Ultraääniuutto ja sen toimintaperiaate
Ultraääniuutto on ensisijainen menetelmä bioaktiivisten yhdisteiden eristämiseen kasvimateriaaleista. Ultraäänikäsittelyllä saavutetaan täydellinen uutto ja siten erinomaiset uutesaannot hyvin lyhyessä uuttoajassa. Tehokkaana uuttomenetelmänä ultraääniuutto säästää kustannuksia ja aikaa sekä tuottaa korkealaatuisia uutteita, joita käytetään elintarvikkeissa, ravintolisissä ja lääkkeissä.
Ultraääniuutto
Ultraääniuuttoa käytetään elintarvike-, ravintolisä- ja lääketeollisuudessa bioaktiivisten yhdisteiden, kuten vitamiinien, polyfenolien, polysakkaridien, kannabinoidien ja muiden fytokemikaalien, vapauttamiseen kasvimateriaaleista. Ultraääniavusteinen uutto perustuu akustisen eli ultraäänikavitaation toimintaperiaatteeseen.
- Suuret saannot
- Erinomainen laatu
- Täyden kirjon uutteet
- Nopea prosessi
- Yhteensopiva kaikkien liuottimien kanssa
- Helppo ja turvallinen käyttää
- Lineaarinen skaalautuvuus
- Ympäristöystävällinen
- Lyhyt investoinnin takaisinmaksuaika
Ultraäänianturi UP400St kasviyhdisteiden uuttamiseen tinktuurien ja kasvihaudukkeiden valmistusta varten.
Miten akustinen kavitaatio toimii?
Ultraääniuutto saadaan aikaan kytkemällä suuritehoisia, matalataajuisia ultraääniaaltoja lietteeseen, joka koostuu liuottimessa olevasta kasvimateriaalista. Suuritehoiset ultraääniaallot kytketään lietteeseen anturityyppisellä ultraääniprosessorilla. Erittäin energiapitoiset ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi ja synnyttävät vuorottelevia korkean ja matalan paineen jaksoja, jotka aiheuttavat akustiseksi kavitaatioksi kutsutun ilmiön. Akustinen eli ultraäänikavitaatio aiheuttaa väliaineessa paikallisesti äärimmäisiä lämpötiloja, paineita, kuumenemis- ja jäähtymisnopeuksia, paine-eroja ja suuria leikkausvoimia. Kun kavitaatiokuplat luhistuvat kiinteiden aineiden (kuten hiukkasten, kasvisolujen ja kudosten) pinnalla, mikrosuihkut ja hiukkasten väliset törmäykset aiheuttavat esimerkiksi pinnan kuoriutumista, eroosiota, hiukkasten hajoamista, sonoporaatiota (soluseinien ja solukalvojen rei’ittymistä) ja solujen hajotusta. Lisäksi kavitaatiokuplien luhistuminen nestemäisissä väliaineissa aiheuttaa makroturbulenssia ja mikrosekoittumista. Ultraäänellä säteilyttäminen on tehokas tapa tehostaa aineensiirtoprosesseja, sillä ultraäänikäsittely aiheuttaa kavitaatiota ja siihen liittyviä mekanismeja, kuten nestesuihkujen synnyttämää mikroliikettä, materiaalin puristumista ja laajenemista sekä näitä seuraavaa soluseinien hajoamista, samoin kuin suuria kuumenemis- ja jäähtymisnopeuksia.
Anturityyppiset ultraäänilaitteet voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja, mikä on välttämätöntä voimakkaan kavitaation synnyttämiseksi. Hielscher Ultrasonic valmistaa suorituskykyisiä ultraääniuuttolaitteita, jotka voivat helposti tuottaa 200 µm:n amplitudeja jatkuvassa 24/7-käytössä. Vielä suurempia amplitudeja varten Hielscher tarjoaa erityisiä suuren amplitudin sonotrodeja (antureita).
Paineistettavia ultraäänireaktoreita ja virtauskennoja käytetään kavitaation voimistamiseen. Paineen kasvaessa kavitaatio ja kavitaation aiheuttamat leikkausvoimat muuttuvat tuhoavammiksi ja tehostavat siten ultraääniuuton vaikutuksia.
Ultraääniuutto perustuu akustiseen kavitaatioon ja sen hydrodynaamisiin leikkausvoimiin
Ultraääniuuton vaikutukset
Solujen hajotus ultraäänellä ja aineensiirron tehostuminen
Ultraääni voi edistää uuttoprosesseja sekä hajottamalla soluja että tehostamalla aineensiirtoa kiinteää matriisia ympäröivässä rajakerroksessa.
Sonoporaatio eli soluseinien ja solukalvojen rei’ittyminen lisää niiden läpäisevyyttä ja on usein välivaihe ennen solujen täydellistä hajoamista ultraäänikäsittelyssä.
Ultraäänen aiheuttaman kavitaation mekaaniset vaikutukset, kuten lämpö- ja paine-erot, iskuaallot, leikkausvoimat, nestesuihkut ja mikrovirtaukset, tehostavat liuottimen tunkeutumista solun sisään ja parantavat aineensiirtoa solun ja liuottimen välillä siten, että solujen väliset aineet siirtyvät liuottimeen.
Ultraääniuutto kasvisoluista: mikroskooppinen poikkileikkaus (TS) osoittaa solujen ultraääniuuton vaikutusmekanismin (suurennus 2000x) [lähde: Vilkhu ym. 2011]
Ultraäänihomogenisaattori UIP2000hdT (2 kW), jossa on jatkuvasti sekoitettava panosreaktori
Ultraääniuuttolaitteet
Hielscher Ultrasonics -prosessorit ovat suorituskykyisiä uuttojärjestelmiä, joiden käyttö on helppoa ja turvallista. Hielscher tarjoaa käyttöösi sopivimman ultraäänilaitteen raaka-aineesi, prosessikapasiteettisi ja tuotantotavoitteesi perusteella. Tuotevalikoimamme kattaa kompaktit, tehokkaat käsikäyttöiset ultraäänilaitteet, pöytämalliset järjestelmät ja täysin teolliset ultraääniyksiköt, jotka pystyvät käsittelemään useita tonneja tunnissa.
Hielscher Ultrasonics -uuttolaitteita voidaan käyttää panosuuttoon ja jatkuvaan linjassa tapahtuvaan uuttoon sekä yhdessä minkä tahansa liuottimen kanssa.
Saatavilla on erilaisia lisävarusteita, kuten erikokoisia ja -muotoisia sonotrodeja (antureita), amplitudinvahvistimia, tilavuudeltaan ja geometrialtaan erilaisia virtauskennoja, liitettäviä lämpötila- ja paineantureita sekä monia muita varusteita, joiden avulla voidaan koota ihanteellinen ultraäänilaitteisto uuttoprosessiasi varten.
Kaikki digitaaliset mallimme on varustettu älykkäällä ohjelmistolla, jonka avulla voit säätää, valvoa ja asettaa uuttoparametreja. Amplitudin, ultraäänikäsittelyajan ja käyttöjaksojen tarkan hallinnan ansiosta voidaan saavuttaa optimaalisia prosessituloksia, kuten erinomainen saanto ja uutteiden korkein laatu. Ultraäänikäsittelyn prosessitietojen automaattinen tallennus muodostaa perustan prosessin standardoinnille sekä uusittavuudelle / toistettavuudelle, joita hyvät tuotantotavat (GMP) edellyttävät.
Hielscher Ultrasonics -yhtiön teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. Amplitudeja, joiden suuruus on jopa 200µm, voidaan helposti ylläpitää jatkuvassa 24/7-käytössä. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscher tarjoaa ultraäänilaitteita, joiden kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön kovassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Panostilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2 000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä: UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Tehokkaat ultraäänihomogenisaattorit laboratoriomittakaavasta aina pilottimittakaavaan ja teolliseen mittakaavaan.
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Kasviuutteet
Kasviuutteet ovat bioaktiivisia yhdisteitä, jotka eristetään kasvimateriaalista, kuten yrteistä, kukista, lehdistä, varsista, juurista ja muista kasvinosista. Bioaktiivisia yhdisteitä, kuten vitamiineja, antioksidantteja, polyfenoleja, polysakkarideja, kannabinoideja ja muita kasvimolekyylejä, käytetään funktionaalisina elintarvikelisäaineina, nutraseuttisina ja kosmeseuttisina tuotteina, lääkkeinä sekä luonnollisina väriaineina.