La extracción ultrasónica y su principio de funcionamiento

La extracción ultrasónica es la técnica preferida para aislar los compuestos bioactivos de los botánicos. La sonicación logra una extracción completa y, por lo tanto, se obtienen rendimientos de extracción superiores en un tiempo de extracción muy corto. Al ser un método de extracción tan eficiente, la extracción por ultrasonido permite ahorrar tiempo y dinero, y al mismo tiempo obtener extractos de alta calidad, que se utilizan para alimentos, suplementos y productos farmacéuticos.

Extracción ultrasónica

La extracción por ultrasonido se utiliza en la industria alimentaria, de suplementos nutricionales y farmacéutica para liberar compuestos bioactivos como vitaminas, polifenoles, polisacáridos, cannabinoides y otros fitoquímicos de los productos botánicos. La extracción asistida por ultrasonido se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica o ultrasónica.

¿Cómo funciona la cavitación acústica?

La extracción por ultrasonido se logra cuando se acoplan ondas de ultrasonido de alta potencia y baja frecuencia en una mezcla de material botánico en un disolvente. Las ondas ultrasónicas de alta potencia se acoplan mediante un procesador ultrasónico de tipo sonda en el lodo. Las ondas ultrasónicas de alta energía viajan a través del líquido creando ciclos alternos de alta y baja presión, lo que da lugar al fenómeno de cavitación acústica. La cavitación acústica o ultrasónica conduce localmente a temperaturas extremas, presiones, tasas de calentamiento/enfriamiento, diferenciales de presión y altas fuerzas de cizallamiento en el medio. Cuando las burbujas de cavitación implosionan en la superficie de los sólidos (como partículas, células vegetales, tejidos, etc.), los microchorros y la colisión interparticlular generan efectos como la descamación de la superficie, la erosión, la descomposición de las partículas, la sonoporación (la perforación de las paredes y membranas celulares) y la disrupción celular. Además, la implosión de las burbujas de cavitación en medios líquidos crea macro-turbulencias y micro-mezclas. La irradiación ultrasónica representa una forma eficaz de mejorar los procesos de transferencia de masa, ya que la sonicación da lugar a la cavitación y sus mecanismos conexos, como el micromovimiento por chorros de líquido, la compresión y descompresión en el material con la consiguiente perturbación de las paredes celulares, así como altas tasas de calentamiento y enfriamiento.
Los ultrasonidos de tipo sonda pueden generar amplitudes muy altas, lo que es necesario para generar cavitación de impacto. Hielscher Ultrasonic fabrica extractores ultrasónicos de alto rendimiento, que pueden crear fácilmente amplitudes de 200µm en funcionamiento continuo 24/7. Para amplitudes aún mayores, Hielscher ofrece sonotrodos de alta amplitud especificados (sondas).
Se utilizan reactores ultrasónicos presurizables y células de flujo para intensificar la cavitación. Con el aumento de las presiones, la cavitación y las fuerzas de cizallamiento cavitacional se vuelven más destructivas y mejoran así los efectos de la extracción ultrasónica.

La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas.

Efectos de la extracción por ultrasonidos

Interrupción de la célula ultrasónica y aumento de la transferencia de masa
El ultrasonido puede ayudar a los procesos de extracción tanto a través de la disrupción celular como aumentando la transferencia de masa en la capa límite que rodea la matriz sólida.
La sonoporación, la perforación de las paredes y membranas celulares, mejora la permeabilidad de las paredes y membranas celulares y suele ser un paso intermedio antes de que las células se interrumpan completamente por la sonicación.
Los efectos mecánicos de la cavitación inducida por los ultrasonidos, como los diferenciales de calor y presión, las ondas de choque, las fuerzas de cizallamiento, los chorros de líquido y la microcorriente, 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 microscópica (TS) muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de células (aumento 2000x)[recurso: Vilkhu et al. 2011].

El equipo ultrasónico Extracción

Los procesadores de ultrasonidos de Hielscher son sistemas de extracción de alto rendimiento, que son simples y seguros de operar. De acuerdo con su materia prima, capacidades de proceso y objetivo de salida, Hielscher le ofrece el ultrasonido más adecuado. Nuestra gama de productos abarca desde los compactos y potentes ultrasonidos portátiles, pasando por los sistemas de mesa, hasta las unidades ultrasónicas totalmente industriales capaces de procesar varias toneladas por hora.
Los extractores de ultrasonido de Hielscher pueden utilizarse para la extracción en línea continua o por lotes y pueden usarse en combinación con cualquier disolvente.
Varios accesorios como sonotrodos (sondas) de varios tamaños y formas, cuernos de refuerzo, células de flujo con varios volúmenes y geometrías, sensores de temperatura y presión enchufables y muchos otros artilugios están disponibles para ensamblar la configuración ultrasónica ideal para su proceso de extracción.
Todos nuestros modelos digitales están equipados con un software inteligente, que permite ajustar, monitorizar 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 en el proceso, como un rendimiento superior y la más alta calidad de extracción. El registro automático de datos del proceso de sonicación son las bases para la estandarización del proceso y la reproducibilidad / repetibilidad, que se requieren para las Buenas Prácticas de Fabricación (GMP).

Los procesadores industriales de ultrasonidos de Hielscher Ultrasonics pueden ofrecer amplitudes muy elevadas. Las amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, hay disponibles sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento 24/7 en trabajos pesados y en entornos exigentes.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores: