Ultrazvučna ekstrakcija i princip njenog rada
Ultrazvučna ekstrakcija je preferirana tehnika za izolaciju bioaktivnih spojeva iz biljnih materijala. Ultrazvučna obrada (sonikacija) postiže potpunu ekstrakciju, pa se tako u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije dobijaju superiorni prinosi ekstrakta. Budući da je riječ o tako efikasnoj metodi ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija štedi troškove i vrijeme, a istovremeno daje visokokvalitetne ekstrakte koji se koriste za hranu, dodatke prehrani i farmaceutske proizvode.
Ultrazvučna ekstrakcija
Ultrazvučna ekstrakcija koristi se u industriji hrane, dodataka prehrani i farmaceutskoj industriji za oslobađanje bioaktivnih spojeva, kao što su vitamini, polifenoli, polisaharidi, kanabinoidi i drugi fitokemijski spojevi, iz biljnih materijala. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom zasniva se na principu rada akustične ili ultrazvučne kavitacije.
- Visoki prinosi
- Vrhunski kvalitet
- Ekstrakti punog spektra
- Brz proces
- Kompatibilno s bilo kojim otapalom
- Jednostavno i sigurno za rukovanje
- Linearna skalabilnost
- Ekološki prihvatljivo
- Brz povrat investicije (RoI)
Ultrazvučna sonda UP400St za ekstrakciju biljnih spojeva za proizvodnju tinktura i biljnih infuzija.
Kako funkcioniše akustična kavitacija?
Ultrazvučna ekstrakcija postiže se kada se ultrazvučni talasi visoke snage i niske frekvencije uvode u suspenziju koja se sastoji od biljnog materijala u otapalu. Ultrazvučni talasi visoke snage uvode se u suspenziju putem ultrazvučnog procesora sondnog tipa. Visokoenergetski ultrazvučni talasi prolaze kroz tečnost i stvaraju naizmjenične cikluse visokog i niskog pritiska, što dovodi do pojave akustične kavitacije. Akustična ili ultrazvučna kavitacija lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, pritisaka, brzina zagrijavanja/hlađenja, razlika pritisaka i visokih smičnih sila u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini čvrstih tvari (kao što su čestice, biljne ćelije, tkiva itd.), mikromlazevi i sudari između čestica izazivaju efekte kao što su ljuštenje površine, erozija, razgradnja čestica, sonoporacija (perforacija ćelijskih zidova i ćelijskih membrana) i razgradnja ćelija. Osim toga, implozija kavitacijskih mjehurića u tečnim medijima stvara makroturbulencije i mikromiješanje. Ultrazvučno zračenje predstavlja efikasan način za pojačavanje procesa prijenosa mase, budući da ultrazvučna obrada (sonikacija) dovodi do kavitacije i s njom povezanih mehanizama, kao što su mikrokretanje uzrokovano tečnim mlazevima, kompresija i dekompresija u materijalu s posljedičnim razaranjem ćelijskih zidova, kao i visoke brzine zagrijavanja i hlađenja.
Ultrazvučni uređaji sondnog tipa mogu generisati vrlo visoke amplitude, što je neophodno za stvaranje djelotvorne kavitacije. Hielscher Ultrasonic proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne ekstraktore koji lako mogu postići amplitude od 200µm u neprekidnom radu 24/7. Za još više amplitude Hielscher nudi posebne sonotrode (sonde) visoke amplitude.
Ultrazvučni reaktori i protočne ćelije koji se mogu staviti pod pritisak koriste se za pojačavanje kavitacije. S porastom pritiska kavitacija i kavitacijske smične sile postaju razornije i time poboljšavaju efekte ultrazvučne ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija zasniva se na akustičnoj kavitaciji i njenim hidrodinamičkim smičnim silama
Efekti ultrazvučne ekstrakcije
Ultrazvučna razgradnja ćelija i povećanje prijenosa mase
Ultrazvuk može potpomoći procese ekstrakcije kako razgradnjom ćelija, tako i pojačavanjem prijenosa mase u graničnom sloju koji okružuje čvrstu matricu.
Sonoporacija, perforacija ćelijskih zidova i membrana, povećava propusnost ćelijskih zidova i membrana i često je međukorak prije nego što se ćelije potpuno razgrade ultrazvučnom obradom (sonikacijom).
Mehanički efekti kavitacije izazvane ultrazvukom, kao što su razlike u temperaturi i pritisku, udarni talasi, smične sile, tečni mlazevi i mikrostrujanje, pojačavaju prodiranje otapala u unutrašnjost ćelije i poboljšavaju prijenos mase između ćelije i otapala, tako da se međućelijski materijali prenose u otapalo.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih ćelija: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tokom ultrazvučne ekstrakcije iz ćelija (uvećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvučni homogenizator UIP2000hdT (2kW) s kontinuirano miješanim šaržnim reaktorom
Oprema za ultrazvučnu ekstrakciju
Procesori Hielscher Ultrasonics visokoučinkoviti su sistemi za ekstrakciju, koji su jednostavni i sigurni za rukovanje. U zavisnosti od vaše sirovine, procesnih kapaciteta i ciljanog izlaza, Hielscher vam nudi najprikladniji ultrazvučni uređaj. Naš asortiman proizvoda obuhvata kompaktne, snažne ručne ultrazvučne uređaje, stolne sisteme i potpuno industrijske ultrazvučne jedinice sposobne za obradu nekoliko tona na sat.
Ekstraktori Hielscher Ultrasonics mogu se koristiti za šaržnu i kontinuiranu inline ekstrakciju te se mogu koristiti u kombinaciji s bilo kojim otapalom.
Dostupni su različiti dodaci, kao što su sonotrode (sonde) različitih veličina i oblika, booster rogovi, protočne ćelije različitih zapremina i geometrija, priključivi senzori temperature i pritiska i mnoga druga pomagala za sastavljanje idealne ultrazvučne konfiguracije za vaš proces ekstrakcije.
Svi naši digitalni modeli opremljeni su inteligentnim softverom koji vam omogućava da podešavate, nadzirete i postavljate parametre ekstrakcije. Zahvaljujući preciznoj kontroli amplitude, trajanja ultrazvučne obrade (sonikacije) i radnih ciklusa mogu se postići optimalni rezultati procesa, kao što su superiorni prinos i najviši kvalitet ekstrakta. Automatsko bilježenje podataka o procesu ultrazvučne obrade (sonikacije) osnova je za standardizaciju procesa i reproducibilnost / ponovljivost, koje su neophodne za dobru proizvođačku praksu (GMP).
Industrijski ultrazvučni procesori Hielscher Ultrasonics mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako neprekidno održavati u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost opreme Hielscher za ultrazvuk omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Tabela u nastavku daje vam orijentacijski pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Zapremina šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori visoke snage od laboratorijskog do pilot i industrijskog mjerila.
Literatura / Reference
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
Zanimljive činjenice
Biljni ekstrakti
Biljni ekstrakti su bioaktivni spojevi izolirani iz biljnog materijala, kao što su ljekovito bilje, cvjetovi, listovi, stabljike, korijenje i drugi dijelovi biljke. Bioaktivni spojevi, kao što su vitamini, antioksidansi, polifenoli, polisaharidi, kanabinoidi i drugi biljni molekuli, koriste se kao funkcionalni aditivi za hranu, nutraceutici, kozmeceutici, farmaceutski proizvodi, kao i prirodne boje.