не перегрівати й не розкручувати колбу без потреби: за словами фахівця Heidolph, «викиди» дають забагато тепла, забагато обертання або забагато вакууму;
• заповнювати колбу не більше ніж наполовину і ставити пастку від викидів між колбою й холодильником — щоб піна не потрапила в холодильник і приймальну колбу.

Етанол повертається, але не весь

Етанол, що пройшов через холодильник, збирається в приймальній колбі. За оцінкою виробника вакуумного обладнання, ефективний холодильник повертає близько 95 % етанолу: з 10 літрів — приблизно 9,5 літра, які можна використати знову. Але повернений етанол розведений водою (див. вище), тож його міцність перед повторним використанням треба перевіряти.

У концентраті ж частина етанолу лишається. У дослідженні рейші етанольний екстракт після випарювача ще додатково прогрівали на водяній бані за 80 °C, щоб прибрати залишки розчинника (Guo W. та ін., 2026). Корейські дослідники досягли залишку етанолу нижче 5000 ppm — межі, прийнятої для залишкових розчинників, — додаючи воду й повторюючи випарювання (Lee H. G., Kim J. H., 2022). Скільки етанолу лишилося в нашому концентраті, ми визначаємо на наступному кроці — контролі концентрату.

Об'єднання фракцій

Сконцентровані водну й етанольну фракції об'єднуємо. Навіть після концентрування це суміш речовин, які по-різному розчиняються у воді й етанолі, і частина з них може випасти. У дослідженні рідкого препарату рейші на водно-спиртовій основі майже 9 % усіх екстрагованих речовин, переважно тритерпеноїди й фенольні сполуки з етанольного екстракту, не розчинялися в суміші й випадали в осад; автори утримували їх у завислому стані загусником (Bidegain M. A. та ін., 2020).

Саме тому після об'єднання фракцій ідуть контроль концентрату, а перед додаванням гліцерину — ще одна фільтрація.

Промисловий масштаб

На великих виробництвах замість роторних випарювачів використовують плівкові випарні апарати. У них рідина стікає тонкою плівкою по внутрішніх стінках нагрітих трубок, здебільшого під вакуумом, і перебуває в апараті дуже недовго — це дає м'яке випаровування й добру якість продукту; серед типових продуктів таких апаратів виробник називає й екстракти (GEA). Принцип той самий, що й у роторному випарювачі: тонка плівка, знижений тиск, мінімум часу в теплі.

Що з цього випливає на практиці

1. Кожну фракцію концентруємо окремо, у режимі під її розчинник.
2. Тримаємо м'яку температуру бані, а потрібну швидкість випаровування отримуємо вакуумом, а не нагрівом.
3. Знижуємо тиск поступово й не заповнюємо колбу понад половину, щоб уникнути піни й викидів.
4. Стежимо за холодильником: перевантажений холодильник пропускає пару.
5. Повернений етанол перевіряємо на міцність перед повторним використанням.
6. Фракції об'єднуємо лише після концентрування, а потім обов'язково контролюємо концентрат.

Джерела

Обладнання й режими

1. Hans Heidolph GmbH & Co. KG, 2022. Rotary evaporator, патент US11273387B2.
2. BÜCHI Labortechnik AG, 2015. Your Evaporation Guide — Temperature difference (Short Note 213).
3. BÜCHI Labortechnik AG, 2017. Tips & Tricks from the Experts: Rotary Evaporation.
4. BÜCHI. Foam is foe in rotary evaporation. Блог виробника.
5. University of Cape Town, Department of Chemistry, 2023. SOP: BÜCHI Rotary Evaporator.
6. TU Braunschweig, ICTV. Rotationsverdampfer Heidolph Hei-VAP Distimatic. Довідка про обладнання.
7. BRANDTECH Scientific / VACUUBRAND. Optimizing Extractions with Vacuum. Матеріал виробника.
8. Tennenhouse E. How to Deal with Solvent Bumping and Foaming During Lab Evaporation. Lab Manager.
9. Nichols L. Step-by-Step Procedures for Rotary Evaporation. Organic Chemistry Lab Techniques, Chemistry LibreTexts, розділ 5.6B.
10. Scientist Live, 2013. Rectification of two component solvents using rotary evaporator. За матеріалами BUCHI.
11. GEA Wiegand GmbH, 2021. Evaporation Technology — Applications, types, efficiency.

Етанол, вода й полісахариди

12. Gupta O. та ін., 2022. Graphene Oxide-Carbon Nanotube (GO-CNT) Hybrid Mixed Matrix Membrane for Pervaporative Dehydration of Ethanol. Membranes 12(12), 1227. З роботи взято лише дані про азеотроп.
13. Chen R. та ін., 2026. Fractional ethanol precipitation modulates the structure and function of Coprinus comatus mycelial polysaccharides: alleviation of DSS-induced injury in Caco-2 cells via regulation of mitochondrial function. Frontiers in Nutrition 13, 1743246. З роботи взято лише дані про осадження.
14. Kała K. та ін., 2025. Influence of Plant-Based Substrate Composition and Extraction Method on Accumulation of Bioactive Compounds in Hericium erinaceus Fruiting Bodies. Molecules 30(15), 3094.
15. Bermúdez-Gómez P. та ін., 2026. Ultrasound-Assisted Extraction of Polysaccharides from Pleurotus ostreatus By-Products: Box–Behnken Optimization and Low-Fat Cookies Formulation. Foods 15(10), 1764.
16. Bidegain M. A., Palma S. D., Cubitto M. A., 2020. Formulation and Evaluation of a Lingzhi or Reishi Medicinal Mushroom, Ganoderma lucidum, Nutraceutical Hydroalcoholic Suspension. International Journal of Medicinal Mushrooms 22(8), 719–730.

Умови концентрування в дослідженнях

17. Yang Y. та ін., 2022. Polysaccharides from Hericium erinaceus Fruiting Bodies: Structural Characterization, Immunomodulatory Activity and Mechanism. Nutrients 14(18), 3721. З роботи взято лише умови концентрування.
18. Shady R. M. та ін., 2025. Unlocking Reishi's secrets: nutritional and medicinal traits of Ganoderma lucidum isolated from tree bark in Egypt. AMB Express 15, 104. З роботи взято лише умови концентрування.
19. Khanal S. та ін., 2026. Multivariate chemometric profiling of Himalayan Ganoderma isolates: linking host and altitude to nutritional, antioxidant, and metabolomic diversity. RSC Advances 16(38), 42996–43006.
20. Valdez-Solana M. A. та ін., 2022. Cordyceps militaris Inhibited Angiotensin-Converting Enzyme through Molecular Interaction between Cordycepin and ACE C-Domain. Life 12(9), 1450. З роботи взято лише умови концентрування.
21. Guo W. та ін., 2026. Integrated Microbiome and Metabolomics Analysis Reveals That Ganoderma lucidum Triterpenoids Ameliorate Colitis Associated with the Modulation of the Gut Microbiota and Metabolic Profiles. Foods 15(11), 2016. З роботи взято лише спосіб видалення залишків розчинника.
22. Lee H. G., Kim J. H., 2022. Видалення залишкового етанолу роторним випарюванням, корейською. Korean Chemical Engineering Research 60(2), 237.