Ultrazvuková extrakce a její pracovní princip
Ultrazvuková extrakce je preferovanou technikou pro izolaci bioaktivních sloučenin z botaniky. Sonikace dosahuje úplné extrakce, a tím jsou vynikající výtěžky extraktu získány ve velmi krátké době extrakce. Vzhledem k tomu, že se jedná o tak účinnou extrakční metodu, je ultrazvuková extrakce nákladově a časově úsporná, přičemž výsledkem jsou vysoce kvalitní extrakty, které se používají pro potraviny, doplňky stravy a léčiva.
Ultrazvuková extrakce
Ultrazvuková extrakce se používá v potravinářském, výživovém a farmaceutickém průmyslu k uvolňování bioaktivních sloučenin, jako jsou vitamíny, polyfenoly, polysacharidy, kanabinoidy a další fytochemikálie z rostlin. Ultrazvukem asistovaná extrakce je založena na pracovním principu akustické nebo ultrazvukové kavitace.
- Vysoké výnosy
- Špičková kvalita
- Plnospektrální extrakty
- Rychlý proces
- Kompatibilní s jakýmkoli rozpouštědlem
- Snadná a bezpečná obsluha
- Lineární škálovatelnost
- Šetrný k životnímu prostředí
- Rychlá návratnost investic
Ultrazvuková sonda UP400St pro extrakci rostlinných sloučenin pro výrobu tinktur a botanických nálevů.
Jak funguje akustická kavitace?
Ultrazvukové extrakce je dosaženo, když jsou ultrazvukové vlny s vysokým výkonem, nízkou frekvencí spojeny do suspenze skládající se z botanického materiálu v rozpouštědle. Vysoce výkonné ultrazvukové vlny jsou do suspenze připojeny pomocí ultrazvukového procesoru typu sondy. Vysoce energetické ultrazvukové vlny se šíří kapalinou a vytvářejí střídavé vysokotlaké / nízkotlaké cykly, což má za následek jev akustické kavitace. Akustická nebo ultrazvuková kavitace vede lokálně k extrémním teplotám, tlakům, rychlostem ohřevu/chlazení, tlakovým rozdílům a vysokým smykovým silám v médiu. Když kavitační bubliny implodují na povrchu pevných látek (jako jsou částice, rostlinné buňky, tkáně atd.), mikrotrysky a interpartikulární srážky generují efekty, jako je odlupování povrchu, eroze, rozpad částic, sonoporace (perforace buněčných stěn a buněčných membrán) a narušení buněk. Imploze kavitačních bublin v kapalných médiích navíc vytváří makroturbulence a mikromíchání. Ultrazvukové ozařování představuje účinný způsob, jak zlepšit procesy přenosu hmoty, protože sonikace má za následek kavitaci a související mechanismy, jako je mikropohyb kapalinovými tryskami, komprese a dekomprese v materiálu s následným narušením buněčných stěn, stejně jako vysoké rychlosti zahřívání a chlazení.
Ultrazvukové přístroje typu sondy mohou generovat velmi vysoké amplitudy, což je nezbytné pro generování působivé kavitace. Hielscher Ultrasonic vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové extraktory, které mohou snadno vytvářet amplitudy 200 μm v nepřetržitém provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy nabízí Hielscher specifikované sonotrody (sondy) s vysokou amplitudou.
K zesílení kavitace se používají tlakové ultrazvukové reaktory a průtokové cely. Se zvyšujícími se tlaky se kavitace a kavitační smykové síly stávají destruktivnějšími a zlepšují se tím účinky ultrazvukové extrakce.
Ultrazvuková extrakce je založena na akustické kavitaci a jejích hydrodynamických smykových silách
Účinky ultrazvukové extrakce
Ultrazvukové narušení buněk a zvýšení přenosu hmoty
Ultrazvuk může napomáhat extrakčním procesům jak narušením buněk, tak zvýšením přenosu hmoty v mezní vrstvě obklopující pevnou matrici.
Sonoporace, perforace buněčných stěn a membrán, zvyšuje propustnost buněčných stěn a membrán a je často mezikrokem před úplným narušením buněk sonikací.
Mechanické účinky ultrazvukem indukované kavitace, jako jsou tepelné a tlakové rozdíly, rázové vlny, smykové síly, trysky kapaliny a mikroproudění, zesilují pronikání rozpouštědla do vnitřku článku a zlepšují přenos hmoty mezi buňkou a rozpouštědlem, takže mezibuněčné materiály jsou přeneseny do rozpouštědla.
Ultrazvuková extrakce z rostlinných buněk: mikroskopický příčný řez (TS) ukazuje mechanismus účinku při ultrazvukové extrakci z buněk (zvětšení 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvukový homogenizátor UIP2000hdT (2kW) s kontinuálně míchaným vsádkovým reaktorem
Ultrazvukové extrakční zařízení
Procesory Hielscher Ultrasonics jsou vysoce výkonné extrakční systémy, které jsou jednoduché a bezpečné na ovládání. V souladu s vaší surovinou, procesními kapacitami a výstupním cílem vám Hielscher nabízí nejvhodnější ultrasonicator. Naše produktové portfolio sahá od kompaktních, výkonných ručních ultrasonicators přes stolní systém až po plně průmyslové ultrazvukové jednotky schopné zpracovat několik tun za hodinu.
Hielscher Ultrazvukové extraktory mohou být použity pro dávkovou a kontinuální inline extrakci a mohou být použity v kombinaci s jakýmkoli rozpouštědlem.
K dispozici je různé příslušenství, jako jsou sonotrody (sondy) různých velikostí a tvarů, posilovací rohy, průtokové cely s různými objemy a geometriemi, zásuvné snímače teploty a tlaku a mnoho dalších pomůcek pro sestavení ideálního ultrazvukového nastavení pro váš extrakční proces.
Všechny naše digitální modely jsou vybaveny inteligentním softwarem, který umožňuje upravovat, sledovat a nastavovat parametry extrakce. Díky přesné kontrole amplitudy, doby sonikace a pracovních cyklů lze dosáhnout optimálních výsledků procesu, jako je vynikající výtěžnost a nejvyšší kvalita extraktu. Automatické zaznamenávání dat procesu sonikace jsou základem pro standardizaci procesu a reprodukovatelnost / opakovatelnost, které jsou vyžadovány pro správnou výrobní praxi (GMP).
Hielscher Ultrazvukové průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k pilot a industriální škála.
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.
Fakta, která stojí za to vědět
Botanické extrakty
Botanické extrakty jsou bioaktivní sloučeniny, které jsou izolovány z rostlinného materiálu, jako jsou byliny, květiny, listy, stonky, kořeny a další části rostlin. Bioaktivní sloučeniny, jako jsou vitamíny, antioxidanty, polyfenoly, polysacharidy, kanabinoidy a další rostlinné molekuly, se používají jako funkční potravinářské přísady, nutraceutika, kosmeceutika, léčiva i přírodní barviva.