Ultrazvučna ekstrakcija i njen princip rada
Ultrazvučna ekstrakcija je poželjna tehnika za izolaciju bioaktivnih spojeva iz biljaka. Sonikacijom se postiže potpuna ekstrakcija i time se postižu vrhunski prinosi ekstrakta u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije. Budući da je tako efikasna metoda ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija štedi troškove i vrijeme, dok rezultira visokokvalitetnim ekstraktima, koji se koriste za hranu, suplemente i lijekove.
ultrazvučna ekstrakcija
Ultrazvučna ekstrakcija se koristi u prehrambenoj, prehrambenoj i farmaceutskoj industriji za oslobađanje bioaktivnih spojeva kao što su vitamini, polifenoli, polisaharidi, kanabinoidi i druge fitokemikalije iz biljaka. Ekstrakcija uz pomoć ultrazvuka zasniva se na principu rada akustične ili ultrazvučne kavitacije.
- visoki prinosi
- Vrhunski kvalitet
- Ekstrakti punog spektra
- Brzi proces
- Kompatibilan sa bilo kojim rastvaračem
- jednostavan i siguran za rad
- linearnu skalabilnost
- ekološki prihvatljiv
- Fast RoI
Ultrazvučna sonda UP400St za ekstrakciju botaničkih jedinjenja za proizvodnju tinktura i botaničkih infuzija.
Kako funkcionira akustična kavitacija?
Ultrazvučna ekstrakcija se postiže kada se ultrazvučni talasi velike snage, niske frekvencije spoje u kašu koja se sastoji od botaničkog materijala u rastvaraču. Ultrazvučni talasi velike snage se spajaju preko ultrazvučnog procesora tipa sonde u kašu. Visokoenergetski ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost stvarajući naizmenične cikluse visokog/niskog pritiska, što rezultira fenomenom akustične kavitacije. Akustična ili ultrazvučna kavitacija lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, pritisaka, brzina grijanja/hlađenja, razlika tlaka i visokih sila smicanja u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini čvrstih tvari (kao što su čestice, biljne stanice, tkiva itd.), mikro-mlaznice i međučestični sudar stvaraju efekte kao što su površinsko ljuštenje, erozija, razbijanje čestica, sonoporacija (perforacija ćelijskih zidova i ćelijskih membrana ) i poremećaj ćelija. Dodatno, implozija kavitacijskih mjehurića u tekućim medijima stvara makro-turbulencije i mikro-miješanje. Ultrazvučno zračenje predstavlja efikasan način da se poboljšaju procesi prijenosa mase, budući da sonikacija rezultira kavitacijom i povezanim mehanizmima kao što su mikro kretanje mlazovima tekućine, kompresija i dekompresija u materijalu s naknadnim razbijanjem ćelijskih zidova, kao i visokim zagrijavanjem i stope hlađenja.
Ultrasonikatori tipa sonde mogu generirati vrlo velike amplitude, što je neophodno za stvaranje udarne kavitacije. Hielscher Ultrasonic proizvodi ultrazvučne ekstraktore visokih performansi, koji lako mogu stvoriti amplitude od 200 µm u kontinuiranom radu 24 sata dnevno. Za još veće amplitude, Hielscher nudi određene sonotrode (sonde) visoke amplitude.
Ultrazvučni reaktori pod pritiskom i protočne ćelije se koriste za intenziviranje kavitacije. S povećanjem pritiska, kavitacija i kavitacijske posmične sile postaju destruktivnije i time poboljšavaju efekte ultrazvučne ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija se zasniva na akustičnoj kavitaciji i njenim hidrodinamičkim silama smicanja
Efekti ultrazvučne ekstrakcije
Ultrazvučni poremećaj ćelije i povećanje prijenosa mase
Ultrazvuk može pomoći procesima ekstrakcije kako putem prekida ćelija tako i povećanjem prijenosa mase u graničnom sloju koji okružuje čvrsti matriks.
Sonoporacija, perforacija ćelijskih zidova i membrana, poboljšava propusnost ćelijskih zidova i membrana i često je međukorak prije nego što se ćelije potpuno razbiju ultrazvukom.
Mehanički učinci kavitacije izazvane ultrazvukom, kao što su razlike u toplini i tlaku, udarni valovi, posmične sile, mlazovi tekućine i mikro strujanje, intenziviraju prodiranje rastvarača u unutrašnjost ćelije i poboljšavaju prijenos mase između ćelije i rastvarača tako da međućelijski materijali se prenose u rastvarač.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih ćelija: mikroskopski poprečni presek (TS) pokazuje mehanizam delovanja tokom ultrazvučne ekstrakcije iz ćelija (uvećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]
ultrazvučni homogenizator UIP2000hdT (2kW) sa šaržnim reaktorom koji se kontinuirano miješa
Ultrazvučna oprema za ekstrakciju
Hielscher Ultrasonics procesori su sistemi za ekstrakciju visokih performansi, koji su jednostavni i sigurni za rad. U skladu sa vašim sirovinama, procesnim kapacitetima i izlaznim ciljem, Hielscher vam nudi najprikladniji ultrasonikator. Naš portfelj proizvoda se kreće od kompaktnih, moćnih ručnih ultrazvučnih aparata preko stolnog sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih jedinica koje mogu obraditi nekoliko tona na sat.
Hielscher Ultrasonics ekstraktori se mogu koristiti za šaržnu i kontinuiranu inline ekstrakciju i mogu se koristiti u kombinaciji sa bilo kojim otapalom.
Dostupni su različiti dodaci kao što su sonotrode (sonde) različitih veličina i oblika, buster rogovi, protočne ćelije različitih zapremina i geometrija, senzori temperature i pritiska koji se mogu priključiti i mnogi drugi uređaji za sastavljanje idealnog ultrazvučnog podešavanja za vaš proces ekstrakcije.
Svi naši digitalni modeli opremljeni su inteligentnim softverom koji vam omogućava da prilagodite, nadgledate i postavite parametre ekstrakcije. Zbog precizne kontrole amplitude, vremena obrade ultrazvukom i radnih ciklusa, mogu se postići optimalni rezultati procesa kao što su vrhunski prinos i najviši kvalitet ekstrakta. Automatsko snimanje podataka procesa ultrazvuka je osnova za standardizaciju procesa i reproducibilnost/ponovljivost, koji su potrebni za dobru proizvodnu praksu (GMP).
Hielscher Ultrasonics industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od lab to pilot i industrijski skala.
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.
Činjenice koje vrijedi znati
botanički ekstrakti
Botanički ekstrakti su bioaktivna jedinjenja koja se izoluju iz biljnog materijala kao što su bilje, cvijeće, lišće, stabljika, korijenje i drugi biljni dijelovi. Bioaktivna jedinjenja kao što su vitamini, antioksidansi, polifenoli, polisaharidi, kanabinoidi i drugi biljni molekuli koriste se kao funkcionalni aditivi za hranu, nutraceutici, kozmetici, farmaceutski proizvodi kao i prirodne boje.