Ultralydsekstraktion og dens funktionsprincip

Ultralydsekstraktion er den foretrukne teknik til at isolere bioaktive forbindelser fra plantemateriale. Sonikering giver en fuldstændig ekstraktion, og dermed opnås overlegne ekstraktudbytter på meget kort ekstraktionstid. Som en så effektiv ekstraktionsmetode sparer ultralydsekstraktion både omkostninger og tid og giver samtidig ekstrakter af høj kvalitet, som anvendes i fødevarer, kosttilskud og lægemidler.

Ultralydsekstraktion

Ultralydsekstraktion anvendes i fødevare-, kosttilskuds- og lægemiddelindustrien til at frigøre bioaktive forbindelser såsom vitaminer, polyfenoler, polysakkarider, cannabinoider og andre fytokemikalier fra plantemateriale. Den ultralydsassisterede ekstraktion er baseret på funktionsprincippet for akustisk kavitation eller ultralydskavitation.

Hvordan virker akustisk kavitation?

Ultralydsekstraktion opnås, når ultralydsbølger med høj effekt og lav frekvens kobles ind i en opslæmning bestående af plantemateriale i et opløsningsmiddel. Ultralydsbølger med høj effekt kobles ind i opslæmningen via en ultralydsprocessor af sondetypen. Ultralydsbølger med høj energi bevæger sig gennem væsken og skaber skiftende højtryks- / lavtrykscyklusser, hvilket resulterer i fænomenet akustisk kavitation. Akustisk kavitation eller ultralydskavitation fører lokalt til ekstreme temperaturer, tryk, opvarmnings-/afkølingshastigheder, trykforskelle og høje forskydningskræfter i mediet. Når kavitationsbobler imploderer på overfladen af faste stoffer (såsom partikler, planteceller, væv osv.), skaber mikrostråler og kollisioner mellem partikler effekter såsom afskalning af overfladen, erosion, nedbrydning af partikler, sonoporation (perforering af cellevægge og cellemembraner) og celledisruption. Derudover skaber implosionen af kavitationsbobler i flydende medier makroturbulens og mikroblanding. Ultralydsbestråling er en effektiv måde at forbedre masseoverførselsprocesser på, da sonikering resulterer i kavitation og de dermed forbundne mekanismer såsom mikrobevægelser forårsaget af væskestråler, kompression og dekompression i materialet med efterfølgende nedbrydning af cellevægge samt høje opvarmnings- og afkølingshastigheder.
Ultralydsapparater af sondetypen kan generere meget høje amplituder, hvilket er nødvendigt for at generere kraftig kavitation. Hielscher Ultrasonic fremstiller højtydende ultralydsekstraktorer, som nemt kan skabe amplituder på 200µm ved kontinuerlig drift 24/7. Til endnu højere amplituder tilbyder Hielscher specificerede sonotroder (sonder) med høj amplitude.
Ultralydsreaktorer og flowceller, der kan sættes under tryk, anvendes til at intensivere kavitationen. Med stigende tryk bliver kavitationen og de kavitationsbetingede forskydningskræfter mere destruktive og forbedrer dermed ultralydsekstraktionens virkninger.

Ultralydsekstraktion er baseret på akustisk kavitation og dens hydrodynamiske forskydningskræfter

Virkninger af ultralydsekstraktion

Celledisruption med ultralyd og øget masseoverførsel
Ultralyd kan understøtte ekstraktionsprocesser både gennem celledisruption og ved at forbedre masseoverførslen i grænselaget omkring den faste matrix.
Sonoporation, perforering af cellevægge og membraner, øger cellevæggenes og membranernes permeabilitet og er ofte et mellemtrin, før cellerne nedbrydes fuldstændigt ved sonikering.
De mekaniske virkninger af ultralydsinduceret kavitation, såsom varme- og trykforskelle, chokbølger, forskydningskræfter, væskestråler og mikrostrømninger, intensiverer opløsningsmidlets indtrængning i cellens indre og forbedrer masseoverførslen mellem celle og opløsningsmiddel, så de intercellulære materialer overføres til opløsningsmidlet.

Ultralydsekstraktion fra planteceller: Det mikroskopiske tværsnit (TS) viser virkningsmekanismen under ultralydsekstraktion fra celler (forstørrelse 2000x) [kilde: Vilkhu et al. 2011]

Udstyr til ultralydsekstraktion

Processorer fra Hielscher Ultrasonics er højtydende ekstraktionssystemer, som er nemme og sikre at betjene. Afhængigt af din råvare, proceskapacitet og dit produktionsmål tilbyder Hielscher dig det bedst egnede ultralydsapparat. Vores produktportefølje spænder fra kompakte, kraftige håndholdte ultralydsapparater over bordmodeller til ultralydsenheder til fuld industriel drift, der kan behandle flere tons i timen.
Ekstraktorer fra Hielscher Ultrasonics kan anvendes til batchvis og kontinuerlig inline-ekstraktion og kan bruges i kombination med ethvert opløsningsmiddel.
Forskelligt tilbehør såsom sonotroder (sonder) i forskellige størrelser og former, amplitudeforstærkende horn, flowceller med forskellige volumener og geometrier, tilslutningsbare temperatur- og tryksensorer samt mange andre tilbehørsdele er tilgængelige til at sammensætte den ideelle ultralydsopstilling til din ekstraktionsproces.
Alle vores digitale modeller er udstyret med intelligent software, som giver dig mulighed for at justere, overvåge og indstille ekstraktionsparametre. Takket være den præcise styring af amplitude, sonikeringstid og driftscyklusser kan der opnås optimale procesresultater såsom overlegent udbytte og den højeste ekstraktkvalitet. Den automatiske dataregistrering af sonikeringsprocessen danner grundlag for processtandardisering og reproducerbarhed / repeterbarhed, som kræves i henhold til god fremstillingspraksis (GMP).

Industrielle ultralydsprocessorer fra Hielscher Ultrasonics kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200µm kan nemt opretholdes kontinuerligt ved drift 24/7. Til endnu højere amplituder fås specialtilpassede ultralydssonotroder. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr muliggør drift 24/7 under kraftig belastning og i krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: