Ultrazvuková extrakce a její princip fungování
Ultrazvuková extrakce je preferovanou technikou pro izolaci bioaktivních látek z rostlinných materiálů. Sonikace dosahuje úplné extrakce, a tím se ve velmi krátké době extrakce získávají vynikající výtěžky extraktu. Jako takto účinná extrakční metoda šetří ultrazvuková extrakce náklady i čas a zároveň poskytuje vysoce kvalitní extrakty, které se používají pro potraviny, doplňky stravy a léčiva.
Ultrazvuková extrakce
Ultrazvuková extrakce se používá v potravinářském a farmaceutickém průmyslu a v průmyslu doplňků stravy k uvolňování bioaktivních látek, jako jsou vitaminy, polyfenoly, polysacharidy, kanabinoidy a další fytochemikálie, z rostlinných materiálů. Ultrazvukem asistovaná extrakce je založena na principu akustické neboli ultrazvukové kavitace.
- Vysoké výtěžky
- Vynikající kvalita
- Extrakty s plným spektrem
- Rychlý proces
- Kompatibilita s jakýmkoli rozpouštědlem
- Snadná a bezpečná obsluha
- Lineární škálovatelnost
- Šetrnost k životnímu prostředí
- Rychlá návratnost investice (RoI)
Ultrazvuková sonda UP400St k extrakci rostlinných látek pro výrobu tinktur a rostlinných nálevů.
Jak funguje akustická kavitace?
Ultrazvukové extrakce se dosahuje, když jsou vysoce výkonné nízkofrekvenční ultrazvukové vlny přenášeny do suspenze tvořené rostlinným materiálem v rozpouštědle. Vysoce výkonné ultrazvukové vlny jsou do suspenze přenášeny pomocí ultrazvukového procesoru se sondou. Vysoce energetické ultrazvukové vlny se šíří kapalinou a vytvářejí střídavé cykly vysokého a nízkého tlaku, což vede k jevu akustické kavitace. Akustická neboli ultrazvuková kavitace vede v médiu lokálně k extrémním teplotám, tlakům, rychlostem ohřevu/chlazení, tlakovým rozdílům a vysokým smykovým silám. Když kavitační bubliny implodují na povrchu pevných látek (např. částic, rostlinných buněk, tkání atd.), mikroproudy a srážky mezi částicemi vyvolávají efekty, jako je olupování povrchu, eroze, rozpad částic, sonoporace (perforace buněčných stěn a buněčných membrán) a dezintegrace buněk. Imploze kavitačních bublin v kapalných médiích navíc vytváří makroturbulence a mikromísení. Ultrazvukové ozařování představuje účinný způsob, jak zintenzivnit procesy přenosu hmoty, protože sonikace vede ke kavitaci a k souvisejícím mechanismům, jako jsou mikropohyby vyvolané proudy kapaliny, komprese a dekomprese v materiálu s následným narušením buněčných stěn, a také vysoké rychlosti ohřevu a chlazení.
Sonikátory se sondou dokážou generovat velmi vysoké amplitudy, které jsou nezbytné pro vznik účinné kavitace. Hielscher Ultrasonic vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové extraktory, které snadno dosahují amplitud 200µm v nepřetržitém provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy nabízí Hielscher speciální vysokoamplitudové sonotrody (sondy).
Ke zintenzivnění kavitace se používají ultrazvukové reaktory a průtokové cely, které lze natlakovat. S rostoucím tlakem se kavitace a kavitační smykové síly stávají destruktivnějšími, a tím zlepšují účinky ultrazvukové extrakce.
Ultrazvuková extrakce je založena na akustické kavitaci a jejích hydrodynamických smykových silách
Účinky ultrazvukové extrakce
Ultrazvuková dezintegrace buněk a zvýšení přenosu hmoty
Ultrazvuk může podporovat extrakční procesy jak prostřednictvím dezintegrace buněk, tak zintenzivněním přenosu hmoty v hraniční vrstvě obklopující pevnou matrici.
Sonoporace, tj. perforace buněčných stěn a membrán, zvyšuje propustnost buněčných stěn a membrán a často představuje mezikrok předtím, než jsou buňky sonikací zcela dezintegrovány.
Mechanické účinky kavitace vyvolané ultrazvukem, jako jsou teplotní a tlakové rozdíly, rázové vlny, smykové síly, proudy kapaliny a mikroproudění, zintenzivňují pronikání rozpouštědla do nitra buněk a zlepšují přenos hmoty mezi buňkou a rozpouštědlem, takže mezibuněčné látky přecházejí do rozpouštědla.
Ultrazvuková extrakce z rostlinných buněk: mikroskopický příčný řez (TS) ukazuje mechanismy působení během ultrazvukové extrakce z buněk (zvětšení 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvukový homogenizátor UIP2000hdT (2kW) s kontinuálně míchaným vsádkovým reaktorem
Zařízení pro ultrazvukovou extrakci
Procesory Hielscher Ultrasonics jsou vysoce výkonné extrakční systémy, jejichž obsluha je jednoduchá a bezpečná. V závislosti na vaší surovině, procesních kapacitách a cílovém výstupu vám Hielscher nabídne nejvhodnější sonikátor. Naše produktové portfolio sahá od kompaktních, výkonných ručních sonikátorů přes stolní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové jednotky schopné zpracovat několik tun za hodinu.
Extraktory Hielscher Ultrasonics lze použít pro vsádkovou i kontinuální inline extrakci, a to v kombinaci s jakýmkoli rozpouštědlem.
K sestavení ideální ultrazvukové sestavy pro váš extrakční proces je k dispozici celá řada příslušenství, jako jsou sonotrody (sondy) různých velikostí a tvarů, boostery (zesilovače amplitudy), průtokové cely s různými objemy a geometriemi, připojitelné snímače teploty a tlaku a mnoho dalších doplňků.
Všechny naše digitální modely jsou vybaveny inteligentním softwarem, který vám umožňuje upravovat, monitorovat a nastavovat parametry extrakce. Díky přesnému řízení amplitudy, doby sonikace a pracovních cyklů lze dosáhnout optimálních výsledků procesu, jako je vynikající výtěžek a nejvyšší kvalita extraktu. Automatický záznam dat procesu sonikace je základem standardizace procesu a reprodukovatelnosti / opakovatelnosti, které jsou vyžadovány pro správnou výrobní praxi (GMP).
Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážou poskytovat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno udržovat v nepřetržitém provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukových zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů:
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr zařízení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorního po pilotní a průmyslové měřítko.
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 znát
Rostlinné extrakty
Rostlinné extrakty jsou bioaktivní látky, které se izolují z rostlinného materiálu, jako jsou byliny, květy, listy, stonky, kořeny a další části rostlin. Bioaktivní látky, jako jsou vitaminy, antioxidanty, polyfenoly, polysacharidy, kanabinoidy a další rostlinné molekuly, se používají jako funkční potravinářská aditiva, nutraceutika, kosmeceutika, léčiva a také jako přírodní barviva.