Ултразвукова екстракция и нейният принцип на действие

Ултразвуковата екстракция е предпочитаната техника за изолиране на биоактивни съединения от растителни суровини. Ултразвуковата обработка постига пълна екстракция и така се получават по-високи добиви на екстракт за много кратко време на екстракция. Като толкова ефективен метод за екстракция, ултразвуковата екстракция спестява разходи и време, като същевременно осигурява висококачествени екстракти, които се използват за храни, хранителни добавки и фармацевтични продукти.

Ултразвукова екстракция

Ултразвуковата екстракция се използва в хранително-вкусовата промишленост, производството на хранителни добавки и фармацевтичната промишленост за освобождаване на биоактивни съединения като витамини, полифеноли, полизахариди, канабиноиди и други фитохимични вещества от растителни суровини. Екстракцията с помощта на ултразвук се основава на принципа на действие на акустичната или ултразвуковата кавитация.

Как действа акустичната кавитация?

Ултразвукова екстракция се осъществява, когато ултразвукови вълни с висока мощност и ниска честота се предават в суспензия, състояща се от растителен материал в разтворител. Ултразвуковите вълни с висока мощност се предават в суспензията чрез ултразвуков процесор със сонда. Ултразвуковите вълни с висока енергия се разпространяват през течността, създавайки редуващи се цикли на високо / ниско налягане, което води до явлението акустична кавитация. Акустичната или ултразвуковата кавитация води локално до екстремни температури, налягания, скорости на нагряване/охлаждане, разлики в налягането и големи сили на срязване в средата. Когато кавитационните мехурчета имплодират върху повърхността на твърди тела (като частици, растителни клетки, тъкани и др.), микроструите и сблъсъците между частиците предизвикват ефекти като отлющване на повърхността, ерозия, раздробяване на частиците, сонопорация (перфорация на клетъчните стени и клетъчните мембрани) и разрушаване на клетките. Освен това имплозията на кавитационните мехурчета в течни среди създава макротурбулентност и микросмесване. Ултразвуковото облъчване представлява ефективен начин за интензифициране на процесите на масопренос, тъй като ултразвуковата обработка предизвиква кавитация и свързаните с нея механизми като микродвижения, причинени от течни струи, компресия и декомпресия в материала с последващо разрушаване на клетъчните стени, както и високи скорости на нагряване и охлаждане.
Ултразвуковите устройства със сонда могат да генерират много високи амплитуди, което е необходимо за създаване на кавитация със силно въздействие. Hielscher Ultrasonic произвежда високопроизводителни ултразвукови екстрактори, които лесно могат да създават амплитуди от 200µm при непрекъсната работа 24/7. За още по-високи амплитуди Hielscher предлага специализирани сонотроди (сонди) с висока амплитуда.
За интензифициране на кавитацията се използват ултразвукови реактори и проточни клетки, които могат да работят под налягане. С повишаване на налягането кавитацията и кавитационните сили на срязване стават по-разрушителни и по този начин подобряват ефектите на ултразвуковата екстракция.

Ултразвуковата екстракция се основава на акустичната кавитация и нейните хидродинамични сили на срязване

Ефекти на ултразвуковата екстракция

Ултразвуково разрушаване на клетките и увеличаване на масопреноса
Ултразвукът може да подпомага процесите на екстракция както чрез разрушаване на клетките, така и чрез засилване на масопреноса в граничния слой около твърдата матрица.
Сонопорацията, перфорацията на клетъчните стени и мембрани, увеличава пропускливостта на клетъчните стени и мембрани и често е междинен етап, преди клетките да бъдат напълно разрушени чрез ултразвукова обработка.
Механичните ефекти на предизвиканата от ултразвук кавитация, като температурни разлики и разлики в налягането, ударни вълни, сили на срязване, течни струи и микропотоци, засилват проникването на разтворителя във вътрешността на клетката и подобряват масопреноса между клетката и разтворителя, така че междуклетъчните материали се прехвърлят в разтворителя.

Ултразвукова екстракция от растителни клетки: микроскопският напречен срез (TS) показва механизма на действие при ултразвукова екстракция от клетки (увеличение 2000x) [източник: Vilkhu et al. 2011]

Оборудване за ултразвукова екстракция

Процесорите на Hielscher Ultrasonics са високопроизводителни системи за екстракция, с които се работи лесно и безопасно. В зависимост от вашата суровина, капацитета на процеса и целевия обем на производството Hielscher ви предлага най-подходящото ултразвуково устройство. Нашето продуктово портфолио обхваща от компактни, мощни ръчни ултразвукови устройства през настолни системи до изцяло промишлени ултразвукови устройства, способни да обработват няколко тона на час.
Екстракторите на Hielscher Ultrasonics могат да се използват за периодична и непрекъсната екстракция в поточна линия и могат да се използват в комбинация с всеки разтворител.
Предлагат се различни принадлежности като сонотроди (сонди) с различни размери и форми, усилватели на амплитудата, проточни клетки с различни обеми и геометрии, температурни сензори и сензори за налягане с щепселно свързване и много други приспособления за изграждане на идеалната ултразвукова конфигурация за вашия процес на екстракция.
Всички наши цифрови модели са оборудвани с интелигентен софтуер, който ви позволява да регулирате, наблюдавате и задавате параметрите на екстракцията. Благодарение на прецизния контрол върху амплитудата, времето на ултразвукова обработка и работните цикли могат да се постигнат оптимални резултати от процеса, като по-висок добив и най-високо качество на екстракта. Автоматичното записване на данните от процеса на ултразвукова обработка е основата за стандартизация на процеса и възпроизводимост / повторяемост, които се изискват за добрите производствени практики (GMP).

Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics могат да осигуряват много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по индивидуални изисквания. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при голямо натоварване и в тежки условия.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови устройства: