استخراج فراصوتی و اصل عملکرد آن
استخراج فراصوتی روش ترجیحی برای جداسازی ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی است. فراصوت‌دهی استخراج کامل را ممکن می‌سازد و در نتیجه، بازده بالاتر عصاره در زمان استخراج بسیار کوتاهی به دست می‌آید. استخراج فراصوتی به‌عنوان روشی بسیار کارآمد، در هزینه و زمان صرفه‌جویی می‌کند و در عین حال عصاره‌هایی با کیفیت بالا تولید می‌کند که در مواد غذایی، مکمل‌ها و داروها به کار می‌روند.
استخراج فراصوتی
استخراج فراصوتی در صنایع غذایی، مکمل‌های تغذیه‌ای و داروسازی برای آزادسازی ترکیبات زیست‌فعال مانند ویتامین‌ها، پلی‌فنول‌ها، پلی‌ساکاریدها، کانابینوئیدها و دیگر مواد شیمیایی گیاهی از مواد گیاهی به کار می‌رود. استخراج به کمک فراصوت بر اصل عملکرد کاویتاسیون آکوستیکی یا فراصوتی استوار است.
- بازده بالا
- کیفیت برتر
- عصاره‌های تمام‌طیف
- فرایند سریع
- سازگار با هر نوع حلال
- کاربری آسان و ایمن
- مقیاس‌پذیری خطی
- سازگار با محیط‌زیست
- بازگشت سریع سرمایه
پروب فراصوتی UP400St برای استخراج ترکیبات گیاهی به‌منظور تولید تنتورها و دم‌کرده‌های گیاهی.
کاویتاسیون آکوستیکی چگونه عمل می‌کند؟
استخراج فراصوتی زمانی رخ می‌دهد که امواج فراصوت با توان بالا و فرکانس پایین به دوغابی متشکل از مواد گیاهی در یک حلال کوپل شوند. امواج فراصوت پرتوان از طریق یک پردازشگر فراصوتی پروبی به دوغاب کوپل می‌شوند. امواج فراصوت پرانرژی در مایع انتشار می‌یابند و چرخه‌های متناوب فشار بالا / فشار پایین ایجاد می‌کنند که به پدیدهٔ کاویتاسیون آکوستیکی منجر می‌شود. کاویتاسیون آکوستیکی یا فراصوتی به‌صورت موضعی دماها، فشارها، نرخ‌های گرمایش/سرمایش و اختلاف فشارهای بسیار شدید و نیروهای برشی بالایی در محیط ایجاد می‌کند. هنگامی که حباب‌های کاویتاسیون روی سطح جامدات (مانند ذرات، سلول‌های گیاهی، بافت‌ها و غیره) به درون فرو می‌پاشند، ریزجت‌ها و برخوردهای بین‌ذره‌ای آثاری مانند لایه‌برداری سطحی، فرسایش، خردشدن ذرات، سونوپوریشن (ایجاد منفذ در دیواره‌ها و غشاهای سلولی) و تخریب سلولی ایجاد می‌کنند. علاوه بر این، فروپاشی حباب‌های کاویتاسیون در محیط‌های مایع، آشفتگی در مقیاس کلان و اختلاط در مقیاس خرد ایجاد می‌کند. تابش فراصوت راهی کارآمد برای تقویت فرایندهای انتقال جرم است، زیرا فراصوت‌دهی موجب کاویتاسیون و سازوکارهای مرتبط با آن، مانند حرکت‌های ریز ناشی از جت‌های مایع، فشرده‌سازی و رفع فشردگی در ماده و تخریب متعاقب دیواره‌های سلولی، و نیز نرخ‌های بالای گرمایش و سرمایش می‌شود.
سونیکاتورهای پروبی می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی ایجاد کنند که برای ایجاد کاویتاسیون مؤثر ضروری است. Hielscher Ultrasonic دستگاه‌های استخراج فراصوتی با عملکرد بالا تولید می‌کند که به‌آسانی می‌توانند دامنه‌های 200µm را در کارکرد پیوستهٔ 24/7 ایجاد کنند. برای دستیابی به دامنه‌های حتی بالاتر، Hielscher سونوتْرودهای (پروب‌های) ویژه با دامنهٔ بالا عرضه می‌کند.
راکتورهای فراصوتی و سلول‌های جریان با قابلیت اعمال فشار برای تشدید کاویتاسیون به کار می‌روند. با افزایش فشار، کاویتاسیون و نیروهای برشی ناشی از آن مخرب‌تر می‌شوند و در نتیجه اثرات استخراج فراصوتی را بهبود می‌بخشند.
استخراج فراصوتی بر کاویتاسیون آکوستیکی و نیروهای برشی هیدرودینامیکی آن استوار است
اثرات استخراج فراصوتی
تخریب سلولی فراصوتی و افزایش انتقال جرم
فراصوت می‌تواند هم از طریق تخریب سلولی و هم با تقویت انتقال جرم در لایهٔ مرزی پیرامون ماتریس جامد، به فرایندهای استخراج کمک کند.
سونوپوریشن، یعنی ایجاد منفذ در دیواره‌ها و غشاهای سلولی، نفوذپذیری دیواره‌ها و غشاهای سلولی را افزایش می‌دهد و اغلب مرحله‌ای میانی پیش از تخریب کامل سلول‌ها بر اثر فراصوت‌دهی است.
اثرات مکانیکی کاویتاسیون ناشی از فراصوت، مانند اختلاف‌های حرارتی و فشاری، امواج ضربه‌ای، نیروهای برشی، جت‌های مایع و ریزجریان‌ها، نفوذ حلال به درون سلول را تشدید می‌کنند و انتقال جرم بین سلول و حلال را بهبود می‌بخشند، به‌طوری‌که مواد بین‌سلولی به حلال منتقل می‌شوند.
استخراج فراصوتی از سلول‌های گیاهی: مقطع عرضی میکروسکوپی (TS)، سازوکار اثرگذاری در طول استخراج فراصوتی از سلول‌ها را نشان می‌دهد (بزرگ‌نمایی 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]
هموژنایزر فراصوتی UIP2000hdT (2kW) همراه با راکتور ناپیوسته با هم‌زدن پیوسته
تجهیزات استخراج فراصوتی
پردازشگرهای Hielscher Ultrasonics سامانه‌های استخراج با عملکرد بالا هستند که کاربری آسان و ایمنی دارند. Hielscher متناسب با مادهٔ اولیه، ظرفیت‌های فرایند و هدف خروجی شما، مناسب‌ترین سونیکاتور را ارائه می‌دهد. مجموعهٔ محصولات ما از سونیکاتورهای جمع‌وجور و پرتوانِ قابل نگه‌داشتن در دست، تا سامانه‌های رومیزی و واحدهای فراصوتی کاملاً صنعتی با توانایی پردازش چندین تن در ساعت را در بر می‌گیرد.
دستگاه‌های استخراج Hielscher Ultrasonics برای استخراج ناپیوسته و استخراج پیوستهٔ درون‌خطی قابل استفاده‌اند و می‌توان آن‌ها را همراه با هر نوع حلالی به کار برد.
لوازم جانبی متنوعی مانند سونوتْرودها (پروب‌ها) با اندازه‌ها و شکل‌های گوناگون، هورن‌های تقویت‌کننده، سلول‌های جریان با حجم‌ها و هندسه‌های مختلف، حسگرهای دما و فشار قابل اتصال و بسیاری از تجهیزات جانبی دیگر در دسترس‌اند تا بتوان مجموعهٔ فراصوتی ایدئال را برای فرایند استخراج شما فراهم کرد.
همهٔ مدل‌های دیجیتال ما به نرم‌افزار هوشمندی مجهز هستند که امکان تنظیم، پایش و تعیین پارامترهای استخراج را فراهم می‌کند. به کمک کنترل دقیق دامنه، زمان فراصوت‌دهی و چرخه‌های کاری، می‌توان به نتایج بهینهٔ فرایند، مانند بازده برتر و بالاترین کیفیت عصاره دست یافت. ثبت خودکار داده‌های فرایند فراصوت‌دهی، مبنای استانداردسازی فرایند و بازتولیدپذیری / تکرارپذیری است که برای اصول صحیح تولید (GMP) ضروری هستند.
پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی فراهم کنند. کار با دامنه‌های تا 200µm به‌آسانی و به‌طور پیوسته در کارکرد 24/7 امکان‌پذیر است. برای دامنه‌های حتی بالاتر، سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی در دسترس هستند. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher امکان کارکرد 24/7 را تحت بار کاری سنگین و در محیط‌های دشوار فراهم می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی .
منابع علمی / مراجع
- 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.
دانستنی‌ها
عصاره‌های گیاهی
عصاره‌های گیاهی ترکیبات زیست‌فعالی هستند که از مواد گیاهی مانند گیاهان علفی، گل‌ها، برگ‌ها، ساقه‌ها، ریشه‌ها و دیگر بخش‌های گیاه جدا می‌شوند. ترکیبات زیست‌فعال مانند ویتامین‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها، پلی‌فنول‌ها، پلی‌ساکاریدها، کانابینوئیدها و دیگر مولکول‌های گیاهی به‌عنوان افزودنی‌های غذایی فراسودمند، فرآورده‌های تغذیه‌ای‌دارویی، فرآورده‌های آرایشی‌درمانی، داروها و نیز رنگ‌دهنده‌های طبیعی به کار می‌روند.