Բարձր արդյունավետությամբ ջրային էքստրակցիա՝ հզոր ուլտրաձայնի կիրառմամբ

Բուսական միացությունների ջրային էքստրակցիան (օրինակ՝ սառը կամ տաք ջրով էքստրակցիան, ճնշման տակ ջրով էքստրակցիան և ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիան) կարելի է արդյունավետորեն բարելավել ուլտրաձայնային մշակմամբ։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ ջրային էքստրակցիան ոչ միայն ապահովում է ավելի բարձր ելք և կրճատում մշակման ժամանակը, այլև էքստրակցիայի ավանդական մեթոդների համեմատ նվազեցնում է էներգիայի սպառումը, ապահովում է էքստրակցիայի ավելի մեղմ պայմաններ և բարձրորակ էքստրակտներ։ Ուլտրաձայնային ջրային էքստրակցիան հաջողությամբ կիրառվում է բուսական ծագման բազմաթիվ միացությունների, այդ թվում՝ ալկալոիդների, ֆլավոնոիդների, գլիկոզիդների, ֆենոլային միացությունների և պոլիսախարիդների էքստրակցիայի համար։

Կենսաակտիվ միացությունների ուլտրաձայնային ջրային էքստրակցիա

Ջուրն ամենաբևեռային լուծիչն է, ինչի շնորհիվ այն հիանալի լուծիչ է բևեռային միացությունների համար։ Իր ոչ թունավոր և շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ բնույթի շնորհիվ ջուրը կլիներ իդեալական լուծիչ ցանկացած բուսական էքստրակտի համար։ Սակայն պակաս բևեռային և ոչ բևեռային բաղադրիչները ջրում վատ են լուծվում կամ ընդհանրապես չեն լուծվում։ Բացի այդ, առանց զանգվածափոխանակության որևէ խթանման, ջրում էքստրակցիայի գործընթացը կլիներ անհավանականորեն դանդաղ և, հետևաբար, տնտեսապես ոչ շահավետ։ Բարձր ինտենսիվության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնը էքստրակցիայի շատ արդյունավետ մեթոդ է, որն ապահովում է ինտենսիվ խառնում և զանգվածափոխանակություն։ Ուստի հայտնի է, որ ուլտրաձայնային էքստրակցիան էական առավելություններ է ապահովում էքստրակցիայի ավանդական մեթոդների նկատմամբ։ Այդ առավելություններից են ավելի բարձր ելքը, արագ մշակումը, խմբաքանակերի մշակման արագ ու սրընթաց ցիկլերը, ինչպես նաև հոսքագծում անընդհատ էքստրակցիան, էկոլոգիապես բարենպաստ լուծիչների օգտագործումը, էքստրակտի միացությունները պահպանող էքստրակցիայի մեղմ պայմանները, շահագործման անվտանգությունը և առևտրային արտադրության համար դեպի ավելի մեծ արտադրողականություն մասշտաբավորման հեշտությունը։ (տե՛ս Zabot et al., 2021)

Ուլտրաձայնային մշակմամբ բարելավված տաք ջրով էքստրակցիա

Ջրային էքստրակցիայի ընթացքում բուսական նյութերի էքստրակցիան որոշող պարամետրերն են ջերմաստիճանը, ժամանակը, ճնշումը և բուսական նյութի մակերեսի մեծությունը։ Ջրի բարձր ջերմաստիճանի շնորհիվ տաք ջրային էքստրակտ կարելի է պատրաստել համեմատաբար կարճ ժամանակում։
Լուծումը՝ Ուլտրաձայնային խառնելու կիրառմամբ կարելի է զգալիորեն բարձրացնել ելքը և էքստրակցիայի արագությունը։ Միայն տաք ջուրն ունի բջջային կառուցվածքները քայքայելու սահմանափակ կարողություն, իսկ բարձր ջերմաստիճանները հաճախ վնասում կամ ոչնչացնում են ջերմաանկայուն միացությունները, ինչի հետևանքով տուժում է էքստրակտի որակը։ Երբ ուլտրաձայնային էքստրակցիան համակցվում է տաք ջրով էքստրակցիայի հետ, ջերմաստիճանը կարելի է կտրուկ նվազեցնել (օրինակ՝ 100°C-ից մինչև 50°C), ինչը կանխում է էքստրակցվող բուսական բաղադրիչների ջերմային քայքայումը, մեծացնում ընդհանուր ելքը և խնայում էներգիան։ Ուլտրաձայնային կավիտացիան ուլտրաձայնային էքստրակցիայի երևույթի հիմքում ընկած սկզբունքն է։ Ուլտրաձայնային (կամ ակուստիկ) կավիտացիայի ուժերը զուտ մեխանիկական են․ դրանք քայքայում են բջջապատերը, ազատում թիրախային միացությունները և բարելավում զանգվածափոխանակությունը բջջի ներքին միջավայրի և ջրի (լուծիչի) միջև։ Այսպիսով, ուլտրաձայնային ջրային էքստրակցիան ապահովում է էքստրակցիայի գերազանց արդյունքներ։

Ուլտրաձայնային մշակմամբ բարելավված սառը ջրով էքստրակցիա

Սառը ջրով էքստրակցիան (սառը ջրով թրմումը) զգալիորեն պակաս արդյունավետ է, քանի որ խուսափում են տաք ջրի օգտագործումից։ Սառը կամ սենյակային ջերմաստիճանի ջուրը բուսական միացություններն այնքան էլ լավ չի էքստրակցում, քանի որ սառը ջուրը բուսական նյութի մեջ ներծծվում է իսկապես դանդաղ, իսկ զանգվածափոխանակությունը գրեթե աննշան է։ Սառը ջրով էքստրակցիայի առավելությունը ջերմաստիճանի ցանկացած բարձրացումից խուսափելն է, ինչն էլ կանխում է ջերմազգայուն միացությունների ջերմային քայքայումը։ Սակայն էքստրակցիայի շատ թույլ դինամիկան սառը ջրով ավանդական էքստրակցիան դարձնում է առևտրային արտադրության համար անիրագործելի։ Այդ պատճառով սառը ջրով թրմումն իր դանդաղության և անարդյունավետության հետևանքով կիրառվում է գրեթե բացառապես փորձարարական փուլում։
Լուծումը՝ Սառը ջրով էքստրակցիայի մեջ ուլտրաձայնային մշակման ներդրմամբ կարելի է հեշտությամբ հաղթահարել սառը ջրում թրջման դանդաղությունն ու անարդյունավետությունը։ Ուլտրաձայնով ինտենսիվացված սառը ջրով էքստրակցիան թույլ է տալիս պահպանել էքստրակցիայի ցածր ջերմաստիճանները՝ միաժամանակ պինդ–հեղուկ միջավայրում հաղորդելով ինտենսիվ սահքի ուժեր։ Ուլտրաձայնային էքստրակցիայի մեխանիզմի արդյունքում բջջապատերը բացվում են, և բուսական միացություններն արագորեն արտազատվում են ջրի մեջ։ Սառը ջրով ուլտրաձայնային էքստրակցիան և թրմումը սառը թրջումը վերածում են խիստ արդյունավետ գործընթացի՝ էքստրակցիայի կարճ ժամանակահատվածում ապահովելով բարձր ելքեր և բարձրորակ էքստրակտներ։

Ճնշման տակ ջրով էքստրակցիա՝ համակցված ուլտրաձայնային մշակման հետ

Ուլտրաձայնային էքստրակցիան բնութագրվում է միկրոխառնմամբ, որը տատանումների միջոցով նպաստում է լուծիչի ավելի մեծ դիֆուզիային դեպի մասնիկի ներսը և մասնիկի ներսից դեպի մակերևույթ՝ ինտենսիվացնելով զանգվածափոխանակությունը։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակումը փոքրացնում է բջջային նյութի մասնիկների չափը, ինչն ուժեղացնում է ուլտրաձայնի օժանդակությամբ ճնշման տակ հեղուկով էքստրակցիայի ազդեցությունները։ Մոտավորապես 0,68 mm չափի փոքր մասնիկներն ապահովում են ավելի բարձր ելքեր, քան ավելի մեծ մասնիկները (մոտավորապես 1,05 mm), քանի որ ավելի մեծ մակերեսը թույլ է տալիս զգալիորեն ուժեղացնել զանգվածափոխանակությունը և դրանով իսկ բարձրացնել էքստրակցիայի ելքերը։ (տե՛ս Zabot et al., 2021)

Ճնշման տակ սառը ջրով արդյունավետ էքստրակցիա՝ հզոր ուլտրաձայնի կիրառմամբ

Բարձր ճնշման տակ հեշտանում է սառը ջրի ներթափանցումը բուսական հյուսվածքների մեջ, և ջրալույծ ֆիտոքիմիական միացությունները լուծվում են՝ առանց ջերմային քայքայման։ Բարձր ճնշման տակ սառը ջրով էքստրակցիայի մեթոդը կարելի է համակցել ուլտրաձայնի հետ՝ բուսական բևեռային և ոչ բևեռային բաղադրիչների անջատումը բարելավելու համար։ Ջուրը՝ որպես ոչ թունավոր, էժան և էկոլոգիապես բարենպաստ լուծիչ, գրավիչ այլընտրանք է օրգանական լուծիչին, հատկապես բուսական ծագման սննդամթերքի, բուժական միջոցների և սննդային հավելումների արտադրության դեպքում։
Ուլտրաձայնով ինտենսիվացված՝ ճնշման տակ սառը ջրով էքստրակցիայի համար էքստրակցիայի տարողության կամ հոսքային բջջի մեջ տեղադրվում է ուլտրաձայնային զոնդ (սոնոտրոդ)։ Տարողության կամ հոսքային բջջի ներսում սովորաբար ստեղծվում է 5–100 barg ճնշում՝ կախված էքստրակտի թիրախային միացություններից։ Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մատակարարում է նույնիսկ անհատական պահանջներին համապատասխան պատրաստված արդյունաբերական ուլտրաձայնային ռեակտորներ և հոսքային բջիջ, որոնցում կարելի է ստեղծել մինչև 300barg ճնշում՝ թույլ տալով սահմանել ձեր էքստրակցիայի գործընթացի օպտիմալ ճնշումը։
 

Ուլտրաձայնային մշակմամբ բարելավված՝ գերկրիտիկական ջրով էքստրակցիա

Ուլտրաձայնով ուժեղացված՝ ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիան մեկ այլ սիներգետիկ մեթոդ է, որի դեպքում հզոր ուլտրաձայնը բարելավում է պինդ և հեղուկ ֆազերի միջև զանգվածափոխանակությունը։ Ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիան (SWE) – որը հայտնի է նաև որպես ճնշման տակ տաք ջրով էքստրակցիա կամ գերտաքացված ջրով էքստրակցիա – ավելի ցածր բևեռայնությամբ բուսական միացությունների էքստրակցիայի համար ավելի հազվադեպ կիրառվող մեթոդ է։ Ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիայի ժամանակ որպես լուծիչ օգտագործվում է ջուրն իր գերկրիտիկական վիճակում։
Ի՞նչ է ենթակրիտիկական ջուրը, և ինչո՞ւ է այն լավ լուծիչ պակաս բևեռային բուսական միացությունների էքստրակցիայի համար։ «Ջուրն ունի բազմաթիվ թերմոդինամիկական հատկություններ, որոնց վրա մեծապես ազդում են ջերմաստիճանն ու ճնշումը։ Կախված պայմաններից՝ կարող են փոփոխվել դրա ֆիզիկական վիճակը (պինդ, հեղուկ կամ գազային), ջերմային վարքագիծը, խտությունը կամ մածուցիկությունը։ Ջերմաստիճանն ու ճնշումը կրիտիկական կետ կոչվող կետից բարձրացնելով (որը սահմանված է 221 bar և 374 °C արժեքներով)՝ ջուրը կարող է անցնել գերկրիտիկական վիճակի։ Ենթակրիտիկական պայմաններում, որոնք համապատասխանում են 100°C-ից մինչև կրիտիկական ջերմաստիճանը (374°C) ընկած ջերմաստիճաններին և, գոլորշիացումից խուսափելու համար, 1 bar-ից մինչև կրիտիկական ճնշումը (221 bar) ընկած ճնշումներին, ջրի բևեռայնությունը նվազում է. դա ջուրը դարձնում է ավելի լավ լուծիչ տարբեր օրգանական կենսաակտիվ միացությունների էքստրակցիայի համար»։ (Li և Chemat, 2019)
Երբ ուլտրաձայնը համակցվում է ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիայի հետ, էքստրակցիայի արդյունավետությունը կարող է բարելավվել՝ էքստրակտի ելքը մեծացնելու և էքստրակցիայի տևողությունը կրճատելու միջոցով։ Օպտիմալ արդյունքների համար փակ, ճնշման տակ գործող պարբերական ռեակտորում կամ հոսքային բջջային ռեակտորում ճնշումը պետք է հասնի ջրի գոլորշու ճնշման առնվազն կրկնապատիկին։ (Ջրի գոլորշու ճնշման աղյուսակը կարող եք գտնել այս էջի վերջում։)
Huang և համահեղինակները (2010) ուսումնասիրել են ցածր հաճախականության, բարձր հզորության ուլտրաձայնի էքստրակցիոն ազդեցությունները՝ ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիայի հետ համակցությամբ։ Այդ նպատակով ուլտրաձայնային զոնդը միացվում է ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիայի սարքի կաթսային՝ Lithospermum erythrorhizon բույսից ցնդող յուղ էքստրակցելու համար։ Արդյունքները ցույց են տվել, որ 20 KHz հաճախականության ուլտրաձայնով օժանդակված ուժեղացման ազդեցությունն ավելի լավ էր, քան 36 KHz հաճախականության դեպքում, և մեծանում էր ելքային հզորության աճին զուգընթաց (0-ից մինչև 250 W)։ Ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիայի ելքը ուլտրաձայնային տատանումների միջոցով (250 W, 20 KHz) աճել է 1,87%-ից մինչև 2,39%՝ 160°C ջերմաստիճանի և 5 MPa ճնշման պայմաններում, 25 րոպե տևողությամբ էքստրակցիայի ընթացքում։ Ուլտրաձայնային մշակումը կարող էր բարելավել ոչ միայն էքստրակցիայի ելքը, այլև էքստրակցիայի արագությունը՝ այդպիսով խնայելով ժամանակ։
Ուլտրաձայնով օժանդակված՝ ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիան կարող է իրականացվել ավելի ցածր ճնշումների պայմաններում (օրինակ՝ 5barg), քան սովորական ենթակրիտիկական ջրով էքստրակցիան (օրինակ՝ 10MPa), ինչը խնայում է էներգիայի ծախսերը և էքստրակցիայի ընթացակարգը դարձնում ավելի անվտանգ։

Բուսական նյութերի ուլտրաձայնային էքստրակցիայի առավելությունները

Ե՛վ գիտական հետազոտությունները, և՛ արդյունաբերական կիրառումը ցույց են տալիս, որ ուլտրաձայնով օժանդակված էքստրակցիան հուսալի և հեշտ շահագործվող մեթոդ է, որը չի պահանջում տեխնիկական պատրաստվածություն կամ ինտենսիվ ուսուցում։ Զոնդային տիպի ուլտրաձայնային էքստրակտորների հիմնական առավելություններն են էքստրակցիայի շատ բարձր արդյունավետությունը, բարձր ելքերը, շահագործման ցածր ծախսերը, ինչպես նաև ներդրումային ցածր ծախսերը (հատկապես այլ տեխնոլոգիաների, օրինակ՝ CO₂ էքստրակտորների հետ համեմատելիս) և էներգիայի ցածր ծախսերը։
Լրացուցիչ առավելությունները, որոնք ուլտրաձայնային էքստրակցիայի տեխնոլոգիան դարձնում են նախընտրելի մեթոդ, ներառում են էքստրակցիայի ցածր ջերմաստիճանների շնորհիվ ստացվող բարձրորակ էքստրակտները, հուսալի արդյունքները (կրկնելիություն / վերարտադրելիություն), արտադրության ծավալների մեծացման լիովին գծային հնարավորությունը՝ մինչև արտադրության ցանկացած մակարդակ, ինչպես նաև տեխնիկական սպասարկման փոքր պահանջը։
«Զոնդային տիպի ուլտրաձայնային էքստրակցիայի կիրառման հետ կապված մյուս առավելություններն են էքստրակտի հետ աշխատելու հեշտությունը, արագ իրականացումը, մնացորդների բացակայությունը, բարձր ելքը, էկոլոգիապես բարենպաստ լինելը, բարելավված որակը և էքստրակտի քայքայման կանխումը»։
(տե՛ս Chemat և Khan, 2011)

Բուսական միացությունների առանձնացման համար նախատեսված էքստրակցիոն սարքակազմ՝ Զոնդային ուլտրաձայնային սարք՝ UP400St, Büchi վակուումային զտիչ և ռոտացիոն գոլորշիացուցիչ՝ ֆիտոքիմիական միացությունների էքստրակցիայի համար։

Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքեր՝ ջրային էքստրակցիայի համար

Hielscher Ultrasonics էքստրակտորները լայն ճանաչում ունեն բուսական էքստրակցիայի ոլորտում՝ անկախ օգտագործվող լուծիչից։ Էքստրակտ արտադրողները՝ թե՛ փոքր, բացառիկ նեղ մասնագիտացված էքստրակտներ արտադրողները, թե՛ լայնածավալ զանգվածային արտադրողները, Hielscher սարքավորումների լայն տեսականու մեջ գտնում են իրենց արտադրական պահանջներին համապատասխան իդեալական ուլտրաձայնային էքստրակցիոն սարքավորումներ։ Թե՛ խմբաքանակային, թե՛ հոսքագծում անընդհատ մշակման սարքակազմերը հասանելի են և կարող են առաքվել անմիջապես պահեստից։ Ցանկացած լուծիչի հետ աշխատելու համար պիտանի ուլտրաձայնային էքստրակցիան կարող է ճկունորեն կիրառվել ցանկացած բուսական նյութի էքստրակցիայի համար։ Ջուրը որպես լուծիչ օգտագործելը թույլ է տալիս արտադրել օրգանական սերտիֆիկացում ունեցող էքստրակտներ՝ առանց խիստ թանկարժեք «օրգանական» էթանոլի օգտագործման։ (Իհարկե, օրգանական ջրային էքստրակտ ստանալու համար բուսական նյութը պետք է աճեցված լինի օրգանական եղանակով)։

Բարձր արդյունավետությամբ էքստրակցիա՝ Hielscher Ultrasonics սարքավորումներով

Hielscher ուլտրաձայնային էքստրակտորներն արդյունավետորեն քայքայում են բուսական բջիջները, մեծացնում բուսական նյութի մակերեսը՝ լուծիչի ներթափանցման համար, և ուժեղացնում զանգվածափոխանակությունը՝ ֆիտոքիմիական միացությունների (երկրորդային մետաբոլիտների) ազատման համար։ Օգտագործման հարմարավետությունը հաշվի առնելով նախագծված Hielscher էքստրակտորներն արագ տեղադրվում են և կարող են շահագործվել անվտանգ ու ինտուիտիվ եղանակով։

Համապատասխանում են որակի ամենաբարձր չափանիշներին – նախագծված և արտադրված են Գերմանիայում

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի կատարելագործված ապարատային ապահովումն ու խելացի ծրագրային ապահովումը նախագծված են՝ երաշխավորելու ձեր բուսական հումքի ուլտրաձայնային էքստրակցիայի հուսալի և վերարտադրելի արդյունքներ, ինչպես նաև հարմարավետ ու անվտանգ շահագործում։ Ամրությունը, հուսալիությունը, լրիվ բեռնվածությամբ 24/7 աշխատանքը և աշխատողի տեսանկյունից պարզ շահագործումը որակի լրացուցիչ գործոններ են, որոնք Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը դարձնում են նախընտրելի։
Hielscher Ultrasonics էքստրակտորներն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են ֆիտոքիմիական միացությունների բարձրորակ էքստրակցիայի համար։ Ապացուցված է, որ Hielscher ուլտրաձայնային էքստրակտորներն ապահովում են բարձրորակ բուսական միացությունների ստացում. դրանք օգտագործվում են ոչ միայն մասնագիտացված և բացառիկ էքստրակտների փոքր արտադրողների կողմից, այլև առավելապես վաճառքում լայնորեն հասանելի էքստրակտների, սննդային հավելումների և բուժական միջոցների արդյունաբերական արտադրության մեջ։ Իրենց ամուր ապարատային ապահովման և խելացի ծրագրային ապահովման շնորհիվ Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորները հեշտ է շահագործել և վերահսկել։

Տվյալների ավտոմատ գրանցում

Սննդամթերքի, սննդային հավելումների և բուժական արտադրանքի արտադրական չափանիշներին համապատասխանելու համար արտադրական գործընթացները պետք է մանրամասն վերահսկվեն և գրանցվեն։ Hielscher Ultrasonics թվային ուլտրաձայնային սարքերն ունեն տվյալների ավտոմատ գրանցման գործառույթ։ Այս խելացի գործառույթի շնորհիվ գործընթացի բոլոր կարևոր պարամետրերը, օրինակ՝ ուլտրաձայնային էներգիան (ընդհանուր և զուտ էներգիան), ջերմաստիճանը, ճնշումն ու ժամանակը, սարքը միացնելու պահից ավտոմատ պահվում են ներկառուցված SD քարտի վրա։ Գործընթացի վերահսկումն ու տվյալների գրանցումը կարևոր են գործընթացի շարունակական ստանդարտացման և արտադրանքի որակի համար։ Մուտք գործելով գործընթացի ավտոմատ գրանցված տվյալներ՝ կարող եք վերանայել ուլտրաձայնային մշակման նախորդ աշխատանքային ցիկլերը և գնահատել արդյունքը։
Օգտագործման համար հարմար մեկ այլ գործառույթ է մեր թվային ուլտրաձայնային համակարգերի հեռակառավարումը զննարկչի միջոցով։ Զննարկչով հեռակառավարման միջոցով կարող եք ցանկացած վայրից հեռակա միացնել, կանգնեցնել, կարգավորել և վերահսկել ձեր ուլտրաձայնային պրոցեսորը։
Ցանկանո՞ւմ եք ավելին իմանալ բուսական նյութերի ուլտրաձայնային ջրային էքստրակցիայի առավելությունների մասին։ Կապվե՛ք մեզ հետ հիմա՝ քննարկելու բուսական էքստրակտների ձեր արտադրական գործընթացը։ Մեր մեծ փորձ ունեցող աշխատակիցները սիրով կտրամադրեն լրացուցիչ տեղեկություններ ուլտրաձայնային էքստրակցիայի, մեր ուլտրաձայնային համակարգերի և գների մասին։

Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորության մասին՝

Տեխնիկական տեղեկություններ ուլտրաձայնային ջրային արդյունահանման մասին

Արդյունահանման ավանդական մեթոդները, ինչպիսիք են մացերացիան, թրմումը, պերկոլյացիան, եփումը, հետադարձ սառեցմամբ արդյունահանումը, գոլորշային թորումը, սուբլիմացիան և մամլումը, լայնորեն կիրառվում են բույսերից դեղագործական միացությունների արդյունահանման համար։ Այս մեթոդների թերություններից են ժամանակատար գործընթացը, ցածր մաքրությունը և ցածր արդյունավետությունը։

Ուլտրաձայնային արդյունահանման վրա ազդող գործընթացային պարամետրերը

Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ արդյունահանումը հայտնի է իր յուրահատուկ առանձնահատկություններով և առավելություններով, որոնց շնորհիվ ուլտրաձայնային մշակումը բուսական միացությունների արդյունահանման ավանդական մեթոդների համեմատ ավելի արդյունավետ արդյունահանման տեխնիկա է։ Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ արդյունահանման հիմնական առավելություններից է ուլտրաձայնային մշակման գործոնները (օրինակ՝ ամպլիտուդը, ժամանակը, ջերմաստիճանը, ճնշումը) ճշգրիտ կարգավորելու հնարավորությունը, որը թույլ է տալիս ուլտրաձայնային գործընթացը լավագույնս հարմարեցնել թիրախային միացությանը։ Յուրաքանչյուր բուսական նյութ ունի արդյունահանման իդեալական պարամետրեր, որոնց պայմաններում ապահովվում են լավագույն ելքը, որակը և արդյունահանման արագությունը։ Ուլտրաձայնային արդյունահանման գործընթացը թույլ է տալիս կատարելապես ապահովել արդյունահանման այս օպտիմալ պայմանները։

Ուլտրաձայնային ամպլիտուդ

Ամպլիտուդը ուլտրաձայնային զոնդի (սոնոտրոդի) տատանողական տեղաշարժն է։ Որքան բարձր է ամպլիտուդը, այնքան ինտենսիվ են տատանումն ու կավիտացիան ուլտրաձայնով մշակվող հեղուկում։ Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մասնագիտացած է բարձր արդյունավետության զոնդային ուլտրաձայնային սարքերի արտադրության մեջ, որոնք կարող են ապահովել ճշգրիտ կարգավորվող ամպլիտուդներ։ Անհատական պահանջներին համապատասխան պատրաստված զոնդերը, որոնք անընդհատ 24/7 աշխատանքի ընթացքում կարող են ապահովել մինչև 200µm ամպլիտուդ, անմիջապես հասանելի են պահեստից։ Է՛լ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար նույնպես կարելի է հեշտությամբ պատրաստել անհատական պահանջներին համապատասխան ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։
Ամպլիտուդը բուսական նյութերի արդյունավետ արդյունահանման ամենակարևոր պարամետրերից մեկն է, եթե ոչ ամենակարևորը։ Բարձր ամպլիտուդներն առաջացնում են բջջապատերը քայքայելու և ներբջջային նյութն ազատելու համար անհրաժեշտ ուժերը։ Դրա շնորհիվ բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային մշակումը բուսական նյութերի արդյունահանման մեջ դառնում է այդքան արդյունավետ։

Ուլտրաձայնային մշակման ժամանակը / տևողությունը

Ուլտրաձայնային օժանդակությամբ արդյունահանումը սովորաբար շատ ավելի կարճ է տևում, քան ավանդական մեթոդներով արդյունահանումը, քանի որ ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում բուսական միացություններն ազատվում են արդյունահանման զգալիորեն ավելի բարձր արագությամբ։ Ուլտրաձայնային մշակումը թույլ է տալիս կրճատել արդյունահանման ընթացակարգերը՝ արդյունահանվող միացությունները պաշտպանելով չափից ավելի մշակումից։ Ուլտրաձայնի շնորհիվ մշակման տևողության կրճատումը նշանակում է ավելի բարձր արտադրողականություն և արդյունահանուկի ավելի բարձր որակ։

Իմպուլսային ուլտրաձայնային մշակում

Ուլտրաձայնային իմպուլսավորումը մշակման ռեժիմ է, որի դեպքում ուլտրաձայնային մշակումը ընդհատվում է սահմանված դադարների ցիկլերով (օրինակ՝ աշխատանքային ցիկլի 50% գործակից՝ 30 sec. միացված, 30 sec. անջատված, աշխատանքային ցիկլի 100% գործակից՝ անընդհատ ուլտրաձայնային մշակում առանց դադարների) Ուլտրաձայնի աշխատանքային ցիկլի գործակիցը (հայտնի է նաև որպես իմպուլսային ռեժիմ կամ ուլտրաձայնային իմպուլսավորման ցիկլեր) ցույց է տալիս մեկ իմպուլսային պարբերության ընթացքում այն ժամանակի տոկոսային բաժինը, որի ընթացքում ուլտրաձայնային էներգիան փոխանցվում է միջավայրին (իմպուլսի տևողությունը)։ Օրինակ՝ 50% ցիկլային ռեժիմը կնշանակի 30 sec. միացված և 30 sec. անջատված։ Աշխատանքային ցիկլի դադարի փուլում ուլտրաձայնով մշակվող հեղուկը սահմանված ժամանակով (օրինակ՝ 30 sec.) վերադառնում է չխախտված վիճակի, ինչը նպաստում է ջերմության ցրմանը՝ մշակման թիրախային ջերմաստիճանը պահպանելու համար։ Ուլտրաձայնային մշակման աշխատանքային ցիկլի գործակիցը պակաս կարևոր է արդյունահանման արդյունավետության համար, սակայն օգտագործվում է գործընթացի որոշակի ջերմաստիճան պահպանելու նպատակով։

Հիդրոստատիկ ճնշում

Ճնշումը ուլտրաձայնային գործընթացների մեկ այլ շատ կարևոր պարամետր է։ Ուլտրաձայնով մշակվող միջավայրի վրա հիդրոստատիկ ճնշման կիրառումն ազդում է կավիտացիայի ինտենսիվության վրա։ Բարձրացված ճնշման պայմաններում ուլտրաձայնային (ակուստիկ) կավիտացիայի ինտենսիվությունն աճում է։ Hielscher Ultrasonics ընկերությունն առաջարկում է ուլտրաձայնային պարբերական գործողության ռեակտորների և հոսքային բջիջների տարբեր տեսակներ, որոնցում կարելի է բարձրացնել ճնշումը՝ ուլտրաձայնային մշակման ազդեցությունն ուժեղացնելու համար։

Արդյունահանման ջերմաստիճան

Ինչպես ցանկացած մեխանիկական մշակում, ուլտրաձայնային մշակումն առաջացնում է ջերմաստիճանի բարձրացում, ինչը համապատասխանում է թերմոդինամիկայի 2-րդ օրենքին։ Այնուամենայնիվ, ուլտրաձայնային մշակումը ոչ ջերմային մշակման եղանակ է, քանի որ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ մշակումները հիմնված են զուտ մեխանիկական ուժերի վրա (որոնք կոչվում են նաև սոնոմեխանիկական ուժեր)։ Ուլտրաձայնային էքստրակցիայի ընթացքում էքստրակցիայի ջերմաստիճանը կարելի է արդյունավետորեն վերահսկել և պահպանել որոշակի ընտրված ջերմաստիճանային միջակայքում։ Hielscher ընկերության բոլոր թվային ուլտրաձայնային պրոցեսորները հագեցած են միացվող ջերմաստիճանային տվիչով և խելացի ծրագրային ապահովմամբ, որի միջոցով գործընթացի համար կարելի է սահմանել որոշակի ջերմաստիճանային միջակայք։ Ամեն անգամ, երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է այդ միջակայքը, ուլտրաձայնային սարքը դադարեցնում է աշխատանքը, մինչև ջերմաստիճանը կրկին հայտնվի ընտրված միջակայքում, ապա ինքնաբերաբար շարունակում է ուլտրաձայնային մշակումը։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերի այս խելացի գործառույթը թույլ է տալիս ճշգրիտ վերահսկել ուլտրաձայնային մշակման գործընթացը և ստանալ իդեալական արդյունքներ։
Քանի որ էքստրակցիայի ջերմաստիճանը կարող է տարբեր լինել տարբեր բուսական միացությունների և բույսերի համար, ջերմաստիճանը կարևոր գործոն է, որը չպետք է անտեսել ուլտրաձայնային գործընթացի օպտիմալացման ընթացքում։ Օրինակ՝ պարզվել է, որ 80°C ջերմաստիճանն իդեալական է Sophora flavescens բույսից ֆլավոնոիդների առավելագույն ելք ստանալու համար, մինչդեռ ցորենի թեփից արաբինօքսիլանի էքստրակցիայի լավագույն արդյունքները ստացվել են 50°C ջերմաստիճանում։

Ուլտրաձայնային էքստրակցիայի համար օգտագործեք ցանկացած լուծիչ

Տարբեր բուսական միացություններ ունեն տարբեր բևեռայնություն, որն ազդում է տարբեր լուծիչներում դրանց լուծելիության վրա։ Օրինակ՝ սապոնիններն ու պոլիսախարիդներն ավելի բևեռային են և, հետևաբար, լավ են լուծվում ջրում, քանի որ ջուրը խիստ բևեռային է։ Մյուս կողմից՝ ֆենոլային միացությունները, ինչպիսիք են անտոցիանինները և քլորոգենաթթուն, բավականին ոչ բևեռային են և, հետևաբար, ավելի լավ են լուծվում պակաս բևեռային լուծիչում, օրինակ՝ էթանոլում։ Ուստի էքստրակցիայի բարձր արդյունավետություն ստանալու համար լուծիչը պետք է ընտրել թիրախային միացությունների լուծելիությանը համապատասխան։ Օրինակ՝ ջուրը լավ լուծիչ է սնկերից այնպիսի բևեռային միացությունների էքստրակցիայի համար, ինչպիսին է պսիլոցիբինը, ինչպես նաև օլիգոսախարիդների, գլիկոզիդների և ֆլավոնոիդների էքստրակցիայի համար, մինչդեռ էթանոլի 60% (v/v) կոնցենտրացիայով էթանոլ–ջուր խառնուրդը հարմար է, օրինակ, ապիգենին, բայկալին և լյուտեոլին միացությունների՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ էքստրակցիայի համար։
Կարդացեք ավելին լուծիչների, լուծիչների բևեռայնության և ուլտրաձայնային էքստրակցիայի համար առավել հարմար լուծիչների մասին։

Ջուրը՝ որպես էքստրակցիայի լուծիչ

Ջուրն ամենաբևեռային լուծիչն է և հարմար է բևեռային միացությունների լայն շրջանակի էքստրակցիայի համար։ Դրա հիմնական առավելություններից է նյութերի լայն շրջանակ լուծելու ունակությունը։ Բացի այդ, այն էժան է, ոչ թունավոր, անվտանգ և չհրկիզվող։ Դրա թերություններից է բարձր բևեռայնությամբ պայմանավորված ուժեղ ընտրողականությունը բևեռային միացությունների նկատմամբ։ 100°C բարձր եռման ջերմաստիճանի պատճառով էքստրակտի խտացումը (օրինակ՝ թորման կամ ռոտացիոն գոլորշիացման միջոցով) պահանջում է մեծ քանակությամբ էներգիա։ Բացի այդ, ջուրը հակված է բակտերիաների և բորբոսասնկերի աճին։

Ուլտրաձայնային հաճախականություն

Մոտ 20kHz ուլտրաձայնային հաճախականությունը հաստատվել է որպես բուսական էքստրակցիայի համար ամենահզորն ու ամենաարդյունավետը։ Այն ազդում է բույսերից դեղագործական միացությունների՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ էքստրակցիայի արդյունավետության վրա։ Ընդհանուր առմամբ, ցածր ուլտրաձայնային հաճախականությունը (այսինքն՝ մոտ 20kHz) առաջացնում է ավելի ինտենսիվ կավիտացիա (սոնոմեխանիկական ազդեցություններ), ինչը հանգեցնում է էքստրակցիայի ընթացակարգի ավելի բարձր արդյունավետության։

Բուսական նյութը

Բուսական նյութերը կարող են խիստ տարբերվել իրենց բջիջների կառուցվածքով և կոշտությամբ։ Կախված բջջապատի բաղադրությունից, որը կարող է պարունակել ցելյուլոզ, հեմիցելյուլոզներ, լիգնին, պեկտինային պոլիսախարիդներ, սպիտակուցներ, ֆենոլային և ոչ ցելյուլոզային միացություններ ու ջուր, բջջապատերը կարող են լինել ամուր կամ փափուկ։ Բույսերի տարբեր տեսակներն ու մասերը պարունակում են բջջապատի այս բաղադրիչների տարբեր տեսակներ և քանակություններ։ Այդ պատճառով բույսի յուրաքանչյուր տեսակ պահանջում է մշակման հատուկ պարամետրեր՝ արդյունահանման օպտիմալ արդյունքներ ստանալու համար։
Քանի որ ինտենսիվությունը կարելի է ճշգրիտ կարգավորել, Hielscher ուլտրաձայնային արդյունահանիչները կարող են հուսալիորեն քայքայել փափուկ և կոշտ բջջապատերը։ Փափուկ բջջապատերը կարող են պահանջել պակաս ինտենսիվ ուլտրաձայնային մշակում, մինչդեռ ամուր բջջային կառուցվածքների համար օգտակար է ավելի ինտենսիվ մշակումը։
Բուսական արդյունահանման հումքը կարող է լինել թարմ հավաքված (խոնավ) կամ չորացրած։ Ուլտրաձայնային արդյունահանումը հարմար է ինչպես թարմ/խոնավ, այնպես էլ չորացրած բույսերի համար։ Բուսական պինդ նյութի մասնիկների չափը ևս մեկ կարևոր գործոն է. մեծ մակերեսը (այսինքն՝ մասնիկների փոքր չափը) նպաստավոր է, քանի որ ապահովում է շփման մեծ մակերես ուլտրաձայնային կավիտացիոն սահքի ուժերի ազդեցության համար՝ հանգեցնելով ավելի բարձր արդյունավետության։ Ուստի բուսական նյութը մացերացվում կամ աղացվում է՝ վերածվելով փոքր կտորների (մոտ 3–5mm)։

Ինչո՞ւ է ուլտրաձայնային արդյունահանումը լավագույն մեթոդը

Արդյունավետություն

• Ավելի բարձր ելքեր
• Արդյունահանման արագ գործընթաց՝ րոպեների ընթացքում
• Բարձրորակ արդյունահանվածքներ՝ մեղմ, ոչ ջերմային արդյունահանում
• Էկոլոգիապես մաքուր լուծիչներ (ջուր, էթանոլ, գլիցերին, բուսական յուղեր, NADES և այլն)

Պարզություն

• Միացրեք և գործարկեք – տեղակայում և աշխատանք՝ րոպեների ընթացքում
• Բարձր արտադրողականություն – արդյունահանվածքների լայնածավալ արտադրության համար
• Պարբերական կամ անընդհատ հոսքային աշխատանք
• Պարզ տեղադրում և գործարկում
• Դյուրակիր / շարժական – դյուրակիր սարքեր կամ անիվների վրա տեղադրված սարքեր
• Մասշտաբի գծային մեծացում – հզորությունը մեծացնելու համար զուգահեռ ավելացրեք ևս մեկ ուլտրաձայնային համակարգ
• Հեռավար հսկում և կառավարում – համակարգչի, սմարթֆոնի կամ պլանշետի միջոցով
• Գործընթացի վերահսկողություն չի պահանջվում – տեղակայեք և գործարկեք
• Բարձր արդյունավետություն – նախատեսված է անընդհատ 24/7 արտադրության համար
• Ամրություն և սպասարկման ցածր պահանջներ
• Բարձր որակ – նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում
• Արագ բեռնում և դատարկում խմբաքանակների միջև
• Հեշտ մաքրվող

Անվտանգություն

• Պարզ և անվտանգ շահագործում
• Արդյունահանում առանց լուծիչի կամ լուծիչի կիրառմամբ (ջուր, էթանոլ, բուսական յուղեր, գլիցերին և այլն)
• Առանց բարձր ճնշումների և ջերմաստիճանների
• Հասանելի են ATEX հավաստագրով պայթյունապաշտպան համակարգեր
• Հեշտ կառավարում (նաև հեռավար կառավարման միջոցով)

Գրականություն / հղումներ

• Ping-ping Huang, Ri-fu Yang, Tai-qiu Qiu, Wei Zhang & Chun-mei Li (2010): Ultrasound-Enhanced Subcritical Water Extraction of Volatile Oil from Lithospermum erythrorhizon. Separation Science and Technology, 45:10, 1433-1439.
• Zabot, G. L., Viganó, J., & Silva, E. K. (2021): Low-Frequency Ultrasound Coupled with High-Pressure Technologies: Impact of Hybridized Techniques on the Recovery of Phytochemical Compounds. Molecules, 26(17), 2021. 5117.
• Li, Ying; Chemat, Farid (2019): Plant Based “Green Chemistry 2.0”: Moving from Evolutionary to Revolutionary. Springer Science 2019.
• 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.