Ultralydsekstraktion og dets arbejdsprincip

Ultralydsekstraktion er den foretrukne teknik til at isolere bioaktive forbindelser fra botaniske stoffer. Sonikering opnår en komplet ekstraktion, og derved opnås overlegne ekstraktudbytter i en meget kort ekstraktionstid. At være en så effektiv ekstraktionsmetode er ultralydsekstraktion omkostnings- og tidsbesparende, samtidig med at det resulterer i ekstrakter af høj kvalitet, der bruges til mad, kosttilskud og lægemidler.

ultralyd ekstraktion

Ultralydsekstraktion bruges i fødevare-, kosttilskuds- og farmaceutisk industri til at frigive bioaktive forbindelser såsom vitaminer, polyfenoler, polysaccharider, cannabinoider og andre fytokemikalier fra botaniske stoffer. Den ultralydsassisterede ekstraktion er baseret på arbejdsprincippet for akustisk eller ultralydskavitation.

Hvordan fungerer akustisk kavitation?

Ultralydsekstraktion opnås, når højeffekt, lavfrekvente ultralydbølger kobles til en opslæmning bestående af botanisk materiale i et opløsningsmiddel. Ultralydsbølger med høj effekt kobles via en sonde-type ultralydsprocessor ind i gyllen. Meget energiske ultralydsbølger bevæger sig gennem væsken og skaber skiftende højtryks- / lavtrykscyklusser, hvilket resulterer i fænomenet akustisk kavitation. Akustisk eller ultralydskavitation fører lokalt til ekstreme temperaturer, tryk, opvarmnings-/kølehastigheder, trykforskelle og høje forskydningskræfter i mediet. Når kavitationsbobler imploderer på overfladen af faste stoffer (såsom partikler, planteceller, væv osv.), genererer mikrostråler og interpartiklulær kollision effekter såsom overfladeafskalning, erosion, partikelnedbrydning, sonoporation (perforering af cellevægge og cellemembraner) og celleforstyrrelse. Derudover skaber implosionen af kavitationsbobler i flydende medier makroturbulenser og mikroblanding. Ultralydbestråling repræsenterer en effektiv måde at forbedre masseoverførselsprocesser på, da sonikering resulterer i kavitation og dens relaterede mekanismer, såsom mikrobevægelse af væskestråler, kompression og dekompression i materialet med den efterfølgende forstyrrelse af cellevægge samt høje opvarmnings- og kølehastigheder.
Sonde-type ultralydapparater kan generere meget høje amplituder, hvilket er nødvendigt for at generere virkningsfuld kavitation. Hielscher Ultrasonic fremstiller højtydende ultralydsekstraktorer, som let kan skabe amplituder på 200 μm i kontinuerlig 24/7 drift. For endnu højere amplituder tilbyder Hielscher specificerede sonotroder (sonder med høj amplitude).
Tryksatte ultralydsreaktorer og flowceller bruges til at intensivere kavitationen. Med stigende tryk bliver kavitation og kavitationelle forskydningskræfter mere destruktive og forbedrer derved ultralydsekstraktionseffekterne.

Ultralydsekstraktion er baseret på akustisk kavitation og dens hydrodynamiske forskydningskræfter

Virkninger af ultralydsekstraktion

Ultralydscelleforstyrrelse og stigning i masseoverførsel
Ultralyd kan hjælpe ekstraktionsprocesser både gennem celleforstyrrelse og ved at forbedre masseoverførslen i grænselaget omkring den faste matrix.
Sonoporation, perforeringen af cellevægge og membraner, forbedrer permeabiliteten af cellevæggene og membranerne og er ofte et mellemtrin, før celler forstyrres fuldstændigt ved sonikering.
De mekaniske virkninger af ultralydsinduceret kavitation, såsom varme- og trykforskelle, chokbølger, forskydningskræfter, væskestråler og mikrostreaming, 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) [ressource: Vilkhu et al. 2011]

ultralydsekstraktionsudstyr

Hielscher Ultrasonics-processorer er højtydende ekstraktionssystemer, som er enkle og sikre at betjene. I overensstemmelse med dit råmateriale, proceskapaciteter og outputmål tilbyder Hielscher dig den bedst egnede ultralydsapparat. Vores produktportefølje spænder fra kompakte, kraftfulde håndholdte ultralydsapparater over bænk-top-system til fuldt industrielle ultralydsenheder, der er i stand til at behandle flere tons i timen.
Hielscher Ultrasonics ekstraktorer kan bruges til batch og kontinuerlig inline ekstraktion og kan bruges i kombination med ethvert opløsningsmiddel.
Forskelligt tilbehør såsom sonotroder (sonder) i forskellige størrelser og former, boosterhorn, flowceller med forskellige volumener og geometrier, tilsluttelige temperatur- og tryksensorer og mange andre gadgets er tilgængelige for at samle den ideelle ultralydsopsætning til din ekstraktionsproces.
Alle vores digitale modeller er udstyret med intelligent software, som giver dig mulighed for at justere, overvåge og indstille udsugningsparametre. På grund af den præcise kontrol over amplitude, sonikeringstid og driftscyklusser kan der opnås optimale procesresultater såsom overlegent udbytte og højeste ekstraktkvalitet. Den automatiske dataregistrering af sonikeringsprocessen er grundlaget for processtandardisering og reproducerbarhed / repeterbarhed, som er påkrævet for god fremstillingspraksis (GMP).

Hielscher Ultrasonics industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielscher ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og i krævende miljøer.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: