Bitki mənşəli xammalın ekstraksiyasını intensivləşdirmək üçün ultrasəsli omik qızdırma

Ultrasəsli omik qızdırma bitki mənşəli xammaldan bioaktiv birləşmələrin ekstraksiyasını intensivləşdirmək üçün ultrasəsin yaratdığı kavitasiyanı sürətli, bərabər omik qızdırma ilə birləşdirir. Ənənəvi və tək rejimli üsullarla müqayisədə bu üsul enerji sərfini 74%-ə qədər azaldaraq xeyli daha qısa müddətdə daha çox fitokimyəvi maddə əldə etməyə imkan verir. Bu sinergiya kütlə ötürülməsini sürətləndirir, həlledici istifadəsini minimuma endirir və daha təmiz, daha dayanıqlı ekstraksiya yolu təklif edir.

Ultrasəsli omik qızdırma ilə ekstraksiya – Yumşaq, lakin çox səmərəli

Ultrasəsli omik qızdırma ilə ekstraksiya nisbətən yumşaq şəraitdə fitokimyəvi maddələrin səmərəli ayrılmasına nail olmaq üçün bərabər həcm boyu qızdırmanı ultrasəslə mexaniki homogenləşdirmə ilə birləşdirir. Lokal istilik kanalları və termik gərginlik yarada bilən ənənəvi omik qızdırmadan fərqli olaraq, ultrasəsin əlavə edilməsi keçiriciliyi bərabərləşdirən və istiliyi daha bərabər paylayan kavitasiya, mikroaxınlar və hüceyrə divarlarının parçalanmasını yaradır. Bu sinergiya daha aşağı effektiv termik yüklərlə sürətli ekstraksiyaya imkan verir, ümumi enerji tələbatını azaldaraq istiliyə həssas fitokimyəvi maddələri qoruyur. Nəticədə, ultrasəsli omik qızdırma yüksək keyfiyyətli bitki ekstraktlarının daha təmiz və daha dayanıqlı şəkildə istehsalı üçün yumşaq, lakin güclü yanaşma kimi önə çıxır.

Bu video elektroda birbaşa ultrasəs tətbiqinin elektrik cərəyanına müsbət təsirini göstərir. Burada elektrokimyəvi tətbiqlər üçün əlavə təchizat və titan elektrod/sonotrodla təchiz edilmiş Hielscher UP100H (100 vatt, 30kHz) ultrasəs homogenizatorundan istifadə olunur. Durulaşdırılmış sulfat turşusunun elektrolizi nəticəsində hidrogen və oksigen qazları əmələ gəlir. Ultrasəs emalı elektrod səthində diffuziya qatının qalınlığını azaldır və elektroliz zamanı kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır.

Ultrasəsli omik qızdırma üçün yumşaq ekstraksiya şəraiti

Praktik tətbiqlərdə qida və bitki mənşəli xammalın ekstraksiyası üçün temperatur adətən 40–70°C aralığında olur. Bununla belə, istiliyə həssas olmayan materiallar üçün 100°C-dən yüksək temperaturlara çatmaq mümkündür.

Yumşaq qızdırma (40–70 °C): həssas fitokimyəvi maddələri parçalamadan ekstraksiyanı sürətləndirmək məqsədilə çox vaxt zərif bitki matrisləri və ya termolabil birləşmələr üçün istifadə olunur.
Orta və yüksək dərəcəli qızdırma (70–100 °C): sulu sistemlərdə temperaturu qaynama həddindən aşağı saxlamaqla hüceyrə divarlarının daha sürətli parçalanmasına və kütlə ötürülməsinin gücləndirilməsinə yönələn proseslərdə geniş yayılmışdır.

Problem: omik qızdırmada istilik kanalları

Omik qızdırma cərəyan bitki matrisindən keçərkən elektrik enerjisinin istiliyə çevrilməsinə əsaslanır. Lakin bioloji toxumalar təbiətcə qeyri-bircinsdir: hüceyrə divarları, hava boşluqları və rütubət qradiyentləri yerli keçiricilikdə fərqlər yaradır. Cərəyan əsasən daha yüksək keçiriciliyə malik zonalardan keçdiyinə görə “istilik kanalları” əmələ gəlir. Bu lokallaşmış cərəyan yolları aşağıdakılara səbəb olur:

Kifayət qədər emal olunmamış sahələrin yanında həddindən artıq qızmış zolaqların yaranması ilə qeyri-bərabər qızdırma.
Həssas fitokimyəvi maddələrin termik parçalanması riskini yaradan isti nöqtələr.
Səmərəliliyin azalması, çünki ekstraksiya kifayət qədər qızdırılmamış sahələr tərəfindən məhdudlaşdırılır.

Bu problem omik qızdırmaya dair ədəbiyyatda yaxşı məlumdur; elektrik keçiriciliyindəki dəyişikliklər çox vaxt miqyasın böyüdülməsini və nəticələrin təkrarlana bilməsini məhdudlaşdırır.

Həll: ultrasəs dəstəkli omik qızdırma

Ultrasəs omik qızdırma ilə birləşdirildikdə ultrasəsin bir neçə təsiri istilik kanallarının əmələ gəlməsini azaldır:

Kavitasiya və mikroaxınlar: Ultrasəs kavitasiyası hüceyrə strukturlarını davamlı olaraq dağıdan və mayeləri qarışdıran kəsilmə qüvvələri və mikroşırnaqlar yaradır. Bu, mühiti homogenləşdirir və əks halda istilik kanallarının yaranmasına səbəb olacaq keçiricilik qradiyentlərini hamarlayır.
Təkmilləşdirilmiş elektroporasiya: Ultrasəs hüceyrə divarlarını və membranlarını zəiflədərək keçiriciliyi artırır. Bu, xüsusi elektrik müqavimətindəki yerli fərqləri azaldaraq elektrik cərəyanının daha bərabər paylanmasını təmin edir.
Gücləndirilmiş istilik ötürülməsi: Akustik axın mikromiqyasda qarışmanı təşviq edir, lokal isti nöqtələri aradan qaldırır və istilik enerjisini daha bərabər paylayır.
Hüceyrələrin sinergik dağıdılması: Mexaniki parçalanmanın (ultrasəsdən) və elektriklə qızdırmanın (omik emaldan) birgə təsiri uzunmüddətli qızdırma parçalanmaya səbəb ola bilməzdən əvvəl hüceyrələrin öz möhtəviyyatını daha sürətlə buraxmasını təmin edir.

Ultrasəs dəstəkli omik qızdırmanın üstünlükləri

Qeyri-müntəzəm, kanallar boyunca baş verən qızdırma əvəzinə ultrasəs dəstəkli omik qızdırma bitki matrisinin bütün həcmi boyunca sabit, bərabər temperatur profili yaradır. Bu, aşağıdakı nəticələrə gətirib çıxarır:

Bütövlüyü qorunmuş fitokimyəvi maddələrin, məsələn, efir yağlarının daha yüksək çıxımı.
Kütlə ötürülməsinə maneələr daha bərabər şəkildə aradan qaldırıldığı üçün daha qısa ekstraksiya müddətləri.
İstilikdən daha səmərəli istifadə edildiyi üçün daha aşağı ümumi enerji sərfi.

Bir sözlə, ultrasəs omik qızdırmanın əsas zəif cəhətinə – istiliyin qeyri-bərabər paylanmasına meyilliliyinə – qarşı təsir göstərərək onu daha çox nəzarət edilə bilən, proqnozlaşdırılan və miqyası böyüdülə bilən ekstraksiya üsuluna çevirir.

Ultrasəslə təkmilləşdirilmiş omik qızdırma – Tədqiqatlar nə göstərir

Kumar və b. (2023) ənənəvi Clevenger hidrodistilləsini (CHD), omik qızdırma ilə hidrodistilləni (OHD), ultrasəs dəstəkli hidrodistilləni (UAHD) və ultrasəs dəstəkli omik qızdırma ilə hidrodistilləni (UAOHD) efir yağlarının ekstraksiyasındakı effektivliyinə görə müqayisə etmişlər. Ultrasəsli omik qızdırma ilə hidrodistillənin (UAOHD) ultrasəsin dağıdıcı təsirlərini omik emalın sürətli, bərabər həcm boyu qızdırması ilə birləşdirərək bitki mənşəli xammalın ekstraksiya səmərəliliyini nəzərəçarpacaq dərəcədə artırdığı göstərilmişdir. Hind reyhanı, limonotu və keşniş yarpaqları ilə aparılan müqayisəli sınaqlarda ultrasəsli omik qızdırma ilə distillə ənənəvi hidrodistillədən, yalnız omik qızdırmadan və ya ultrasəs dəstəkli ənənəvi distillədən ardıcıl olaraq daha yüksək efir yağı çıxımı vermişdir. Daha yüksək ani güc sərfinə baxmayaraq, ekstraksiya müddətləri 86%-ə qədər, enerji istehlakı isə təxminən 74% azalmışdır. Bu üstünlüklər sinergik mexanizmlərdən irəli gəlir: ultrasəsin yaratdığı kavitasiya və mikroturbulentlik efir yağı vəzilərini parçalayır, omik qızdırma isə elektroporasiya və bərabər daxili qızdırma vasitəsilə hüceyrələrin dağıdılmasını sürətləndirir. Birlikdə onlar daha sürətli kütlə ötürülməsinə, həlledicilərsiz daha təmiz emala və ətraf mühitə təsirin nəzərəçarpacaq dərəcədə azalmasına imkan verir və ultrasəsli omik qızdırma ilə hidrodistilləni efir yağı istehsalı üçün dayanıqlı, miqyası böyüdülə bilən alternativə çevirir.

Bu video elektrodun birbaşa ultrasəslə emalının H tipli elektroliz qurğusunda elektrik cərəyanına müsbət təsirini göstərir. Burada elektrokimyəvi tətbiqlər üçün təkmilləşdirilmiş və titan elektrod/sonotrodla təchiz olunmuş Hielscher UP100H (100 vatt, 30kHz) ultrasəs homogenizatorundan istifadə olunur. Durulaşdırılmış sulfat turşusunun elektrolizi nəticəsində hidrogen və oksigen qazları əmələ gəlir. Ultrasəs emalı elektrod səthindəki diffuziya təbəqəsinin qalınlığını azaldır və elektroliz zamanı kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır. Ultrasəs emalı elektrolitik hüceyrədə hidrogen qazının əmələgəlmə sürətini əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.

Təkmilləşdirilmiş omik qızdırma üçün ultrasəs elektrodları

Hielscher ultrasəs elektrodları omik qızdırmada xüsusi üstünlük təqdim edir, çünki onlar iki bir-birini tamamlayan mexanizmi bir qurğuda birləşdirir: elektrik cərəyanının verilməsini və ultrasəslə qarışdırmanı. Elektrod həcm boyu Coul qızdırması üçün tələb olunan dəyişən cərəyanı tətbiq edərkən onun eyni vaxtda 20 kHz tezlikdə rəqsi bitki hüceyrələrinin divarlarını dağıdan və mühiti homogenləşdirən kavitasiya, mikroaxınlar və kəsilmə qüvvələri yaradır. Bu ikili təsir istilik kanallarının əmələ gəlməsini minimuma endirir, elektrik keçiriciliyinin daha bərabər olmasını təmin edir və bununla da nümunənin bütün həcmi boyunca bərabər qızdırma yaradır. Eyni zamanda, ultrasəsin ekstraksiya təsiri kütlə ötürülməsini sürətləndirir və hüceyrədaxili birləşmələrin ayrılmasını təşviq edərək çıxımı və keyfiyyəti daha da artırır. Kommersiya tətbiqlərində Hielscher UIP2000hdT elektrod sistemi (hər elektrod üçün 2000 W) fasiləsiz sənaye istehsalı üçün tələb olunan möhkəmliyi təmin edir, UP100H (100 W) və VialTweeter kimi daha kiçik qurğular isə laboratoriya miqyaslı tədqiqatlar və prosesin optimallaşdırılması üçün çevik vasitələr kimi xidmət edir.
Qida sənayesində intensivləşdirilmiş omik qızdırma üçün Hielscher ultrasəs elektrodlarının tətbiqləri haqqında daha ətraflı oxuyun!

Niyə Hielscher Ultrasonics?

yüksək səmərəlilik
ən müasir texnologiya
etibarlılıq və möhkəmlik
tənzimlənə bilən, dəqiq proses nəzarəti
partiyalarla və axın xəttində emal
istənilən həcm üçün
ağıllı proqram təminatı
ağıllı funksiyalar (məsələn, proqramlaşdırıla bilmə, məlumatların qeydə alınması, uzaqdan idarəetmə)
asan və təhlükəsiz istismar
az texniki xidmət tələbi
CIP (yerində təmizləmə)

Aşağıdakı cədvəl omik qızdırma sonikatorlarımızın / ultrasəs elektrodlarımızın təxmini emal gücü haqqında təsəvvür yaradır:

Partiya həcmi	Həcm axını sürəti	Tövsiyə olunan cihazlar
0,5–1,5mL	n.a.	VialTweeter
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
0,1–20L	0,2–4L/min	UIP2000hdT

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istismar ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə problemsiz inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitin və yüksək tələblər qoyan mühitlərin öhdəsindən asanlıqla gəlir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiya və istifadə rahatlığı ilə seçilən yüksək performanslı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərini ödəyir.

Əlaqəli mövzular

Ədəbiyyat / İstinadlar

Kumar, R., Chopra, S., Choudhary, A.K. et al. (2023): Cleaner production of essential oils from Indian basil, lemongrass and coriander leaves using ultrasonic and ohmic heating pre-treatment systems. Scientific Reports 13, 4434 (2023).
Kutlu, N., Isci, A., Sakiyan, O., & Yilmaz, A. E. (2021): Effect of ohmic heating on ultrasound extraction of phenolic compounds from cornelian cherry (Cornus mas). Journal of Food Processing and Preservation, 45, e15818.

Tez-tez verilən suallar

Omik qızdırma və Coul qızdırması eynidirmi?

Tam olaraq deyil. Coul qızdırması əsas fiziki hadisədir: elektrik cərəyanı keçiricidən keçdikdə materialın müqaviməti səbəbindən elektrik enerjisi istilik şəklində səpələnir. Omik qızdırma isə bu hadisənin texnoloji tətbiqidir. Omik qızdırmada dəyişən cərəyan müqavimətli mühit kimi çıxış edən qida, bitki və ya bioloji materialdan məqsədli şəkildə keçirilir ki, nümunənin daxilində istilik bərabər şəkildə yaransın.
Bir sözlə, bütün omik qızdırma Coul qızdırmasına əsaslanır, lakin bütün Coul qızdırması omik qızdırma deyil. Coul qızdırması prinsipdir; omik qızdırma isə onun üzərində qurulmuş prosesdir.

Omik qızdırma qurğusu hansı hissələrdən ibarətdir?

Omik qızdırma qurğusu adətən dəyişən cərəyan verən enerji mənbəyindən, nümunəni saxlayan emal kamerasından və cərəyanın materialdan keçməsinə imkan vermək üçün kameranın əks uclarında yerləşdirilmiş elektrodlardan ibarətdir. Sistem gərginliyi, cərəyanı və temperaturu izləyən sensorlarla, həmçinin elektrik enerjisi girişini tənzimləyən və bərabər qızdırmanı təmin edən idarəetmə blokları ilə tamamlanır.

Coul qızdırması nədir?

Müqavimətlə qızdırma da adlandırılan Coul qızdırması elektrik cərəyanı keçirici materialdan keçdikdə istilik enerjisinin yaranmasıdır; yaranan istilik materialın müqaviməti və cərəyan şiddətinin kvadratı ilə mütənasibdir.

Omik qızdırma ilə Coul qızdırması arasında fərq nədir?

Omik qızdırma Coul qızdırmasının xüsusi tətbiqidir; burada dəyişən cərəyan birbaşa qida və ya bioloji matrisdən keçirilir və materialın elektrik keçiriciliyindən istifadə etməklə həcm boyu bərabər qızdırma yaranır; “Coul qızdırması” ümumi fiziki hadisədir, “omik qızdırma” isə mühəndislik əsasında qurulmuş proses texnologiyasını ifadə edir.

Omik qızdırma harada tətbiq olunur?

Omik qızdırma qida emalında, bitki mənşəli xammalın ekstraksiyasında, pasterizasiyada, sterilizasiyada və fermentlərin inaktivləşdirilməsində, həmçinin materialşünaslıqda xarici istilik ötürülməsi maneələri olmadan sürətli və bərabər qızdırma tələb edən proseslərdə tətbiq olunur.

Omik plazma nədir?

Omik plazma elə bir plazma halını ifadə edir ki, ondan keçən elektrik cərəyanı müqavimət nəticəsində enerjini səpələyərək Coul effekti vasitəsilə plazma hissəciklərinin qızmasına səbəb olur; bu prinsip plazmanın saxlanılması və termonüvə sintezi tədqiqatlarında əhəmiyyətlidir.

Qida sənayesində omik qızdırmanın faydaları nələrdir?

Qida sənayesində omik qızdırma sürətli və bərabər qızdırma, azaldılmış temperatur qradiyentləri, daha qısa emal müddətləri, qida maddələrinin və orqanoleptik keyfiyyətlərin daha yaxşı qorunması və artırılmış enerji səmərəliliyi daxil olmaqla əhəmiyyətli faydalar təqdim edir; bu da onu perspektivli “təmiz etiket” termik texnologiyasına çevirir.