Extracción de agua altamente eficaz mediante ultrasonidos de potencia

La extracción con agua de compuestos botánicos (por ejemplo, extracción con agua fría o caliente, extracción con agua a presión y extracción con agua subcrítica) puede mejorarse eficazmente mediante ultrasonidos. La extracción de agua asistida por ultrasonidos no sólo proporciona mayores rendimientos y reduce el tiempo de procesamiento, sino que también resulta en un menor consumo de energía, condiciones de extracción más suaves y extractos de alta calidad en comparación con las técnicas de extracción convencionales. La extracción de agua por ultrasonidos se utiliza con éxito para la extracción de numerosos compuestos derivados de plantas, como alcaloides, flavonoides, glucósidos, compuestos fenólicos y polisacáridos.

Extracción acuosa ultrasónica de compuestos bioactivos

Los extractores ultrasónicos como el UP400St (400W, 24kHz) intensifican la extracción botánica convencional con agua.El agua es el disolvente más polar, lo que la convierte en un gran disolvente para compuestos polares. Debido a su naturaleza no tóxica y respetuosa con el medio ambiente, el agua sería el disolvente ideal para cualquier extracto botánico. Sin embargo, los componentes menos polares y no polares se disuelven poco o nada en el agua. Además, sin ninguna promoción de la transferencia de masa, el proceso de extracción en agua sería increíblemente lento y, por tanto, antieconómico. Los ultrasonidos de alta intensidad y baja frecuencia son una técnica de extracción muy eficaz, que proporciona una intensa mezcla y transferencia de masa. Por lo tanto, es bien sabido que la extracción por ultrasonidos ofrece ventajas significativas sobre los métodos de extracción convencionales. Estas ventajas incluyen mayores rendimientos, procesamiento rápido, cambios rápidos de lotes, así como extracción continua en línea, el uso de disolventes ecológicos, condiciones de extracción suaves, que preservan los compuestos del extracto, seguridad en la operación, y fácil escalabilidad a grandes rendimientos para la producción comercial. (cf. Zabot et al., 2021)

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Sistema industrial de extracción por ultrasonidos con 16 kW para la fabricación continua en línea de extractos botánicos de alta calidad a partir del uso de agua como disolvente de extracción.

MultiSonoReactor con 4x 4kW para la producción a gran escala (en masa) de extractos botánicos utilizando agua como disolvente de extracción. El MultiSonoReactor también puede presurizarse y calentarse para obtener efectos de extracción sinérgicos.

 

En esta presentación le introducimos en la fabricación de extractos botánicos. Explicamos los retos que plantea la producción de extractos botánicos de alta calidad y cómo un sonicador puede ayudarle a superarlos. Esta presentación le mostrará cómo funciona la extracción por ultrasonidos. Aprenderá qué beneficios puede esperar utilizando un sonicador para la extracción y cómo puede implementar un extractor ultrasónico en su producción de extractos.

Extracción botánica por ultrasonidos - Cómo utilizar los sonicadores para extraer compuestos botánicos

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Mejora de la extracción con agua caliente mediante ultrasonidos

Los parámetros que determinan la extracción de productos botánicos durante la extracción con agua son la temperatura, el tiempo, la presión y la superficie del material vegetal. Un extracto de agua caliente puede prepararse durante un tiempo relativamente corto debido a la alta temperatura del agua.
La solución: El rendimiento y la velocidad de extracción pueden aumentar considerablemente cuando se aplica la agitación ultrasónica. El agua caliente por sí sola sólo tiene una capacidad limitada para romper las estructuras celulares y las altas temperaturas suelen dañar o destruir los compuestos termolábiles, por lo que la calidad del extracto se resiente. Cuando la extracción ultrasónica se combina con la extracción con agua caliente, la temperatura puede reducirse drásticamente (por ejemplo, de 100°C a 50°C), lo que evita la degradación térmica de los ingredientes botánicos extraídos, aumenta el rendimiento total y ahorra energía. La cavitación ultrasónica es el principio en el que se basa el fenómeno de extracción por ultrasonidos. La cavitación ultrasónica (o acústica) son fuerzas puramente mecánicas, que rompen las paredes celulares, liberan los compuestos objetivo y mejoran la transferencia de masa entre el interior celular y el agua (disolvente). De este modo, la extracción de agua por ultrasonidos proporciona excelentes resultados de extracción.

Mejora de la extracción con agua fría mediante ultrasonidos

La extracción con agua fría (infusión con agua fría) es bastante más ineficiente, ya que se evita el uso de agua caliente. El agua fría o a temperatura ambiente no extrae muy bien los compuestos botánicos, ya que el agua fría se impregna muy lentamente en el material vegetal y la transferencia de masa es casi insignificante. La ventaja de la extracción con agua fría reside en que se evita cualquier aumento de temperatura, con lo que se previene la degradación térmica de los compuestos sensibles al calor. Sin embargo, la escasa dinámica de extracción hace que la extracción convencional con agua fría sea impracticable para la producción comercial. Por ello, la infusión de agua fría se utiliza casi exclusivamente en fase experimental debido a su lentitud e ineficacia.
La solución: Con la introducción de la ultrasonicación en la extracción con agua fría, se pueden superar fácilmente la lentitud y la ineficacia del remojo con agua fría. La extracción con agua fría intensificada por ultrasonidos permite mantener temperaturas de extracción frías, a la vez que acopla fuerzas de cizallamiento intensas en el medio sólido-líquido. Como resultado del mecanismo de extracción por ultrasonidos, las paredes celulares se abren y los compuestos botánicos se liberan rápidamente en el agua. La extracción e infusión ultrasónica en agua fría convierte la maceración en frío en un proceso altamente eficaz que proporciona altos rendimientos y extractos de gran calidad en un breve tiempo de extracción.

La ultrasonicación es un método de extracción rápido y suave para producir extracto de setas de alta calidad utilizando agua como disolvente. En el vídeo se utiliza el extractor ultrasónico UP400St para la extracción de setas medicinales.

Extracción de setas en agua fría con UP400St y sonda de 22 mm

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Extracción con agua a presión combinada con ultrasonidos

La extracción por ultrasonidos se caracteriza por la micro-mezcla, que a través de las vibraciones, promueve una mayor difusión del disolvente en la partícula y del interior de la partícula a la superficie, intensificando la transferencia de masa. Además, la ultrasonicación reduce el tamaño de las partículas del material celular, lo que mejora los efectos de la extracción de líquidos a presión asistida por ultrasonidos. Las partículas más pequeñas, de aproximadamente 0,68 mm, muestran mayores rendimientos que las partículas más grandes (aproximadamente 1,05 mm), ya que una mayor superficie permite aumentar significativamente la transferencia de masa y, por tanto, mejorar los rendimientos de extracción. (cf. Zabot et al., 2021)

Extractor ultrasónico industrial tipo sonda para el aislamiento botánico en agua.

Extracción acuosa intensificada por ultrasonidos de material vegetal en agua: Ultrasonicador UIP1000hdT en un vaso de precipitados grande que contenga un lodo vegetal. Aquí se utiliza agua como disolvente, pero la extracción por ultrasonidos es compatible con cualquier tipo de disolvente.

Ventajas de la extracción por ultrasonidos

  • Rendimiento superior
  • Extracción a alta velocidad
  • Extractos de alta calidad
  • Procedimiento suave, no térmico
  • Disolventes ecológicos
  • Rentable
  • Funcionamiento sencillo y seguro
  • Bajos costes de inversión y explotación
  • Funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana
  • Método ecológico

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Eficaz extracción de agua fría a presión con ultrasonidos potentes

Equipo industrial de ultrasonidos para la extracción fitoquímica utilizando agua como disolvente: Sonda ultrasónica con reactor de celda de flujo presurizable para la producción de extractos en línea.A alta presión, se facilita la penetración del agua fría en los tejidos vegetales y se disuelven los fitoquímicos hidrosolubles sin causar descomposición térmica. El método de extracción con agua fría a alta presión puede combinarse con ultrasonidos para mejorar el aislamiento de ingredientes botánicos polares y no polares. El agua, como disolvente no tóxico, barato y respetuoso con el medio ambiente, es una alternativa atractiva a los disolventes orgánicos, especialmente cuando se trata de la producción de alimentos, productos terapéuticos y suplementos dietéticos derivados de plantas.
Para una extracción con agua fría presurizada e intensificada por ultrasonidos, se integra una sonda ultrasónica (sonotrodo) en el tanque de extracción o en la celda de flujo. El tanque o la celda de flujo se presurizan normalmente con presiones de entre 5 y 100 barg, dependiendo de los compuestos de extracción objetivo. Hielscher Ultrasonics suministra incluso reactores ultrasónicos industriales personalizados y celdas de flujo, que pueden presurizarse hasta 300 barg, lo que permite establecer la presión óptima de su proceso de extracción.
 

La extracción botánica ultrasónica proporciona mayores rendimientos. El Hielscher UIP2000hdT, 2000 vatios homogeneizador es lo suficientemente potente como para extraer lotes de 10 litros a 120 litros fácilmente.

Extracción ultrasónica de productos botánicos - Lote de 30 litros / 8 galones

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Mejora de la extracción con agua supercrítica mediante sonicación

La extracción de agua subcrítica mejorada con ultrasonidos es otra técnica sinérgica, en la que los ultrasonidos potentes mejoran la transferencia de masa entre el sólido y el líquido. Extracción de agua subcrítica (SWE) – también conocida como extracción con agua caliente a presión o extracción con agua sobrecalentada – es una técnica menos utilizada para la extracción de compuestos botánicos de menor polaridad. En la extracción con agua subcrítica, se utiliza como disolvente agua en estado supercrítico.
¿Qué es el agua subcrítica y por qué es un buen disolvente para la extracción de compuestos vegetales menos polares? "El agua posee numerosas propiedades termodinámicas muy influidas por la temperatura y la presión. Dependiendo de las condiciones, puede modificarse su estado físico (sólido, líquido o gaseoso), su comportamiento térmico, su densidad o su viscosidad. Al aumentar la temperatura y la presión por encima de un punto conocido como punto crítico (definido a 221 bares y 374 °C), el agua puede alcanzar el estado supercrítico. En condiciones subcríticas, correspondientes a temperaturas entre 100 °C y la temperatura crítica (374 °C) y presión entre 1 bar y la presión crítica (221 bar) para evitar la vaporización, la polaridad del agua disminuye; hace que el agua sea un mejor disolvente para la extracción de diversos compuestos bioactivos orgánicos." (Li y Chemat, 2019)
Cuando se combinan los ultrasonidos con la extracción con agua subcrítica, se puede mejorar la eficacia de la extracción aumentando el rendimiento del extracto y reduciendo el tiempo de extracción. Para obtener resultados óptimos, la presión en el reactor cerrado presurizado por lotes o en el reactor de celda de flujo debe alcanzar al menos el doble de la presión de vapor del agua. (Al final de esta página encontrarás una tabla con la presión de vapor del agua.)
Huang et al. (2010) investigaron los efectos de extracción de ultrasonidos de baja frecuencia y alta potencia en combinación con la extracción de agua subcrítica. Para ello, se acopló una sonda ultrasónica a la caldera del dispositivo de extracción con agua subcrítica para extraer aceite volátil de Lithospermum erythrorhizon. Los resultados mostraron que el efecto de mejora asistido por ultrasonidos de 20 KHz era mejor que el de 36 KHz y aumentaba con la potencia de salida (de 0 a 250 W). El rendimiento de la extracción de agua subcrítica aumentó del 1,87% al 2,39% mediante la oscilación ultrasónica (250 W, 20 KHz) a una temperatura de 160°C y una presión de 5 MPa durante un procedimiento de extracción de 25 minutos. La ultrasonicación podía mejorar no sólo el rendimiento de extracción, sino también la velocidad de extracción, con el consiguiente ahorro de tiempo.
La extracción de agua subcrítica asistida por ultrasonidos puede realizarse a presiones más bajas (por ejemplo, 5barg) que la extracción de agua subcrítica convencional (por ejemplo, 10MPa), lo que ahorra costes energéticos y hace que el procedimiento de extracción sea más seguro.

Extractor ultrasónico de alto rendimiento para el aislamiento fitoquímico en modo discontinuo.

La extracción acuosa por ultrasonidos de fitoquímicos de las plantas puede realizarse por lotes o en continuo. La imagen muestra el potente ultrasonicador de 1000 vatios UIP1000hdT durante la extracción por lotes de productos botánicos.

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Homogeneizador ultrasónico UP400St para la extracción por lotes agitados de productos botánicos.

Extracción ultrasónica de productos botánicos - Lote de 8 litros - Ultrasonicator UP400S

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Ventajas de la extracción botánica por ultrasonidos

Tanto la investigación científica como la aplicación industrial demuestran que la extracción asistida por ultrasonidos es una técnica fiable y fácil de manejar, que no requiere conocimientos técnicos ni una formación intensiva. La eficacia de la extracción es muy alta, los rendimientos elevados, los costes operativos bajos y los costes de inversión reducidos (especialmente en comparación con otras técnicas como la extracción de CO2 ) y el bajo coste energético son las principales ventajas de los extractores ultrasónicos de sonda.
Otras ventajas que convierten a la tecnología de extracción por ultrasonidos en el método preferido son la alta calidad de los extractos gracias a las bajas temperaturas de extracción, la fiabilidad de los resultados (repetibilidad / reproducibilidad), la escalabilidad completamente lineal a cualquier nivel de producción, así como el bajo mantenimiento.
"Otras ventajas relacionadas con el uso de la extracción por sonda ultrasónica son la fácil manipulación del extracto, la rapidez de ejecución, la ausencia de residuos, el alto rendimiento, el respeto por el medio ambiente, la mejora de la calidad y la prevención de la degradación del extracto."
(cf. Chemat y Khan, 2011)

Extracción ultrasónica y purificación de fitoquímicos de plantas: La imagen muestra el ultrasonicador tipo sonda UP400St, un filtro de vacío Büchi y un rotor-evaporador para la extracción de curcumina.

Preparación de la extracción para el aislamiento botánico: Ultrasonidos con sonda UP400StFiltro de vacío Büchi y rotor-evaporador para la extracción de fitoquímicos.

Ultrasonidos de alto rendimiento para la extracción de agua

Extractor ultrasónico tipo sonda para la liberación eficaz de fitoquímicos y botánicos de las plantas.Los extractores ultrasónicos de Hielscher están bien establecidos en el campo de la extracción botánica, independientemente del disolvente que se utilice. Productores de extractos – tanto a los pequeños fabricantes de extractos exclusivos como a los grandes productores en masa – encuentran en la amplia gama de equipos de Hielscher el equipo de extracción por ultrasonidos ideal para sus necesidades de producción. Las configuraciones de proceso en línea, tanto por lotes como continuas, están disponibles y pueden suministrarse listas para usar. Adecuada para trabajar con cualquier disolvente, la extracción por ultrasonidos puede aplicarse de forma flexible a la extracción de cualquier material vegetal. El uso de agua como disolvente permite producir extractos con certificación orgánica sin necesidad de utilizar etanol "orgánico", que es muy caro. (Por supuesto, el material vegetal debe ser de cultivo ecológico para producir un extracto acuoso ecológico).

Extracción de alta eficacia con ultrasonidos Hielscher

Los extractores ultrasónicos de Hielscher rompen eficazmente las células vegetales, aumentan la superficie del material vegetal para la penetración del disolvente y la transferencia de masa para la liberación de fitoquímicos (metabolitos secundarios). Diseñados pensando en la facilidad de uso, los extractores Hielscher se instalan rápidamente y pueden manejarse de forma segura e intuitiva.

Cumplimiento de las normas de calidad más exigentes – Diseñado & Fabricado en Alemania

El sofisticado hardware y el software inteligente de los ultrasonidos Hielscher están diseñados para garantizar resultados fiables de extracción por ultrasonidos de su materia prima botánica con resultados reproducibles y un funcionamiento seguro y fácil de usar. La robustez, la fiabilidad, el funcionamiento 24/7 a plena carga y el manejo sencillo desde el punto de vista del trabajador son otros factores de calidad que favorecen a los ultrasonidos de Hielscher.
Los extractores ultrasónicos de Hielscher se utilizan en todo el mundo para la extracción de fitoquímicos de alta calidad. Probados para producir compuestos botánicos de alta calidad, los extractores ultrasónicos de Hielscher no sólo son utilizados por pequeños artesanos de extractos especiales y boutique, sino sobre todo en la producción industrial de extractos, suplementos nutricionales y terapéuticos ampliamente disponibles en el mercado. Gracias a su hardware robusto y a su software inteligente, los procesadores por ultrasonidos de Hielscher pueden manejarse y supervisarse fácilmente.

Protocolling automático de datos

Los ultrasonidos de Hielscher pueden controlarse a distancia mediante un navegador. Los parámetros de sonicación pueden supervisarse y ajustarse con precisión a los requisitos del proceso.Para cumplir las normas de producción de alimentos, suplementos nutricionales y productos terapéuticos, los procesos de producción deben supervisarse y registrarse detalladamente. Los dispositivos ultrasónicos digitales de Hielscher Ultrasonics disponen de protocolización automática de datos. Gracias a esta función inteligente, todos los parámetros importantes del proceso, como la energía ultrasónica (energía total y neta), la temperatura, la presión y el tiempo, se almacenan automáticamente en una tarjeta SD integrada en cuanto se enciende el dispositivo. La supervisión del proceso y el registro de datos son importantes para la estandarización continua del proceso y la calidad del producto. Al acceder a los datos del proceso registrados automáticamente, puede revisar los procesos de sonicación anteriores y evaluar el resultado.
Otra función de fácil manejo es el control remoto por navegador de nuestros sistemas ultrasónicos digitales. Mediante el control remoto por navegador, puede iniciar, detener, ajustar y supervisar su procesador ultrasónico a distancia desde cualquier lugar.
¿Desea obtener más información sobre las ventajas de la extracción de agua por ultrasonidos de materiales vegetales? Póngase en contacto con nosotros para hablar de su proceso de fabricación de extractos botánicos. Nuestro experimentado personal estará encantado de facilitarle más información sobre la extracción por ultrasonidos, nuestros sistemas de ultrasonidos y los precios.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Utilice el siguiente formulario para solicitar información adicional sobre procesadores ultrasónicos, aplicaciones y precio. Estaremos encantados de hablar con usted sobre su proceso y ofrecerle un sistema de ultrasonidos que cumpla sus requisitos.









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Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan en procesos de laboratorio, de sobremesa, piloto e industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.

Información técnica sobre la extracción de agua por ultrasonidos

Los métodos de extracción convencionales como la maceración, la infusión, la percolación, la decocción, la extracción por reflujo, la destilación por vapor, la sublimación y el prensado se utilizan habitualmente en la extracción de compuestos medicinales de las plantas. Entre las desventajas de estos métodos se encuentran la lentitud del proceso, la escasa pureza y la baja eficacia.

Parámetros del proceso que influyen en la extracción por ultrasonidos

La extracción asistida por ultrasonidos es conocida por sus características y ventajas únicas, que hacen de la sonicación la técnica de extracción superior en comparación con los métodos convencionales de extracción de compuestos botánicos. Una de las principales ventajas de la extracción asistida por ultrasonidos reside en la adaptabilidad precisa de los factores de procesamiento ultrasónico (como la amplitud, el tiempo, la temperatura y la presión), que permite ajustar el proceso ultrasónico de forma óptima al compuesto objetivo. Cada material vegetal tiene unos parámetros de extracción ideales, bajo los cuales se consigue el mejor rendimiento, calidad y tasa de extracción. El proceso de extracción por ultrasonidos permite adaptar perfectamente estas condiciones óptimas de extracción.

Amplitud ultrasónica

La amplitud es el desplazamiento vibratorio de la sonda ultrasónica (sonotrodo). Cuanto mayor sea la amplitud, más intensa será la vibración y la cavitación en el líquido sonicado. Hielscher Ultrasonics está especializada en ultrasonidos de sonda de alto rendimiento, que pueden suministrar amplitudes ajustables con precisión. Las sondas personalizadas, que pueden suministrar hasta 200µm en funcionamiento continuo 24 horas al día, 7 días a la semana, están fácilmente disponibles. Para amplitudes aún mayores, también se pueden fabricar fácilmente sonotrodos ultrasónicos personalizados.
La amplitud es una – si no es el más – parámetro importante para una extracción vegetal eficaz. Las altas amplitudes crean las fuerzas necesarias para romper las paredes celulares y liberar el material intracelular. Por ello, la ultrasonicación de alto rendimiento resulta tan eficaz en la extracción botánica.

Tiempo / Duración del tratamiento ultrasónico

La extracción asistida por ultrasonidos suele ser mucho más corta que los métodos tradicionales, ya que la sonicación libera los compuestos botánicos a velocidades de extracción significativamente más altas. La ultrasonicación permite procedimientos de extracción más cortos, lo que preserva los compuestos extraídos frente a un procesamiento excesivo. Un procesamiento más corto gracias a los ultrasonidos significa un mayor rendimiento y una mayor calidad del extracto.

Tratamiento ultrasónico pulsado

La pulsación ultrasónica es un modo de tratamiento en el que el tratamiento con ultrasonidos se interrumpe mediante ciclos de pausa definidos (por ejemplo, ciclo de trabajo del 50%: 30 seg. ON, 30 seg. OFF; 100% duty cyle: sonicación continua sin pausas) El ciclo de trabajo del ultrasonido (también conocido como modo de pulso o ciclos de pulsación ultrasónica) se refiere al porcentaje de tiempo durante el cual el ultrasonido se acopla en el medio (duración del pulso) durante un periodo de pulso. Por ejemplo, un modo de ciclo del 50% sería 30 seg. ON, 30 seg. OFF. Durante el ciclo de pausa de un ciclo de trabajo, el líquido sonicado vuelve durante un tiempo definido (por ejemplo, 30 seg.) a un estado no perturbado, que es bueno para la disipación de calor con el fin de mantener una temperatura de procesamiento objetivo. El ciclo de trabajo de la sonicación es menos importante para la eficacia de la extracción, pero se utiliza para mantener una temperatura de proceso determinada.

Presión hidrostática

La presión es otro parámetro muy importante para los procesos ultrasónicos. La aplicación de presión hidrostática al medio sonicado afecta a la intensidad de la cavitación. En condiciones de presión elevada, aumenta la intensidad de la cavitación ultrasónica (acústica). Hielscher Ultrasonics ofrece varios tipos de reactores ultrasónicos discontinuos y celdas de flujo, que pueden presurizarse para intensificar los resultados de la sonicación.

Temperatura de extracción

Extractor ultrasónico UP400ST con sensor de temperatura.Como cualquier tratamiento mecánico, la ultrasonicación provoca un aumento de la temperatura, lo que se ajusta a la 2ª ley de la termodinámica. No obstante, la ultrasonicación es una técnica de tratamiento no térmica, ya que los tratamientos asistidos por ultrasonidos se basan en fuerzas puramente mecánicas (también denominadas fuerzas sonomecánicas). La temperatura de extracción durante la extracción por ultrasonidos puede controlarse eficazmente y mantenerse dentro de un determinado intervalo de temperatura seleccionado. Todos los procesadores ultrasónicos digitales de Hielscher están equipados con un sensor de temperatura enchufable y un software inteligente, donde se puede establecer un determinado rango de temperatura para el proceso. Cuando se sobrepasa este intervalo de temperatura, el ultrasonicador hace una pausa hasta que la temperatura vuelve a estar dentro del intervalo seleccionado y continúa entonces automáticamente el procedimiento de sonicación. Esta función inteligente de los ultrasonidos Hielscher permite controlar con precisión el proceso de sonicación y obtener resultados óptimos.
Dado que la temperatura de extracción puede ser diferente según los compuestos botánicos y la planta, la temperatura es un factor importante que no debe descuidarse durante la optimización del proceso ultrasónico. Por ejemplo, se observó que 80°C era ideal para obtener el máximo rendimiento de los flavonoides de Sophora flavescens, mientras que los mejores resultados se obtuvieron a 50°C para la extracción de arabinoxilano de salvado de trigo.

Utilice cualquier disolvente para la extracción por ultrasonidos

Los distintos compuestos botánicos tienen polaridades diferentes, lo que afecta a su solubilidad en diversos disolventes. Por ejemplo, las saponinas y los polisacáridos son más polares y, por tanto, presentan una buena solubilidad en agua, ya que ésta es altamente polar. En cambio, los compuestos fenólicos, como las antocianinas y el ácido clorogénico, son bastante apolares y se disuelven mejor en un disolvente menos polar, como el etanol. Así pues, la elección del disolvente debe hacerse en función de la solubilidad de los compuestos objetivo para obtener una alta eficacia de extracción. Por ejemplo, el agua es un buen disolvente para la extracción de compuestos polares como la psilocibina de las setas, así como oligosacáridos, glucósidos y flavonoides; mientras que una mezcla de etanol y agua con una concentración de etanol del 60% (v/v) es adecuada para la extracción asistida por ultrasonidos de, por ejemplo, apigenina, baicalina y compuestos de luteolina.
Más información sobre disolventes, polaridad de los disolventes y los disolventes más adecuados para la extracción por ultrasonidos.

Agua como disolvente de extracción

El agua es el disolvente más polar y resulta adecuada para la extracción de una amplia gama de compuestos polares. Sus principales ventajas incluyen la capacidad de disolver una amplia gama de sustancias. Además, es barato, no tóxico, seguro y no inflamable. Sus desventajas incluyen la fuerte selectividad para compuestos polares debido a su alta polaridad. Debido a su elevado punto de ebullición de 100°C, la concentración del extracto (por ejemplo, mediante destilación o rotor-evaporación) requiere una gran cantidad de energía. Además, el agua es propensa al crecimiento de bacterias y moho.

Frecuencia ultrasónica

Se ha establecido que la frecuencia ultrasónica en torno a 20kHz es la más potente y eficaz para la extracción botánica. repercute en la eficacia de la extracción asistida por ultrasonidos en la extracción de compuestos medicinales de las plantas. En general, la baja frecuencia ultrasónica (es decir, a unos 20kHz) genera una cavitación más intensa (efectos sonomecánicos), lo que se traduce en una mayor eficacia del procedimiento de extracción.

El material vegetal

Los materiales vegetales pueden variar mucho en cuanto a la estructura y rigidez de sus células. Dependiendo de la composición de la pared celular, que puede contener celulosa, hemicelulosas, lignina, polisacáridos pécticos, proteínas, compuestos fenólicos y no celulósicos, y agua, las paredes celulares pueden ser resistentes o blandas. Los distintos tipos y partes de plantas contienen diferentes tipos y cantidades de estos componentes de la pared celular. Por eso, cada tipo de planta requiere unos parámetros de procesamiento específicos para obtener unos resultados de extracción óptimos.
Dado que la intensidad puede ajustarse con precisión, los extractores ultrasónicos de Hielscher pueden romper de forma fiable paredes celulares blandas y duras. Las paredes celulares blandas pueden necesitar un tratamiento ultrasónico menos intenso, mientras que las estructuras celulares robustas se benefician de un tratamiento más intenso.
La materia prima para la extracción botánica puede estar recién recolectada (húmeda) o seca. La extracción por ultrasonidos es adecuada tanto para plantas frescas/húmedas como secas. El tamaño de las partículas de los sólidos vegetales es otro factor importante: Una superficie elevada (es decir, un tamaño de partícula pequeño) es beneficiosa, ya que proporciona una gran superficie de contacto para las fuerzas de cizallamiento cavitacionales ultrasónicas, lo que se traduce en una mayor eficacia. Por lo tanto, el material vegetal se macera o se tritura en trozos pequeños (aprox. 3-5 mm).

¿Por qué la extracción por ultrasonidos es el mejor método?

Eficacia

  • mayor rendimiento
  • Proceso de extracción rápida – en pocos minutos
  • Extractos de alta calidad – extracción suave, no térmica
  • Disolventes verdes (agua, etanol, glicerina, aceites vegetales, NADES, etc.)

Simplicidad

  • Plug and play: instalación y funcionamiento en cuestión de minutos
  • Alto rendimiento - Para la producción de extractos a gran escala
  • Funcionamiento en línea por lotes o continuo
  • Instalación y puesta en marcha sencillas
  • Portátil / Móvil - Unidades portátiles o construidas sobre ruedas
  • Ampliación lineal: añada otro sistema ultrasónico en paralelo para aumentar la capacidad
  • Supervisión y control remotos: mediante PC, smartphone o tableta
  • No requiere supervisión del proceso - Puesta en marcha y funcionamiento
  • Alto rendimiento: diseñada para una producción continua 24 horas al día, 7 días a la semana
  • Robustez y bajo mantenimiento
  • Alta calidad – diseñado y construido en Alemania
  • Carga y descarga rápida entre lotes
  • Fácil de limpiar

seguridad

  • Funcionamiento sencillo y seguro
  • Extracción con o sin disolventes (agua, etanol, aceites vegetales, glicerina, etc.)
  • Sin presiones ni temperaturas elevadas
  • Disponibles sistemas antideflagrantes con certificación ATEX
  • Fácil de controlar (también mediante mando a distancia)


Literatura / Referencias

Tabla: Presión de vapor del agua

temperatura
en °C
Presión de vapor
en mmHg (Torr)
Presión de vapor
en Hectopascal hPa
-80 0,00041 0,00055
-75 0,000915 0,00122
-70 0,00196 0,00261
-65 0,00405 0,0054
-60 0,008101 0,0108
-55 0,0157 0,02093
-50 0,02952 0,03936
-45 0,05402 0,07202
-40 0,09631 0,1284
-39,5 0,1019 0,1359
-39 0,1078 0,1437
-38,5 0,114 0,1520
-38 0,1206 0,1607
-37,5 0,1274 0,1699
-37 0,1347 0,1796
-36,5 0,1423 0,1897
-36 0,1503 0,2004
-35,5 0,1587 0,2116
-35 0,1676 0,2235
-34,5 0,1769 0,2359
-34 0,1867 0,2490
-33,5 0,197 0,2627
-33 0,2078 0,2771
-32,5 0,2192 0,2923
-32 0,2311 0,3082
-31,5 0,2437 0,3249
-31 0,2568 0,3424
-30,5 0,2706 0,3608
-30 0,2851 0,3801
-29,5 0,3003 0,4004
-29 0,3162 0,4216
-28,5 0,333 0,4439
-28 0,3505 0,4673
-27,5 0,3688 0,4918
-27 0,3881 0,5174
-26,5 0,4083 0,5443
-26 0,4294 0,5725
-25,5 0,4515 0,6020
-25 0,4747 0,6329
-24,5 0,4989 0,6652
-24 0,5243 0,6991
-23,5 0,5509 0,7345
-23 0,5787 0,7716
-22,5 0,6078 0,8104
-22 0,6383 0,851
-21,5 0,6701 0,8934
-21 0,7034 0,9377
-20,5 0,7381 0,9841
-20 0,77451 1,0326
-19,5 0,81251 1,0833
-19 0,85222 1,1362
-18,5 0,89368 1,1915
-18 0,93698 1,2492
-17,5 0,98222 1,3095
-17 1,0295 1,3725
-16,5 1,0787 1,4382
-16 1,1302 1,5068
-15,5 1,1839 1,5783
-15 1,2399 1,653
-14,5 1,2983 1,7309
-14 1,3593 1,8122
-13,5 1,4228 1,8969
-13 1,489 1,9852
-12,5 1,5581 2,0773
-12 1,6300 2,1732
-11,5 1,705 2,2732
-11 1,7832 2,3774
-10,5 1,8646 2,4859
-10 1,9494 2,5990
-9,5 2,0377 2,7168
-9 2,1297 2,8394
-8,5 2,2254 2,9670
-8 2,325 3,0998
-7,5 2,4287 3,2380
-7 2,5366 3,3819
-6,5 2,6489 3,5316
-6 2,7657 3,6873
-5,5 2,8872 3,8492
-5 3,0134 4,0176
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-3,5 3,4232 4,5639
-3 3,5707 4,7606
-2,5 3,724 4,9649
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-1,5 4,0486 5,3977
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125 1740,93 2321,05
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150 3570,48 4760,25
175 6694,08 8924,71
200 11659,16 15544,27
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250 29817,84 39753,85
275 44580,84 59436,23
300 64432,8 85903,3
325 90447,6 120587
350 124001,6 165321,9
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365 148519,2 198009,3
366 150320,4 200410,7
367 152129,2 202822,3
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369 155815,2 207736,5
370 157692,4 210239,2
371 159584,8 212762,2
372 161507,6 215325,8
373 163468,4 217939,9
373,946 165452,0 220584,5

Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonicador compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.


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