مانو–ترمو–فراصوت‌دهی: هم‌افزایی‌ها در فرآوری فراصوتی
فراصوت‌دهی یک روش فرآوری غیرحرارتی است که برای کاربردهای متعددی مانند همگن‌سازی، امولسیون‌سازی، پراکنده‌سازی، استخراج و نگهداری در صنایع غذایی، داروسازی، زیست‌شناسی، شیمی و علم مواد به کار می‌رود. استفاده از فراصوت به‌تنهایی روشی بسیار کارآمد برای فرآوری است و عملیات فرآوری را در مدت‌زمان کوتاهی به‌طور مؤثر انجام می‌دهد – به‌ویژه در مقایسه با روش‌های جایگزین. هنگامی که فراصوت‌دهی با فشار و/یا گرما ترکیب می‌شود، هم‌افزایی میان این شیوه‌های تیمار می‌تواند فرایند فراصوت‌دهی را تشدید کند. دربارهٔ مانو–فراصوت‌دهی و مانو–ترمو–فراصوت‌دهی بیشتر بدانید و بررسی کنید که این روش‌های فرآوری چگونه می‌توانند تولید شما را بهبود دهند!
فراصوت‌دهی به‌عنوان روشی برای فرآوری غیرحرارتی
فراصوت‌دهی با پروب یک روش فرآوری غیرحرارتی است که عمدتاً در کاربردهای غذایی، دارویی و زیستی استفاده می‌شود. کاربردهای معمول سونیکاتورها شامل همگن‌سازی، اختلاط، امولسیون‌سازی، استخراج ترکیبات زیست‌فعال و کپسوله‌سازی مواد مؤثره است. برخلاف روش‌های حرارتی سنتی که برای فرآوری به گرما متکی هستند، فراصوت‌دهی با پروب برای ایجاد اثرات گوناگون، امواج مکانیکی تولید می‌کند. هنگام به‌کارگیری روش فراصوت‌دهی، حباب‌های کاویتاسیون آکوستیکی یا فراصوتی در محیط ایجاد می‌شوند. کاویتاسیون فراصوتی نیروهای شدیدی ایجاد می‌کند که ذرات، قطرات و ساختارهای سلولی را متلاشی می‌کنند، اختلاط شدیدی به وجود می‌آورند و از این طریق به فرایندهای گوناگونی مانند اختلاط همگن، استخراج از گیاهان یا کپسوله‌سازی لیپوزومی کمک می‌کنند.
راکتور ناپیوستهٔ بسته، ساخته‌شده از فولاد زنگ‌نزن، مجهز است به دستگاه فراصوت UIP2000hdT (2kW, 20kHz).
اثرات هم‌افزایانه در فرآوری فراصوتی
ترمو–فراصوت‌دهی، مانو–فراصوت‌دهی و مانو–ترمو–فراصوت‌دهی روش‌های فرآوری هستند که از امواج فراصوت برای کاربردهای گوناگون، به‌ویژه در حوزه‌های مواد غذایی، داروسازی و فرایندهای زیستی، استفاده می‌کنند.
هر دو روش مانو–فراصوت‌دهی و ترمو–مانو–فراصوت‌دهی بر اثرات هم‌افزایانهٔ امواج فراصوت و دما در فرایندهای گوناگون تأکید دارند و راهکارهایی کارآمد و انتخابی برای کاربردهای غذایی، دارویی و سامانه‌های زیستی فراهم می‌کنند.
ترمو–فراصوت‌دهی
تعریف: ترمو–فراصوت‌دهی به فرایندی اشاره دارد که اثرات حرارتی و فراصوتی را برای کاربردهای گوناگون، به‌ویژه در علم مواد و شیمی، ترکیب می‌کند. مانو–فراصوت‌دهی شامل اعمال هم‌زمان امواج فراصوت و گرما به یک ماده است. یکی از کاربردهای معمول آن، پاستوریزاسیون مواد غذایی مایع مانند شیر، تخم‌مرغ مایع یا نوشیدنی‌هاست. در حالی که پاستوریزاسیون تنها با گرما به دماهای بسیار بالا نیاز دارد، ترکیب فراصوت و گرما امکان استفاده از دماهای پایین‌تر را همراه با حفظ مواد مغذی و طعم‌ها فراهم می‌کند.
مانو–فراصوت‌دهی
تعریف: مانو–فراصوت‌دهی شامل اعمال هم‌زمان امواج فراصوت و فشار به یک محیط است.
امواج فراصوت کاویتاسیون آکوستیکی را القا می‌کنند که با تشکیل ریزحباب‌ها، امواج ضربه‌ای و جریان یافتن مایع مشخص می‌شود. ترکیب فراصوت و فشار، اثرات تخریبی کاویتاسیون را تقویت می‌کند و فرایندهایی مانند کلوخه‌زدایی ذرات، تخریب سلولی، امولسیون‌سازی و استخراج را تسهیل می‌کند.
مانو–ترمو–فراصوت‌دهی
تعریف: مانو–ترمو–فراصوت‌دهی (MTS) یا ترمو–مانو–فراصوت‌دهی، فناوری‌ای است که اثرات فشار، گرما و فراصوت پرتوان را به‌طور کارآمد ترکیب می‌کند. مانو–ترمو–فراصوت‌دهی با ترکیب مزایای تیمار فراصوتی و حرارتی تحت فشارهای بالا، روشی بسیار کارآمد برای فرآوری است که به‌ویژه در صنایع غذایی، داروسازی و علم مواد به کار می‌رود. این ترکیب نیروهای فیزیکی، فرایندها را به‌طور چشمگیری تشدید می‌کند و به نتایجی منحصربه‌فرد می‌انجامد.
تحت فشارهای بالا، ترکیدن حباب‌های کاویتاسیون به‌شدت خشن‌تر و شدیدتر می‌شود.
گرمایش کنترل‌شده در حین فراصوت‌دهی، فرآوری مؤثر را بدون ایجاد تخریب حرارتی قابل‌توجه ممکن می‌سازد. گرمایش را می‌توان برای رسیدن به سطح دمایی مناسب تنظیم کرد؛ سطحی که برای فرایند سودمند است و به مواد تحت تیمار آسیب نمی‌رساند.
افزایش مقیاس مانو–ترمو–فراصوت‌دهی: از تجهیزات آزمایشگاهی UIP1000hdT (A) تا تجهیزات مقیاس پایلوت UIP4000hdT (B, C & D). در تصویر D، مقطع عرضی سلول جریان فراصوتی FC100K به‌صورت شماتیک نشان داده شده است.
تصویر و پژوهش: ©Vernès et al. 2019
سازوکار عملکرد: فراصوت پرتوان و کاویتاسیون آکوستیکی برای فرآوری غیرحرارتی
کاویتاسیون ایجادشده با فراصوت شامل تشکیل، رشد و فروپاشی حباب‌های میکروسکوپی درون مایع است. هنگام فروپاشی این حباب‌ها، انرژی به‌شکل امواج ضربه‌ای و ریزجت‌ها آزاد می‌شود. این انرژی مکانیکی برای فرایندهایی مانند تخریب سلولی، امولسیون‌سازی و کاهش اندازهٔ ذرات، بدون اتکا به دماهای بالا، به کار می‌رود.
در حوزهٔ مواد غذایی، دارویی و زیستی، فراصوت‌دهی با پروب مزایای متعددی مانند کاهش زمان فرآوری، حفظ ترکیبات حساس به گرما و حداقل آسیب به ساختارهای ظریف ارائه می‌دهد. ماهیت غیرحرارتی این روش به حفظ یکپارچگی ترکیبات زیست‌فعال، آنزیم‌ها و سایر اجزای حساس در این کاربردها کمک می‌کند؛ موضوعی که در تولید دارو، مواد غذایی و مکمل‌های تغذیه‌ای ضروری است.
سونیکاتورهای با عملکرد بالا برای تشدید فرایند
Hielscher Ultrasonics سونیکاتورهای پروبی را برای فرآوری غیرحرارتی مایعات و همچنین برای مانو–فراصوت‌دهی، ترمو–فراصوت‌دهی و ترمو–مانو–فراصوت‌دهی طراحی، تولید و عرضه می‌کند. مجموعهٔ گستردهٔ محصولات Hielscher Ultrasonics، پردازشگر فراصوتی بهینه را برای کاربرد شما ارائه می‌دهد. چه به فراصوت‌دهی ویال‌های کوچک یا بشرهای آزمایشگاهی نیاز داشته باشید، چه بخواهید در مقیاس پایلوت فرآوری کنید یا جریان‌های با حجم زیاد را به‌طور پیوسته تولید کنید، Hielscher سونیکاتور ایدئال را برای نیازهای فرآوری شما دارد!
راکتورها و سلول‌های جریان قابل‌فشارگذاری، مجهز به ژاکت‌های گرمایشی یا سرمایشی، امکان بهره‌برداری بی‌دردسر از هم‌افزایی میان فراصوت پرتوان، فشار و/یا گرما را فراهم می‌کنند.
دربارهٔ سونیکاتورهای Hielscher برای آزمایشگاه و تولید بیشتر بخوانید!
- بازده بالا
- فناوری پیشرفتهٔ روز
- قابلیت اطمینان و استحکام
- کنترل دقیق و قابل‌تنظیم فرایند
- ناپیوسته و درون‌خطی
- برای هر حجم
- نرم‌افزار هوشمند
- قابلیت‌های هوشمند (مانند برنامه‌پذیری، ثبت داده‌ها و کنترل از راه دور)
- کاربری آسان و ایمن
- نیاز اندک به نگهداری
- CIP (شست‌وشو در محل)
سونیکاتور پروبی UIP6000hdT همراه با سلول جریان قابل‌فشارگذاری. ژاکت گرمایشی/سرمایشی امکان فراصوت‌دهی در دماهای افزایش‌یافته یا کاهش‌یافته را فراهم می‌کند.
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
دستگاه‌های فراصوت Hielscher به برخورداری از بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی شهرت دارند. استحکام و کاربری آسان، ادغام بی‌دردسر دستگاه‌های فراصوت ما را در تأسیسات صنعتی ممکن می‌سازد. دستگاه‌های فراصوت Hielscher به‌آسانی از عهدهٔ شرایط سخت و محیط‌های پرچالش برمی‌آیند.
Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهی ISO است و بر دستگاه‌های فراصوت با عملکرد بالا، برخوردار از فناوری پیشرفتهٔ روز و کاربری آسان، تأکید ویژه‌ای دارد. البته دستگاه‌های فراصوت Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
منابع علمی / مراجع
- A. Meullemiestre, C. Breil, M. Abert-Vian, F. Chemat (2017): Manothermosonication as a useful tool for lipid extraction from oleaginous microorganisms. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 37, 2017. 216-221.
- Chemat, F., Rombaut, N., Sicaire, A. G., Meullemiestre, A., Fabiano-Tixier, A. S., & Abert-Vian, M. (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, 34, 2017. 540-560.
- Bermúdez-Aguirre, D., Mobbs, T., Barbosa-Cánovas, G.V. (2011): Ultrasound Applications in Food Processing. In: Feng, H., Barbosa-Canovas, G., Weiss, J. (eds) Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. Food Engineering Series. Springer, New York, NY.
- Yusaf, T. (2015): Evaluating the effect of heat transfer on cell disruption in ultrasound processes. Annals of Microbiology 65, 2015. 1447–1456.
- Vernès, Léa; Vian, Maryline; Maâtaoui, Mohamed; Tao, Yang; Bornard, Isabelle; Chemat, Farid (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry, 54, 2017.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های مختلف تولید می‌کند، از آزمایشگاهی تا صنعتی.