Ultrazvučna ekstrakcija i njezino načelo rada
Ultrazvučna ekstrakcija preferirana je tehnika za izolaciju bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala. Sonikacijom se postiže potpuna ekstrakcija, čime se ostvaruju vrhunski prinosi ekstrakta u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije. Kao tako učinkovita metoda ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija štedi troškove i vrijeme, a istodobno daje visokokvalitetne ekstrakte koji se upotrebljavaju za hranu, dodatke prehrani i farmaceutske proizvode.
Ultrazvučna ekstrakcija
Ultrazvučna ekstrakcija upotrebljava se u prehrambenoj industriji, industriji dodataka prehrani i farmaceutskoj industriji za oslobađanje bioaktivnih spojeva poput vitamina, polifenola, polisaharida, kanabinoida i drugih fitokemikalija iz biljnog materijala. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom temelji se na načelu rada akustične ili ultrazvučne kavitacije.
- Visoki prinosi
- Vrhunska kvaliteta
- Ekstrakti punog spektra
- Brz postupak
- Kompatibilnost s bilo kojim otapalom
- Jednostavan i siguran rad
- Linearno povećanje mjerila
- Ekološka prihvatljivost
- Brz povrat ulaganja
Ultrazvučna sonda UP400St za ekstrakciju biljnih spojeva radi proizvodnje tinktura i biljnih infuzija.
Kako djeluje akustična kavitacija?
Ultrazvučna ekstrakcija postiže se kada se ultrazvučni valovi velike snage i niske frekvencije uvode u suspenziju biljnog materijala u otapalu. Ultrazvučni valovi velike snage uvode se u suspenziju putem ultrazvučnog procesora sa sondom. Ultrazvučni valovi visoke energije putuju kroz tekućinu stvarajući izmjenične cikluse visokog / niskog tlaka, što dovodi do pojave akustične kavitacije. Akustična ili ultrazvučna kavitacija lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, tlakova, brzina zagrijavanja/hlađenja, razlika tlaka i velikih smičnih sila u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini krutih tvari (poput čestica, biljnih stanica, tkiva itd.), mikromlazovi i sudari među česticama stvaraju učinke poput ljuštenja površine, erozije, usitnjavanja čestica, sonoporacije (perforacije staničnih stijenki i staničnih membrana) i razaranja stanica. Osim toga, implozija kavitacijskih mjehurića u tekućim medijima stvara makroturbulencije i mikromiješanje. Ultrazvučno ozračivanje učinkovit je način poboljšanja procesa prijenosa mase jer sonikacija uzrokuje kavitaciju i s njom povezane mehanizme poput mikropomicanja izazvanog mlazovima tekućine, kompresije i dekompresije u materijalu s posljedičnim razaranjem staničnih stijenki, kao i velike brzine zagrijavanja i hlađenja.
Ultrazvučni uređaji sa sondom mogu stvarati vrlo visoke amplitude, što je potrebno za stvaranje snažne kavitacije. Hielscher Ultrasonic proizvodi ultrazvučne ekstraktore visokih performansi koji lako mogu stvarati amplitude od 200µm tijekom neprekidnog rada 24/7. Za još više amplitude Hielscher nudi posebne sonotrode (sonde) za visoke amplitude.
Ultrazvučni reaktori i protočne ćelije koji se mogu staviti pod tlak upotrebljavaju se za pojačavanje kavitacije. S povećanjem tlaka kavitacija i kavitacijske smične sile postaju razornije te tako poboljšavaju učinke ultrazvučne ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnoj kavitaciji i njezinim hidrodinamičkim smičnim silama
Učinci ultrazvučne ekstrakcije
Ultrazvučno razaranje stanica i povećanje prijenosa mase
Ultrazvuk može potpomoći procese ekstrakcije i razaranjem stanica i poboljšanjem prijenosa mase u graničnom sloju koji okružuje čvrsti matriks.
Sonoporacija, odnosno perforacija staničnih stijenki i membrana, povećava propusnost staničnih stijenki i membrana te je često međukorak prije potpunog razaranja stanica sonikacijom.
Mehanički učinci kavitacije izazvane ultrazvukom, poput razlika u toplini i tlaku, udarnih valova, smičnih sila, mlazova tekućine i mikrostrujanja, pojačavaju prodiranje otapala u unutrašnjost stanice i poboljšavaju prijenos mase između stanice i otapala tako da se međustanične tvari prenose u otapalo.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih stanica: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tijekom ultrazvučne ekstrakcije iz stanica (povećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvučni homogenizator UIP2000hdT (2kW) sa šaržnim reaktorom s kontinuiranim miješanjem
Oprema za ultrazvučnu ekstrakciju
Procesori Hielscher Ultrasonics sustavi su za ekstrakciju visokih performansi kojima je jednostavno i sigurno rukovati. Ovisno o vašoj sirovini, procesnim kapacitetima i ciljanoj količini proizvoda, Hielscher vam nudi najprikladniji ultrazvučni uređaj. Naš asortiman proizvoda obuhvaća kompaktne, snažne ručne ultrazvučne uređaje, stolne sustave i potpuno industrijske ultrazvučne jedinice koje mogu obraditi nekoliko tona na sat.
Ekstraktori Hielscher Ultrasonics mogu se upotrebljavati za šaržnu i kontinuiranu ekstrakciju u liniji te u kombinaciji s bilo kojim otapalom.
Dostupan je raznovrstan pribor poput sonotroda (sondi) različitih veličina i oblika, pojačivača amplitude, protočnih ćelija različitih volumena i geometrija, priključnih senzora temperature i tlaka te brojnih drugih dodataka za sastavljanje idealnog ultrazvučnog sustava za vaš proces ekstrakcije.
Svi naši digitalni modeli opremljeni su inteligentnim softverom koji vam omogućuje prilagodbu, praćenje i postavljanje parametara ekstrakcije. Zahvaljujući preciznoj kontroli amplitude, vremena sonikacije i radnih ciklusa mogu se postići optimalni rezultati procesa poput vrhunskog prinosa i najviše kvalitete ekstrakta. Automatsko bilježenje podataka o procesu sonikacije temelj je za standardizaciju procesa i reproducibilnost / ponovljivost, koje su potrebne za dobru proizvođačku praksu (GMP).
Industrijski ultrazvučni procesori Hielscher Ultrasonics mogu ostvariti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm lako se mogu održavati neprekidno tijekom rada 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost ultrazvučne opreme Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikom opterećenju i u zahtjevnim okruženjima.
Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skup uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijskog do pilotnog i industrijskog mjerila.
Literatura / Reference
- 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.
Korisne činjenice
Biljni ekstrakti
Biljni ekstrakti bioaktivni su spojevi izolirani iz biljnog materijala poput ljekovitog bilja, cvjetova, listova, stabljika, korijena i drugih biljnih dijelova. Bioaktivni spojevi poput vitamina, antioksidansa, polifenola, polisaharida, kanabinoida i drugih biljnih molekula upotrebljavaju se kao funkcionalni dodaci hrani, nutraceutici, kozmeceutici, farmaceutski proizvodi te prirodna bojila.