Estrategias para aumentar el rendimiento de la extracción botánica
Para producir extractos de calidad superior a partir de productos botánicos con gran eficacia, es decir, altos rendimientos de extractos de calidad superior en un tiempo de extracción corto, se requiere una técnica de extracción de alto rendimiento. La extracción por ultrasonidos es una técnica intensificadora del proceso, que permite utilizar una amplia gama de materias primas y produce altos rendimientos de extractos superiores de forma rápida y rentable.
Extractos botánicos de primera calidad con ultrasonidos potentes
Cuando se extrae un compuesto bioactivo específico o una fracción bioactiva de un producto botánico, varios factores influyen en el proceso de extracción. Además de la tecnología de extracción (por ejemplo, la extracción por ultrasonidos), la polaridad del disolvente, la materia prima y su pretratamiento, la relación sólido/líquido (es decir, la relación materia vegetal/disolvente), el tiempo de extracción y la temperatura son factores importantes del proceso que deben tenerse muy en cuenta. La extracción asistida por ultrasonidos (EAU) permite unas condiciones de procesado ideales, que se caracterizan por su suavidad y alta eficacia simultáneamente. La libre elección de disolventes suaves o la extracción con agua fría, las bajas temperaturas y los breves tiempos de procesamiento convierten a la extracción por ultrasonidos en la técnica de extracción superior, que evita la degradación térmica o química de las moléculas bioactivas. Además, la EAU puede liberar toda la cantidad disponible de moléculas bioactivas de la materia prima vegetal. Por ello, la ultrasonicación es la tecnología de extracción más utilizada para la producción de extractos de alta potencia.
Extracción botánica con el UP400St (400 W, 24 kHz)
¿Qué hace que la extracción ultrasónica sea superior?
La extracción asistida por ultrasonidos (EAU) es una técnica de extracción muy eficaz que se basa en fuerzas mecánicas puras. La cavitación ultrasónica o acústica se caracteriza por intensas fuerzas de cizallamiento, así como por elevados diferenciales locales de temperatura y presión. Estas fuerzas de cavitación altamente intensas provocan la llamada sonoporación, que consiste en la generación de nuevos poros en la membrana celular y en la ampliación de los ya existentes, así como en la alteración de las estructuras de las células vegetales. El flujo ultrasónico intensificado de disolvente que entra y sale del interior de la célula contribuye a la liberación rápida y completa de las sustancias botánicas. Al utilizar únicamente fuerzas mecánicas, la EAU no altera las moléculas botánicas mediante productos químicos o un tratamiento térmico intenso y evita así las alteraciones químicas o inducidas por el calor de las sustancias bioactivas que se encuentran en los productos botánicos. Como resultado, la extracción ultrasónica produce extractos de espectro completo de alta calidad que ofrecen todos los efectos de las sustancias botánicas combinadas, lo que se conoce como efecto séquito.
Extracción ultrasónica: técnica suave no térmica pero muy eficaz para obtener altos rendimientos de extractos de primera calidad.
Comparación de la extracción ultrasónica con otras técnicas
La extracción ultrasónica es una técnica ampliamente utilizada para liberar y aislar compuestos bioactivos como antioxidantes, polifenoles, polisacáridos, proteínas, lípidos, cannabinoides y otros fitoquímicos de materiales vegetales.La sonicación es el método preferido debido a sus numerosas ventajas, como el alto/completo rendimiento de la extracción, el procesamiento rápido y no térmico, la compatibilidad con casi todos los disolventes (por ejemplo, agua, etanol, metanol, isopropanol, aceites vegetales, glicerina, etc.), el funcionamiento sencillo y seguro, y el bajo mantenimiento, entre muchas otras.
La tabla siguiente compara la extracción por ultrasonidos con otros métodos de extracción convencionales, subrayando las ventajas de los EAU.
Los extractores por ultrasonidos de Hielscher destacan por su eficacia, fiabilidad y facilidad de uso
| Extracción ultrasónica | Maceración | CO2 Extracción | Soxhlet | Percolación | |
|---|---|---|---|---|---|
| disolvente | compatible con casi cualquier disolvente | agua, disolventes acuosos y no acuosos | CO2 | agua, disolventes acuosos y no acuosos | disolventes orgánicos |
| temperatura | extracción no térmica, control preciso de la temperatura |
ambiente | en caliente | temperatura ambiente, ocasionalmente se aplica calor |
por encima del valor crítico temperatura de 31°C |
| Presión | ambos, atmosféricos o posible presión elevada |
atmosférico | atmosférico | atmosférico | presiones muy elevadas (por encima de la presión crítica de 74 bar) |
| Tiempo de procesamiento | Rápido | muy lento | lento | muy lento | moderado |
| Cantidad de disolvente | bajo, alta carga sólida de material vegetal en el disolvente, especialmente cuando una célula de flujo se utiliza la configuración |
grande | moderado | grande | grandes cantidades de CO supercrítico2 |
| Polaridad del extracto natural | depende del disolvente; para extraer sustancias polares y no polares compuestos, una extracción de doble etapa se recomienda utilizar dos disolventes |
depende del disolvente | depende del disolvente | depende del disolvente | depende de la presión (a mayor presión, más polar) |
| Flexibilidad / Escalabilidad | para la extracción por lotes y en línea, Escalabilidad lineal |
sólo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
sólo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
sólo extracción por lotes, escalabilidad limitada |
sólo extracción por lotes, escalabilidad lineal limitada, muy caro |
¿Por qué es tan eficaz la extracción por ultrasonidos?
El mecanismo de intensificación de la extracción de los ultrasonidos de potencia se atribuye principalmente al fenómeno de la cavitación acústica. La cavitación ultrasónica provoca colisiones entre las partículas de la biomasa botánica, lo que da lugar al fraccionamiento interparticular y a la reducción del tamaño de las partículas. Cuando las burbujas de cavitación colapsan en la superficie de los sólidos vegetales, la erosión y la sonoporación agrandan aún más la superficie de las partículas. La transferencia de masa así intensificada facilita la liberación de moléculas como proteínas, lípidos, azúcares, vitaminas, antioxidantes, fitoquímicos y fibras alimentarias. Las fuerzas de cizallamiento generadas por ultrasonidos mejoran la penetración del disolvente en la matriz celular de la materia botánica y mejoran la permeabilidad de las membranas celulares, respectivamente. Estos mecanismos de los ultrasonidos de potencia son responsables de la significativa intensificación del proceso que se consigue cuando se aplica la ultrasonicación para la extracción botánica.
- alto rendimiento
- extractos de primera calidad
- proceso rápido y muy eficaz
- bajos costes de explotación
- resultados reproducibles
- Escalabilidad lineal
- simple & Funcionamiento seguro
- robustez
Obtenga información técnica sobre los extractores por ultrasonidos de Hielscher y sus ventajas.
Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye extractores ultrasónicos de alto rendimiento para el procesamiento por lotes y continuo a cualquier escala de producción. Además de los más altos estándares técnicos y una robustez sobresaliente, así como un funcionamiento 24/7/365 para una alta eficiencia, los ultrasonidos Hielscher son fáciles y fiables de manejar. Alta eficiencia, software inteligente, menú intuitivo, protocolling automático de datos y control remoto por navegador son sólo algunas de las características que distinguen a los extractores Hielscher de otros equipos de extracción.
Ventajas de los extractores por ultrasonidos Hielscher
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, etc.)
Simplicidad
- Enchufar’ play - Puesta en marcha y formación en cuestión de horas
- Alto rendimiento - Para la producción de extractos a gran escala
- Funcionamiento en línea por lotes o continuo
- Instalación sencilla: admite varios voltajes y sólo necesita conectar cuatro mangueras.
- Movible
- 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)
Disolventes para la extracción por ultrasonidos
Elija el disolvente ideal para su proceso de extracción: agua, mezcla de agua y alcohol, alcohol isopropílico, hexano, etanol, metanol, butano, aceites vegetales, glicerina,
los disolventes no tóxicos, así como cualquier otro disolvente estándar, son compatibles con la extracción por ultrasonidos.
Extracción ultrasónica de agua fría: Aunque el agua es técnicamente un disolvente, el llamado disolvente universal, una extracción con agua se considera en general una extracción sin disolventes. Una extracción ultrasónica sin disolventes no requiere ninguna sustancia extraña. La mezcla de agua y material vegetal se somete a sonicación para romper las paredes celulares de la planta y liberar las moléculas bioactivas en el agua (disolvente). La sonicación es un método mecánico puro, que no altera químicamente la materia prima ni el extracto. Por lo tanto, la extracción por ultrasonidos es la técnica preferida para producir extractos botánicos de alta calidad.
Ultrasonicador con sonda UIP1000hdT con agitador para la producción de extractos botánicos como cannabinoides (por ejemplo, CBD, THC, CBG)
La tabla siguiente le ofrece una indicación de la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros extractores por ultrasonidos (procesamiento por lotes y de flujo continuo):
| 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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Instalación industrial del extractor por ultrasonidos UIP4000hdT para la producción de extractos botánicos.
Hielscher Ultrasonics fabrica y suministra extractores ultrasónicos de alto rendimiento para laboratorio, piloto y escala industrial.
Literatura / Referencias
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- 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.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.