Εκχύλιση με υπερήχους και η αρχή λειτουργίας της
Η εκχύλιση με υπερήχους είναι η προτιμώμενη τεχνική για την απομόνωση βιοδραστικών ενώσεων από φυτικές ύλες. Η κατεργασία με υπερήχους επιτυγχάνει πλήρη εκχύλιση και, συνεπώς, ανώτερες αποδόσεις εκχυλίσματος σε πολύ σύντομο χρόνο εκχύλισης. Ως τόσο αποτελεσματική μέθοδος εκχύλισης, η εκχύλιση με υπερήχους εξοικονομεί κόστος και χρόνο, ενώ παράλληλα παράγει εκχυλίσματα υψηλής ποιότητας, τα οποία χρησιμοποιούνται σε τρόφιμα, συμπληρώματα και φαρμακευτικά προϊόντα.
Εκχύλιση με υπερήχους
Η εκχύλιση με υπερήχους χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων, συμπληρωμάτων διατροφής και φαρμακευτικών προϊόντων για την απελευθέρωση βιοδραστικών ενώσεων, όπως βιταμίνες, πολυφαινόλες, πολυσακχαρίτες, κανναβινοειδή και άλλες φυτοχημικές ουσίες, από φυτικές ύλες. Η εκχύλιση με υποβοήθηση υπερήχων βασίζεται στην αρχή λειτουργίας της ακουστικής σπηλαίωσης ή σπηλαίωσης υπερήχων.
- Υψηλές αποδόσεις
- Ανώτερη ποιότητα
- Εκχυλίσματα πλήρους φάσματος
- Ταχεία διεργασία
- Συμβατή με οποιονδήποτε διαλύτη
- Εύκολη και ασφαλής λειτουργία
- Γραμμική δυνατότητα κλιμάκωσης
- Φιλική προς το περιβάλλον
- Ταχεία απόδοση της επένδυσης
Ακροδέκτης υπερήχων UP400St για την εκχύλιση φυτικών ενώσεων για την παραγωγή βαμμάτων και φυτικών εγχυμάτων.
Πώς λειτουργεί η ακουστική σπηλαίωση;
Η εκχύλιση με υπερήχους επιτυγχάνεται όταν κύματα υπερήχων υψηλής ισχύος και χαμηλής συχνότητας μεταδίδονται σε ένα αιώρημα που αποτελείται από φυτική ύλη σε διαλύτη. Τα κύματα υπερήχων υψηλής ισχύος μεταδίδονται στο αιώρημα μέσω ενός επεξεργαστή υπερήχων με ακροδέκτη. Τα κύματα υπερήχων υψηλής ενέργειας διαδίδονται μέσα στο υγρό, δημιουργώντας εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής / χαμηλής πίεσης, με αποτέλεσμα το φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Η ακουστική σπηλαίωση ή σπηλαίωση υπερήχων προκαλεί τοπικά ακραίες θερμοκρασίες, πιέσεις, ρυθμούς θέρμανσης/ψύξης, διαφορές πίεσης και υψηλές δυνάμεις διάτμησης στο μέσο. Όταν οι φυσαλίδες σπηλαίωσης καταρρέουν στην επιφάνεια στερεών (όπως σωματίδια, φυτικά κύτταρα, ιστοί κ.λπ.), οι μικροπίδακες και οι συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων προκαλούν φαινόμενα όπως επιφανειακή απολέπιση, διάβρωση, κατακερματισμό σωματιδίων, ηχοδιάτρηση (διάτρηση των κυτταρικών τοιχωμάτων και των κυτταρικών μεμβρανών) και κυτταρική διάρρηξη. Επιπλέον, η κατάρρευση των φυσαλίδων σπηλαίωσης σε υγρά μέσα δημιουργεί μακροσκοπικούς στροβιλισμούς και μικροανάμειξη. Η ακτινοβόληση με υπερήχους αποτελεί αποτελεσματικό τρόπο ενίσχυσης των διεργασιών μεταφοράς μάζας, καθώς η κατεργασία με υπερήχους προκαλεί σπηλαίωση και τους συναφείς μηχανισμούς της, όπως μικροκινήσεις από πίδακες υγρού, συμπίεση και αποσυμπίεση του υλικού με επακόλουθη διάρρηξη των κυτταρικών τοιχωμάτων, καθώς και υψηλούς ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης.
Οι συσκευές υπερήχων με ακροδέκτη μπορούν να παράγουν πολύ μεγάλα πλάτη ταλάντωσης, κάτι που είναι απαραίτητο για τη δημιουργία ισχυρής σπηλαίωσης. Η Hielscher Ultrasonic κατασκευάζει εκχυλιστές υπερήχων υψηλής απόδοσης, οι οποίοι μπορούν εύκολα να δημιουργούν πλάτη ταλάντωσης 200µm σε συνεχή λειτουργία 24/7. Για ακόμη μεγαλύτερα πλάτη ταλάντωσης, η Hielscher προσφέρει ειδικά ηχοτρόδια (ακροδέκτες) μεγάλου πλάτους ταλάντωσης.
Για την ενίσχυση της σπηλαίωσης χρησιμοποιούνται αντιδραστήρες υπερήχων και κυψελίδες ροής που μπορούν να λειτουργούν υπό πίεση. Με την αύξηση της πίεσης, η σπηλαίωση και οι δυνάμεις διάτμησης που προκαλεί γίνονται πιο καταστροφικές, βελτιώνοντας έτσι τα αποτελέσματα της εκχύλισης με υπερήχους.
Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στην ακουστική σπηλαίωση και στις υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης που προκαλεί
Επιδράσεις της εκχύλισης με υπερήχους
Κυτταρική διάρρηξη με υπερήχους και αύξηση της μεταφοράς μάζας
Οι υπέρηχοι μπορούν να υποβοηθήσουν τις διεργασίες εκχύλισης τόσο μέσω της κυτταρικής διάρρηξης όσο και μέσω της ενίσχυσης της μεταφοράς μάζας στην οριακή στιβάδα που περιβάλλει τη στερεή μήτρα.
Η ηχοδιάτρηση, δηλαδή η διάτρηση των κυτταρικών τοιχωμάτων και μεμβρανών, ενισχύει τη διαπερατότητα των κυτταρικών τοιχωμάτων και μεμβρανών και αποτελεί συχνά ενδιάμεσο στάδιο πριν από την πλήρη διάρρηξη των κυττάρων με κατεργασία με υπερήχους.
Οι μηχανικές επιδράσεις της σπηλαίωσης που προκαλείται από υπερήχους, όπως οι διαφορές θερμοκρασίας και πίεσης, τα κρουστικά κύματα, οι δυνάμεις διάτμησης, οι πίδακες υγρού και οι μικροροές, εντείνουν τη διείσδυση του διαλύτη στο εσωτερικό του κυττάρου και βελτιώνουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ κυττάρου και διαλύτη, ώστε τα μεσοκυττάρια υλικά να μεταφέρονται στον διαλύτη.
Εκχύλιση με υπερήχους από φυτικά κύτταρα: η μικροσκοπική εγκάρσια τομή (TS) δείχνει τον μηχανισμό δράσης κατά την εκχύλιση με υπερήχους από κύτταρα (μεγέθυνση 2000x) [πηγή: Vilkhu et al. 2011]
Ομογενοποιητής υπερήχων UIP2000hdT (2kW) με αντιδραστήρα παρτίδας υπό συνεχή ανάδευση
Εξοπλισμός εκχύλισης με υπερήχους
Οι επεξεργαστές της Hielscher Ultrasonics είναι συστήματα εκχύλισης υψηλής απόδοσης, με απλή και ασφαλή λειτουργία. Ανάλογα με την πρώτη ύλη σας, τη δυναμικότητα της διεργασίας και τον στόχο παραγωγής, η Hielscher σάς προσφέρει την καταλληλότερη συσκευή υπερήχων. Η γκάμα προϊόντων μας εκτείνεται από συμπαγείς, ισχυρές συσκευές υπερήχων χειρός και επιτραπέζια συστήματα έως πλήρως βιομηχανικές μονάδες υπερήχων, ικανές να επεξεργάζονται αρκετούς τόνους ανά ώρα.
Οι εκχυλιστές της Hielscher Ultrasonics μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εκχύλιση παρτίδας και συνεχή εκχύλιση εντός γραμμής και μπορούν να συνδυαστούν με οποιονδήποτε διαλύτη.
Διατίθενται διάφορα εξαρτήματα, όπως ηχοτρόδια (ακροδέκτες) διαφόρων μεγεθών και σχημάτων, ενισχυτές πλάτους ταλάντωσης, κυψελίδες ροής διαφόρων όγκων και γεωμετριών, συνδεόμενοι αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης και πολλά άλλα βοηθητικά εξαρτήματα, για τη σύνθεση της ιδανικής διάταξης υπερήχων για τη διεργασία εκχύλισής σας.
Όλα τα ψηφιακά μοντέλα μας είναι εξοπλισμένα με έξυπνο λογισμικό, το οποίο σας επιτρέπει να προσαρμόζετε, να παρακολουθείτε και να ορίζετε τις παραμέτρους εκχύλισης. Χάρη στον ακριβή έλεγχο του πλάτους ταλάντωσης, του χρόνου κατεργασίας με υπερήχους και των κύκλων λειτουργίας, μπορούν να επιτευχθούν βέλτιστα αποτελέσματα διεργασίας, όπως ανώτερη απόδοση και η υψηλότερη ποιότητα εκχυλίσματος. Η αυτόματη καταγραφή δεδομένων της διεργασίας κατεργασίας με υπερήχους αποτελεί τη βάση για την τυποποίηση της διεργασίας και την αναπαραγωγιμότητα / επαναληψιμότητα, οι οποίες απαιτούνται για τις Ορθές Πρακτικές Παραγωγής (GMP).
Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher Ultrasonics μπορούν να παρέχουν πολύ μεγάλα πλάτη ταλάντωσης. Πλάτη ταλάντωσης έως 200µm μπορούν εύκολα να διατηρούνται συνεχώς σε λειτουργία 24/7. Για ακόμη μεγαλύτερα πλάτη ταλάντωσης, διατίθενται εξατομικευμένα ηχοτρόδια υπερήχων. Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό βαριά καταπόνηση και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής ισχύος από εργαστηριακή έως πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Χρήσιμες πληροφορίες
Φυτικά εκχυλίσματα
Τα φυτικά εκχυλίσματα είναι βιοδραστικές ενώσεις που απομονώνονται από φυτική ύλη, όπως βότανα, άνθη, φύλλα, βλαστούς, ρίζες και άλλα μέρη φυτών. Βιοδραστικές ενώσεις, όπως βιταμίνες, αντιοξειδωτικά, πολυφαινόλες, πολυσακχαρίτες, κανναβινοειδή και άλλα φυτικά μόρια, χρησιμοποιούνται ως λειτουργικά πρόσθετα τροφίμων, διατροφοφαρμακευτικά προϊόντα, καλλυντικά με φαρμακευτική δράση, φαρμακευτικά προϊόντα, καθώς και ως φυσικές χρωστικές.