Ултразвукова екстракция и нейният принцип на работа

Ултразвуковата екстракция е предпочитаната техника за изолиране на биоактивни съединения от растителни продукти. Уникирането постига пълна екстракция и по този начин се получават превъзходни добиви на екстракт за много кратко време за екстракция. Тъй като е толкова ефективен метод за екстракция, ултразвуковата екстракция спестява разходи и време, като същевременно води до висококачествени екстракти, които се използват за храни, добавки и фармацевтични продукти.

ултразвукова екстракция

Ултразвуковата екстракция се използва в хранителната, хранителната и фармацевтичната промишленост за освобождаване на биоактивни съединения като витамини, полифеноли, полизахариди, канабиноиди и други фитохимикали от растенията. Ултразвуковата екстракция се основава на принципа на работа на акустична или ултразвукова кавитация.

Как работи акустичната кавитация?

Ултразвуковата екстракция се постига, когато високомощни, нискочестотни ултразвукови вълни са свързани в каша, състояща се от растителен материал в разтворител. Ултразвуковите вълни с висока мощност се свързват чрез ултразвуков процесор тип сонда в суспензията. Високоенергийните ултразвукови вълни преминават 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 високи сили на срязване в средата. Когато кавитационните мехурчета имплодират върху повърхността на твърди вещества (като частици, растителни клетки, тъкани и т.н.), микроструите и междупартиклюларният сблъсък генерират ефекти като повърхностно отлепване, ерозия, разграждане на частиците, сонопорация (перфорация на клетъчните стени и клетъчните мембрани) и клетъчно разрушаване. Освен това, имплозията на кавитационни мехурчета в течна среда създава макротурбуленции и микросмесване. Ултразвуковото облъчване представлява ефективен начин за подобряване на процесите на пренос на маса, тъй като ултразвукът води до кавитация и свързаните с нея механизми като микродвижение от течни струи, компресия и декомпресия в материала с последващо разрушаване на клетъчните стени, както и високи скорости на нагряване и охлаждане.
Ултразвуковите апарати тип сонда могат да генерират много високи амплитуди, което е необходимо за генериране на въздействаща кавитация. Hielscher Ultrasonic произвежда високоефективни ултразвукови екстрактори, които могат лесно да създават амплитуди от 200 μm при непрекъсната работа 24/7. За още по-високи амплитуди Hielscher предлага определени високоамплитудни сонотроди (сонди).
Ултразвукови реактори под налягане и проточни клетки се използват за засилване на кавитацията. С увеличаване на налягането кавитационните и кавитационните сили на срязване стават по-разрушителни и по този начин подобряват ефектите на ултразвукова екстракция.

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

Ефекти от ултразвуковата екстракция

Ултразвуково разрушаване на клетките и увеличаване на преноса на маса
Ултразвукът може да подпомогне процесите на екстракция както чрез клетъчно разрушаване, така и чрез подобряване на преноса на маса в граничния слой около твърдата матрица.
Сонопорацията, перфорацията на клетъчните стени и мембрани, подобрява пропускливостта на клетъчните стени и мембрани и често е междинна стъпка преди клетките да бъдат напълно разрушени от ултразвук.
Механичните ефекти на индуцираната от ултразвук кавитация, като разлики в топлината и налягането, ударни вълни, сили на срязване, течни струи и микропоток, засилват проникването на разтворителя във вътрешността на клетката и подобряват преноса на маса между клетката и разтворителя, така че междуклетъчните материали да се прехвърлят в разтворителя.

Ултразвукова екстракция от растителни клетки: микроскопичното напречно сечение (TS) показва механизма на действие по време на ултразвукова екстракция от клетки (увеличение 2000x) [ресурс: Vilkhu et al. 2011]

Оборудване за ултразвукова екстракция

Процесорите Hielscher Ultrasonics са високопроизводителни системи за извличане, които са лесни и безопасни за работа. В съответствие с вашата суровина, технологичен капацитет и изходна цел, Hielscher ви предлага най-подходящия ултразвуков уред. Нашето продуктово портфолио варира от компактни, мощни ръчни ултразвукови апарати до напълно индустриални ултразвукови устройства, способни да обработват няколко тона на час.
Екстракторите Hielscher Ultrasonics могат да се използват за партидна и непрекъсната вградена екстракция и могат да се използват в комбинация с всеки разтворител.
Предлагат се различни аксесоари като сонотроди (сонди) с различни размери и форми, бустерни клаксони, проточни клетки с различни обеми и геометрии, щепселни сензори за температура и налягане и много други джаджи за сглобяване на идеалната ултразвукова настройка за вашия процес на екстракция.
Всички наши цифрови модели са оборудвани с интелигентен софтуер, който ви позволява да регулирате, наблюдавате и задавате параметри на извличане. Благодарение на прецизния контрол върху амплитудата, времето за ултразвук и работните цикли могат да бъдат постигнати оптимални резултати от процеса, като превъзходен добив и най-високо качество на екстракта. Автоматичното записване на данни за процеса на ултразвук е основата за стандартизация на процеса и възпроизводимост/повторяемост, които са необходими за добрите производствени практики (GMP).

Индустриалните ултразвукови процесори Hielscher Ultrasonics могат да осигурят много високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: