Ultraheli ekstraheerimine ja selle toimimispõhimõte
Ultraheli ekstraheerimine on eelistatud meetod bioaktiivsete ühendite eraldamiseks taimsest materjalist. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) tagab täieda ekstraheerimise ja seeläbi saadakse väga lühikese ekstraheerimisaja jooksul kõrgem ekstraktisaagis. Tänu sellele tõhusale ekstraheerimismeetodile säästab ultraheli ekstraheerimine kulusid ja aega ning annab samal ajal kvaliteetseid ekstrakte, mida kasutatakse toidus, toidulisandites ja farmaatsiatoodetes.
Ultraheli ekstraheerimine
Ultraheli ekstraheerimist kasutatakse toidu-, toidulisandite- ja farmaatsiatööstuses, et vabastada taimsest materjalist bioaktiivseid ühendeid, näiteks vitamiine, polüfenoole, polüsahhariide, kannabinoide ja muid fütokemikaale. Ultraheliga toetatud ekstraheerimine põhineb akustilise ehk ultraheli kavitatsiooni toimimispõhimõttel.
- Kõrge saagis
- Parem kvaliteet
- Täisspektriga ekstraktid
- Kiire protsess
- Sobib kasutamiseks mis tahes lahustiga
- Lihtne ja ohutu kasutada
- Lineaarne skaleeritavus
- Keskkonnasõbralik
- Kiire investeeringutasuvus
Ultraheli sond UP400St taimsete ühendite ekstraheerimiseks tinktuuride ja taimsete uuteveeinfusioonide valmistamisel.
Kuidas akustiline kavitatsioon toimib?
Ultraheli ekstraheerimine saavutatakse siis, kui suure võimsusega madalsageduslikud ultraheli lained suunatakse lahustis olevast taimsest materjalist koosnevasse suspensiooni. Suure võimsusega ultraheli lained suunatakse suspensiooni sondtüüpi ultraheli protsessori kaudu. Suure energiaga ultraheli lained liiguvad läbi vedeliku ja tekitavad vahelduvaid kõrg- ja madalrõhutsükleid, mille tulemuseks on akustilise kavitatsiooni nähtus. Akustiline ehk ultraheli kavitatsioon põhjustab kohapeal äärmuslikke temperatuure, rõhke, kuumutamis- ja jahutamiskiirusi, rõhuvahesid ning suuri nihkejõude keskkonnas. Kui kavitatsioonimullid implodeeruvad tahkete ainete pinnal (näiteks osakeste, taimerakkude, kudede jms pinnal), tekitavad mikrojoad ja osakestevahelised kokkupõrked sellised mõjud nagu pinna koorumine, erosioon, osakeste lagunemine, sonoporatsioon (rakuseinte ja rakumembraanide perforeerimine) ja rakkude lõhkumine (desintegreerimine). Lisaks tekitab kavitatsioonimullide implosioon vedelas keskkonnas makroturbulentse voolu ja mikrosegunemist. Ultraheli kiiritamine on tõhus viis massiülekandeprotsesside tõhustamiseks, kuna ultraheli töötlus (sonikeerimine) põhjustab kavitatsiooni ja sellega seotud mehhanisme, näiteks vedelikujoa tekitatud mikroliikumist, materjali kokkusurumist ja paisumist koos sellele järgneva rakuseinte lõhkumisega ning kõrgeid kuumutamis- ja jahutamiskiirusi.
Sondtüüpi sonikaatorid suudavad tekitada väga suuri amplituude, mis on vajalik mõjusa kavitatsiooni tekitamiseks. Hielscher Ultrasonic toodab suure jõudlusega ultraheli ekstraktoreid, mis suudavad hõlpsasti tekitada 200µm amplituudi pidevas 24/7 töörežiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks pakub Hielscher spetsiaalseid suure amplituudiga sonotroode (sonde).
Rõhustatavaid ultraheli reaktoreid ja läbivoolukambreid kasutatakse kavitatsiooni tugevdamiseks. Rõhu suurenedes muutuvad kavitatsioon ja kavitatsioonilised nihkejõud hävitavamaks ning parandavad seeläbi ultraheli ekstraheerimise mõjusid.
Ultraheli ekstraheerimine põhineb akustilisel kavitatsioonil ja selle hüdrodünaamilistel nihkejõududel
Ultraheli ekstraheerimise mõjud
Ultraheli rakkude lõhkumine (desintegreerimine) ja massiülekande suurenemine
Ultraheli võib ekstraheerimisprotsesse toetada nii rakkude lõhkumise (desintegreerimise) kaudu kui ka massiülekande tõhustamise teel tahket maatriksit ümbritsevas piirkihis.
Sonoporatsioon ehk rakuseinte ja membraanide perforeerimine suurendab rakuseinte ja membraanide läbilaskvust ning on sageli vaheetapp enne seda, kui rakud ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) täielikult lõhutakse.
Ultraheli tekitatud kavitatsiooni mehaanilised mõjud, näiteks soojus- ja rõhuvahed, lööklained, nihkejõud, vedelikujoad ja mikrovoolud, tugevdavad lahusti tungimist raku sisemusse ning parandavad massiülekannet raku ja lahusti vahel, nii et rakkudevahelised ained kanduvad lahustisse.
Ultraheli ekstraheerimine taimerakkudest: mikroskoopiline ristlõige (TS) näitab toimemehhanisme ultraheli ekstraheerimisel rakkudest (suurendus 2000x) [allikas: Vilkhu et al. 2011]
Ultraheli homogenisaator UIP2000hdT (2kW) pidevalt segatava perioodilise reaktoriga
Ultraheli ekstraheerimise seadmed
Hielscher Ultrasonicsi protsessorid on suure jõudlusega ekstraheerimissüsteemid, mida on lihtne ja ohutu kasutada. Sõltuvalt teie toorainest, protsessi mahtudest ja soovitud tulemusest pakub Hielscher teile kõige sobivamat sonikaatorit. Meie tootevalik ulatub kompaktsetest võimsatest käeshoitavatest sonikaatoritest laua-seadmeteni ja täielikult tööstuslike ultraheliseadmeteni, mis suudavad töödelda mitu tonni tunnis.
Hielscher Ultrasonicsi ekstraktoreid saab kasutada perioodiliseks ja pidevaks vooluhulgaga ekstraheerimiseks ning neid saab kasutada koos mis tahes lahustiga.
Ideaalse ultraheli seadistuse kokkupanemiseks teie ekstraheerimisprotsessi jaoks on saadaval mitmesugused tarvikud, näiteks erineva suuruse ja kujuga sonotroodid (sondid), võimendid, erineva mahu ja geomeetriaga läbivoolukambrid, ühendatavad temperatuuri- ja rõhuandurid ning paljud muud lisaseadmed.
Kõik meie digitaalsed mudelid on varustatud intelligentse tarkvaraga, mis võimaldab teil ekstraheerimisparameetreid reguleerida, jälgida ja seadistada. Tänu täpsele amplituudi, ultraheli töötluse (sonikeerimise) aja ja töötsüklite juhtimisele on võimalik saavutada optimaalseid protsessitulemusi, näiteks parimat saagist ja kõrgeimat ekstraktikvaliteeti. Ultraheli töötluse (sonikeerimise) automaatne andmesalvestus on aluseks protsessi standardimisele ning reprodutseeritavusele / korratavusele, mida nõuavad head tootmistavad (GMP).
Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheli protsessorid suudavad tagada väga suuri amplituude. Kuni 200µm amplituude on võimalik hõlpsasti kasutada pidevalt 24/7 töörežiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töörežiimi suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Suure võimsusega ultraheli homogenisaatorid laboratoorsest kuni pilootmastaabini ja tööstusliku mastaabini.
Kirjandus / viited
- 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.
Teadmist väärt faktid
Taimeekstraktid
Taimeekstraktid on bioaktiivsed ühendid, mis eraldatakse taimsest materjalist, näiteks ürtidest, õitest, lehtedest, vartest, juurtest ja muudest taimeosadest. Bioaktiivseid ühendeid, näiteks vitamiine, antioksüdante, polüfenoole, polüsahhariide, kannabinoide ja muid taimemolekule, kasutatakse funktsionaalsete toidulisanditena, nutraseutikumidena, kosmetsevtikumidena, farmaatsiatoodetena ning looduslike värvainetena.