Ekstraksi Ultrasonik dan Prinsip Kerjanya

Ekstraksi ultrasonik merupakan teknik pilihan untuk mengisolasi senyawa bioaktif dari bahan tumbuhan. Sonikasi menghasilkan ekstraksi menyeluruh sehingga rendemen ekstrak yang lebih tinggi diperoleh dalam waktu ekstraksi yang sangat singkat. Sebagai metode ekstraksi yang sangat efisien, ekstraksi ultrasonik menghemat biaya dan waktu sekaligus menghasilkan ekstrak berkualitas tinggi yang digunakan untuk pangan, suplemen, dan produk farmasi.

Ekstraksi Ultrasonik

Ekstraksi ultrasonik digunakan dalam industri pangan, suplemen nutrisi, dan farmasi untuk melepaskan senyawa bioaktif seperti vitamin, polifenol, polisakarida, kanabinoid, dan fitokimia lainnya dari bahan tumbuhan. Ekstraksi berbantuan ultrasonik didasarkan pada prinsip kerja kavitasi akustik atau ultrasonik.

Bagaimana Kavitasi Akustik Bekerja?

Ekstraksi ultrasonik terjadi ketika gelombang ultrasonik berdaya tinggi dan berfrekuensi rendah dikopel ke dalam suspensi pekat yang terdiri atas bahan tumbuhan dalam pelarut. Gelombang ultrasonik berdaya tinggi dikopel ke dalam suspensi tersebut melalui prosesor ultrasonik tipe probe. Gelombang ultrasonik berenergi tinggi merambat melalui cairan dan menciptakan siklus tekanan tinggi / tekanan rendah secara bergantian, yang menghasilkan fenomena kavitasi akustik. Kavitasi akustik atau ultrasonik secara lokal menimbulkan suhu, tekanan, laju pemanasan/pendinginan, dan perbedaan tekanan yang ekstrem serta gaya geser yang tinggi dalam medium. Ketika gelembung kavitasi mengalami implosi pada permukaan padatan (seperti partikel, sel tumbuhan, jaringan, dan sebagainya), semburan mikro dan tumbukan antarpartikel menghasilkan efek seperti pengelupasan permukaan, erosi, pemecahan partikel, sonoporasi (perforasi dinding sel dan membran sel), serta disrupsi sel. Selain itu, implosi gelembung kavitasi dalam medium cair menciptakan turbulensi makro dan pencampuran mikro. Iradiasi ultrasonik merupakan cara yang efisien untuk meningkatkan proses perpindahan massa karena sonikasi menghasilkan kavitasi dan mekanisme terkait, seperti gerakan mikro akibat semburan cairan, kompresi dan dekompresi dalam bahan yang diikuti oleh disrupsi dinding sel, serta laju pemanasan dan pendinginan yang tinggi.
Ultrasonikator tipe probe dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi, yang diperlukan untuk menghasilkan kavitasi dengan efek kuat. Hielscher Ultrasonic memproduksi ekstraktor ultrasonik berkinerja tinggi yang dapat dengan mudah menghasilkan amplitudo 200µm dalam pengoperasian kontinu 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, Hielscher menawarkan sonotrode (probe) khusus beramplitudo tinggi.
Reaktor ultrasonik dan sel alir yang dapat diberi tekanan digunakan untuk mengintensifkan kavitasi. Dengan meningkatnya tekanan, kavitasi dan gaya geser akibat kavitasi menjadi lebih destruktif sehingga meningkatkan efek ekstraksi ultrasonik.

Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada kavitasi akustik dan gaya geser hidrodinamiknya

Efek Ekstraksi Ultrasonik

Disrupsi Sel Ultrasonik dan Peningkatan Perpindahan Massa
Ultrasonik dapat membantu proses ekstraksi melalui disrupsi sel maupun dengan meningkatkan perpindahan massa pada lapisan batas yang mengelilingi matriks padat.
Sonoporasi, yaitu perforasi dinding dan membran sel, meningkatkan permeabilitas dinding dan membran sel serta sering menjadi tahap perantara sebelum sel mengalami disrupsi sepenuhnya oleh sonikasi.
Efek mekanis kavitasi yang diinduksi ultrasonik, seperti perbedaan panas dan tekanan, gelombang kejut, gaya geser, semburan cairan, dan aliran mikro, mengintensifkan penetrasi pelarut ke bagian dalam sel dan meningkatkan perpindahan massa antara sel dan pelarut sehingga bahan antarsel dipindahkan ke dalam pelarut.

Ekstraksi ultrasonik dari sel tumbuhan: penampang melintang mikroskopis (TS) menunjukkan mekanisme kerja selama ekstraksi ultrasonik dari sel (perbesaran 2000x) [sumber: Vilkhu et al. 2011]

Peralatan Ekstraksi Ultrasonik

Prosesor Hielscher Ultrasonics merupakan sistem ekstraksi berkinerja tinggi yang mudah dan aman dioperasikan. Sesuai dengan bahan baku, kapasitas proses, dan target hasil Anda, Hielscher menawarkan ultrasonikator yang paling sesuai. Portofolio produk kami mencakup ultrasonikator genggam yang ringkas dan bertenaga, sistem meja, hingga unit ultrasonik untuk penggunaan industri sepenuhnya yang mampu memproses beberapa ton per jam.
Ekstraktor Hielscher Ultrasonics dapat digunakan untuk ekstraksi batch maupun ekstraksi inline kontinu dan dapat dikombinasikan dengan pelarut apa pun.
Berbagai aksesori seperti sonotrode (probe) dengan beragam ukuran dan bentuk, horn penguat amplitudo, sel alir dengan beragam volume dan geometri, sensor suhu dan tekanan yang dapat dipasang melalui konektor, serta banyak perangkat lainnya tersedia untuk merakit konfigurasi ultrasonik yang ideal bagi proses ekstraksi Anda.
Semua model digital kami dilengkapi perangkat lunak cerdas yang memungkinkan Anda menyesuaikan, memantau, dan menetapkan parameter ekstraksi. Berkat kendali presisi atas amplitudo, waktu sonikasi, dan siklus kerja, hasil proses yang optimal seperti rendemen unggul dan kualitas ekstrak tertinggi dapat dicapai. Perekaman data otomatis dari proses sonikasi menjadi dasar standardisasi proses dan reproduksibilitas / keterulangan yang diperlukan untuk Praktik Manufaktur yang Baik (GMP).

Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan secara kontinu dalam pengoperasian 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat sesuai kebutuhan. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 dengan beban kerja berat dan dalam lingkungan yang menuntut.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: