Extracción ultrasónica y su principio de funcionamiento
La extracción ultrasónica es la técnica preferida para aislar compuestos bioactivos de materias primas vegetales. La sonicación consigue una extracción completa y permite obtener rendimientos de extracción superiores en un tiempo de extracción muy breve. Gracias a su gran eficiencia, la extracción ultrasónica ahorra costes y tiempo, a la vez que produce extractos de alta calidad que se utilizan en alimentos, suplementos y productos farmacéuticos.
Extracción ultrasónica
La extracción ultrasónica se utiliza en las industrias alimentaria, de suplementos nutricionales y farmacéutica para liberar compuestos bioactivos como vitaminas, polifenoles, polisacáridos, cannabinoides y otros fitoquímicos de materias primas vegetales. La extracción asistida por ultrasonidos se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica o ultrasónica.
- Altos rendimientos
- Calidad superior
- Extractos de espectro completo
- Proceso rápido
- Compatible con cualquier disolvente
- Funcionamiento sencillo y seguro
- Escalabilidad lineal
- Respetuosa con el medio ambiente
- Rápido retorno de la inversión
Sonda ultrasónica UP400St para extraer compuestos vegetales destinados a la producción de tinturas e infusiones vegetales.
¿Cómo funciona la cavitación acústica?
La extracción ultrasónica se consigue cuando se acoplan ondas de ultrasonidos de alta potencia y baja frecuencia a una suspensión formada por material vegetal en un disolvente. Las ondas ultrasónicas de alta potencia se acoplan a la suspensión mediante un procesador ultrasónico de sonda. Las ondas de ultrasonidos de alta energía se propagan por el líquido y generan ciclos alternos de alta presión / baja presión, lo que da lugar al fenómeno de la cavitación acústica. La cavitación acústica o ultrasónica genera localmente temperaturas, presiones, velocidades de calentamiento/enfriamiento y diferencias de presión extremas, así como intensas fuerzas de cizallamiento en el medio. Cuando las burbujas de cavitación implosionan sobre la superficie de sólidos (como partículas, células vegetales, tejidos, etc.), los microchorros y las colisiones entre partículas generan efectos como desprendimiento de capas superficiales, erosión, fragmentación de partículas, sonoporación (la perforación de paredes y membranas celulares) y ruptura celular. Además, la implosión de las burbujas de cavitación en medios líquidos genera macroturbulencias y micromezclado. La irradiación ultrasónica constituye una forma eficiente de mejorar los procesos de transferencia de masa, ya que la sonicación produce cavitación y los mecanismos asociados a ella, como micromovimientos causados por chorros de líquido, compresión y descompresión del material con la consiguiente ruptura de las paredes celulares, así como altas velocidades de calentamiento y enfriamiento.
Los sonicadores de sonda pueden generar amplitudes muy altas, necesarias para producir una cavitación de gran efecto. Hielscher Ultrasonic fabrica extractores ultrasónicos de alto rendimiento que pueden generar fácilmente amplitudes de 200 µm en funcionamiento continuo 24/7. Para amplitudes aún mayores, Hielscher ofrece sonotrodos (sondas) específicos de alta amplitud.
Para intensificar la cavitación se utilizan reactores ultrasónicos y celdas de flujo presurizables. Al aumentar la presión, la cavitación y las fuerzas de cizallamiento que genera se vuelven más destructivas, lo que mejora los efectos de la extracción ultrasónica.
La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas hidrodinámicas de cizallamiento
Efectos de la extracción ultrasónica
Ruptura celular ultrasónica y aumento de la transferencia de masa
Los ultrasonidos pueden favorecer los procesos de extracción tanto mediante la ruptura celular como al mejorar la transferencia de masa en la capa límite que rodea la matriz sólida.
La sonoporación, es decir, la perforación de las paredes y membranas celulares, aumenta su permeabilidad y suele ser un paso intermedio antes de que las células se rompan por completo mediante sonicación.
Los efectos mecánicos de la cavitación inducida por ultrasonidos, como las diferencias térmicas y de presión, las ondas de choque, las fuerzas de cizallamiento, los chorros de líquido y las microcorrientes, intensifican la penetración del disolvente en el interior de la célula y mejoran la transferencia de masa entre la célula y el disolvente, de modo que los materiales intercelulares se transfieren al disolvente.
Extracción ultrasónica de células vegetales: la sección transversal (TS) observada al microscopio muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de las células (aumento de 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]
Homogeneizador ultrasónico UIP2000hdT (2 kW) con reactor por lotes de agitación continua
Equipos de extracción ultrasónica
Los procesadores de Hielscher Ultrasonics son sistemas de extracción de alto rendimiento, sencillos y seguros de utilizar. Hielscher le ofrece el sonicador más adecuado en función de su materia prima, la capacidad de procesamiento y el objetivo de producción. Nuestra gama de productos abarca desde sonicadores de mano compactos y potentes hasta sistemas de sobremesa y unidades ultrasónicas plenamente industriales capaces de procesar varias toneladas por hora.
Los extractores de Hielscher Ultrasonics pueden utilizarse para la extracción por lotes y la extracción continua en línea, y pueden combinarse con cualquier disolvente.
Disponemos de diversos accesorios, como sonotrodos (sondas) de distintos tamaños y formas, amplificadores mecánicos de amplitud, celdas de flujo de distintos volúmenes y geometrías, sensores de temperatura y presión conectables y muchos otros dispositivos, para configurar el sistema ultrasónico ideal para su proceso de extracción.
Todos nuestros modelos digitales están equipados con software inteligente que permite ajustar, supervisar y establecer los parámetros de extracción. Gracias al control preciso de la amplitud, el tiempo de sonicación y los ciclos de trabajo, se pueden obtener resultados óptimos del proceso, como un rendimiento superior y la máxima calidad del extracto. El registro automático de los datos del proceso de sonicación constituye la base para la estandarización del proceso y la reproducibilidad / repetibilidad, necesarias para las buenas prácticas de fabricación (GMP).
Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics pueden proporcionar amplitudes muy altas. Se pueden mantener fácilmente amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se ofrecen sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher permite su funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo intensivo y en entornos exigentes.
La siguiente tabla ofrece una indicación de la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos 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 | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografía / Referencias
- 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.
Información de interés
Extractos vegetales
Los extractos vegetales son compuestos bioactivos que se aíslan de material vegetal, como hierbas, flores, hojas, tallos, raíces y otras partes de las plantas. Los compuestos bioactivos, como vitaminas, antioxidantes, polifenoles, polisacáridos, cannabinoides y otras moléculas vegetales, se utilizan como aditivos alimentarios funcionales, nutracéuticos, cosmecéuticos, productos farmacéuticos y colorantes naturales.