بهبود استخراج با سیال فوق‌بحرانی به کمک فراصوت پرتوان
استخراج فراصوتی، به‌تنهایی یا در ترکیب با روش‌های جایگزین استخراج مانند استخراج با حلال یا دستگاه‌های استخراج با CO2 فوق‌بحرانی، با موفقیت برای استخراج طیف کامل کانابینوئیدها از گیاه کانابیس (شاهدانه و ماری‌جوانا) به کار می‌رود. در ماری‌جوانا، کانابینوئید اصلی Δ9-تتراهیدروکانابینول (Δ9-THC) است که اثرات روان‌گردان آن به‌خوبی شناخته شده‌اند. سایر کانابینوئیدهای مهم با فعالیت روان‌گردان کمتر یا بدون چنین فعالیتی، هم در شاهدانه و هم در ماری‌جوانا یافت می‌شوند و شامل اسید کانابیدیولیک (CBDA)، کانابیدیول (CBD)، کانابیگرول (CBG)، کانابی‌کرومن (CBC)، کانابینول (CBN) و کانابی‌سیکلول (CBL)، همراه با سایر همولوگ‌های مرتبط با C19 هستند.
بهبود استخراج با CO2 فوق‌بحرانی به کمک فراصوت
ترکیب فراصوت پرتوان و دستگاه‌های استخراج با سیال فوق‌بحرانی (SFE)، روشی بسیار کارآمد و پاک برای تسریع و بهبود فرایندهای انتقال جرم است. انتقال جرم بین مادهٔ اولیه (برای مثال، مواد گیاهی مانند برگ‌ها، گل‌ها، غنچه‌ها و غیره) و حلال (برای مثال، CO2 فوق‌بحرانی) عامل محدودکننده در فرایندهای استخراج است. محدود بودن انتقال جرم، کارایی استخراج را کاهش می‌دهد. برای جبران این کمبود کارایی، یا باید زمان استخراج افزایش یابد یا باید کاهش بازده استخراج را پذیرفت.
فراصوت‌دهی پرتوان، فناوری اثبات‌شده‌ای برای تشدید واکنش‌های کند از طریق بهبود انتقال جرم بین دو فاز است. فراصوت پرتوان با ایجاد ارتعاشات شدید، نیروهای برشی و جریان‌های متلاطم هم‌زننده، مادهٔ اولیهٔ استخراج را با آهنگی به‌مراتب بیشتر در تماس با حلال قرار می‌دهد. این امر به بازده بالاتر استخراج و کاهش زمان استخراج منجر می‌شود. فراصوت‌دهی، کارایی استخراج را در هر نوع دستگاه استخراج با سیال فوق‌بحرانی به روش‌های زیر افزایش می‌دهد:
- با افزایش بازده
- با کوتاه کردن زمان استخراج
- با کاهش فشار موردنیاز
- با بهبود ظرفیت کلی تولید
UIP2000hdT دستگاه استخراج فراصوتی است که می‌توان آن را با اتصال فلنجی به ستون‌های استخراج با CO
بهبود فراصوتی انتقال جرم در فرایندهای استخراج با CO2 فوق‌بحرانی را می‌توان به‌سادگی با نصب یک پروب فراصوتی با عملکرد بالا، مانند Cascatrode، در دستگاه استخراج با سیال فوق‌بحرانی محقق کرد. پروب‌های Hielscher Ultrasonics (که با نام‌های هورن فراصوتی و سونوتْرود نیز شناخته می‌شوند) را می‌توان از طریق اتصال فلنجی با آب‌بندی استاندارد متصل کرد و این پروب‌ها با اتصالات swedge lock نیز سازگارند. این ویژگی، نصب و بهره‌برداری را ساده و ایمن می‌کند. ازآنجاکه همهٔ سونیکاتورهای Hielscher به استحکام و عملکرد مداوم شناخته می‌شوند، سامانه پس از نصب به نگهداری کمی نیاز دارد.
سونیکاتورها و پروب‌های Hielscher برای موارد زیر عرضه می‌شوند
- دستگاه‌های استخراج با سیال فوق‌بحرانی در مقیاس کوچک / آزمایشگاهی
- مقیاس نیمه‌صنعتی
- مقیاس صنعتی
دستگاه استخراج فراصوتی نصب‌شده در یک سامانهٔ CO2 فوق‌بحرانی برای بهبود انتقال جرم. این کار بازده استخراج را افزایش و زمان و دمای استخراج را کاهش می‌دهد.
شکل و پژوهش: Hu et al. 2007
مطالعهٔ موردی دربارهٔ بهبود استخراج با CO2 فوق‌بحرانی به کمک فراصوت
استخراج از زنجبیل: Balachandran et al. (2006) کارایی استخراج با CO2 فوق‌بحرانی به کمک فراصوت را با استفاده از دستگاه Hielscher بررسی کردند: سونیکاتور UIP500hdT. آن‌ها تأثیر فراصوت بر استخراج فوق‌بحرانی را با استفاده از زنجبیل خشک‌شده به روش انجمادی مطالعه کردند. «بازده استخراج ترکیبات تند زنجبیل تحت تأثیر فراصوت به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد و در اواخر دورهٔ استخراج، این بهبود به 30% می‌رسد.» (Balachandran et al. 2006)
دربارهٔ استخراج فراصوتی از زنجبیل بیشتر بخوانید!
تصاویر FESEM از ذرات زنجبیل. (A) آزمایش‌ها بدون فراصوت‌دهی، (B) آزمایش‌ها همراه با فراصوت‌دهی با استفاده از UIP500hdT .
تصویر و پژوهش: Balachandran et al. 2006
- انتقال جرم را طی SFE تشدید کنند
- بازده تولید عصاره را افزایش دهند
- استخراج SFE را تسریع کنند
- به‌راحتی در فشارهای بالا کار کنند
- مواد اولیهٔ گوناگون را پردازش کنند
- به سامانه‌های SFE موجود افزوده شوند
- با انعطاف‌پذیری نصب شوند
- با دقت کنترل شوند
- از راه دور کنترل شوند
- به‌صورت ایمن به کار گرفته شوند
دستگاه‌های استخراج فراصوتی پرتوان برای استخراج با سیال فوق‌بحرانی
سونیکاتورهای Hielscher را می‌توان به‌راحتی در هر دستگاه متداول استخراج با CO2 فوق‌بحرانی نصب کرد تا انتقال جرم بهبود یابد و در نتیجه بازده استخراج افزایش پیدا کند.
پروب‌های فراصوتی از نوع CascatrodeTM به‌ویژه برای یکپارچه‌سازی با دستگاه استخراج با CO2 مناسب‌اند، زیرا پروب‌های cascatrode شرکت Hielscher دارای سطح بزرگی هستند که کاویتاسیون شدیدی را در مخازن بزرگ سامانه‌های استخراج با CO2 ایجاد می‌کند و از این طریق می‌تواند حجم‌های زیاد را به‌راحتی پردازش کند. پردازشگرهای فراصوتی صنعتی مستحکم و قابل‌اعتماد Hielscher Ultrasonics می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی ایجاد کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm در بهره‌برداری 24/7 به‌راحتی امکان‌پذیر است. برای دامنه‌های حتی بالاتر، سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی عرضه می‌شوند. کارکرد پیوسته و قابل‌اعتماد در دامنه‌های بالا، همراه با استحکام و نیاز کم دستگاه‌های استخراج فراصوتی Hielscher به نگهداری، آن‌ها را به تجهیزاتی ایدئال برای نصب در دستگاه‌های تحقیق‌وتوسعه (R&D) و تجاری استخراج با CO2 فوق‌بحرانی / زیر‌بحرانی تبدیل می‌کند.
- عملکرد بالا به‌صورت مداوم
- کارکرد 24/7/365
- کنترل دقیق فرایند
- استحکام
- نیاز کم به نگهداری
- بهره‌برداری ایمن و آسان
- کنترل از راه دور از طریق مرورگر
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200St, UP400St |
| 0٫1 تا 8L | 0٫2 تا 2L/min | UIP500hdT |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
منابع / مراجع
- S. Balachandran, S.E. Kentish, R. Mawson, M. Ashokkumar (2006): Ultrasonic enhancement of the supercritical extraction from ginger. Ultrasonics Sonochemistry
Volume 13, Issue 6, Sept. 2006. 471-479. - Yanxiang Gao, Bence Nagy, Xuan Liu, Béla Simándi, Qi Wang (2009): Supercritical CO2 extraction of lutein esters from marigold (Tagetes erecta L.) enhanced by ultrasound. The Journal of Supercritical Fluids. Volume 49, Issue 3, 2009. 345-350.
- E. Riera, A. Blanco, J. García, J. Benedito, A. Mulet, J. A. Gallego-Juárez, M. Blasco (2010): High-power ultrasonic system for the enhancement of mass transfer in supercritical CO2 extraction processes. Ultrasonics, 50, 2010, 306-309.
- Ai-jun Hu, Shuna Zhao, Hanhua Liang, Tai-qiu Qiu, Guohua Chen (2007): Ultrasound assisted supercritical fluid extraction of oil and coixenolide from adlay seed. Ultrasonics Sonochemistry Volume 14, Issue 2, Feb. 2007. 219-224.
فراصوت با عملکرد بالا! گسترهٔ محصولات Hielscher تمام طیف تجهیزات، از سونیکاتور آزمایشگاهی جمع‌وجور و دستگاه‌های رومیزی تا سامانه‌های فراصوتی تمام‌صنعتی را پوشش می‌دهد.