Hielscher Ultrasonics
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Estrazione con acqua altamente efficiente mediante ultrasuoni di potenza

L’estrazione con acqua di composti vegetali (ad esempio, estrazione con acqua fredda o calda, estrazione con acqua pressurizzata ed estrazione con acqua subcritica) può essere migliorata efficacemente mediante sonicazione. L’estrazione con acqua assistita da ultrasuoni non solo offre rese più elevate e riduce i tempi di trattamento, ma comporta anche un minore consumo energetico, condizioni di estrazione più delicate ed estratti di alta qualità rispetto alle tecniche di estrazione convenzionali. L’estrazione con acqua a ultrasuoni viene utilizzata con successo per estrarre numerosi composti di origine vegetale, tra cui alcaloidi, flavonoidi, glicosidi, composti fenolici e polisaccaridi.

Estrazione con acqua a ultrasuoni di composti bioattivi

Gli estrattori a ultrasuoni, come UP400St (400W, 24kHz), intensificano l’estrazione vegetale convenzionale a base d’acqua.L’acqua è il solvente più polare, il che la rende un ottimo solvente per i composti polari. Grazie alla sua natura atossica e rispettosa dell’ambiente, l’acqua sarebbe il solvente ideale per qualsiasi estratto vegetale. Tuttavia, i componenti meno polari e apolari si dissolvono poco o per nulla in acqua. Inoltre, senza alcun miglioramento del trasferimento di massa, il processo di estrazione in acqua sarebbe estremamente lento e quindi antieconomico. Gli ultrasuoni ad alta intensità e bassa frequenza costituiscono una tecnica di estrazione molto efficiente, che garantisce un’intensa miscelazione e un intenso trasferimento di massa. L’estrazione a ultrasuoni è quindi nota per offrire vantaggi significativi rispetto ai metodi di estrazione convenzionali. Questi vantaggi comprendono rese più elevate, trattamento rapido, rapida successione dei lotti ed estrazione continua in linea, uso di solventi ecologici, condizioni di estrazione delicate che preservano i composti dell’estratto, sicurezza operativa e facile scalabilità verso elevate capacità di trattamento per la produzione commerciale. (cfr. Zabot et al., 2021)

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Sistema industriale di estrazione a ultrasuoni da 16kW per la produzione continua in linea di estratti vegetali di alta qualità utilizzando acqua come solvente di estrazione.

MultiSonoReactor con 4x 4kW per la produzione su larga scala (di massa) di estratti vegetali utilizzando acqua come solvente di estrazione. Il MultiSonoReactor può anche essere pressurizzato e riscaldato per ottenere effetti di estrazione sinergici.

 

Estrazione a ultrasuoni di sostanze vegetali – Come utilizzare i sonicatori per estrarre composti vegetaliIn questa presentazione illustriamo la produzione di estratti vegetali. Spieghiamo le difficoltà legate alla produzione di estratti vegetali di alta qualità e come un sonicatore possa aiutarvi a superarle. Questa presentazione mostra il funzionamento dell’estrazione a ultrasuoni. Scoprirete quali vantaggi potete aspettarvi dall’impiego di un sonicatore per l’estrazione e come integrare un estrattore a ultrasuoni nella vostra produzione di estratti.
In questa presentazione illustriamo la produzione di estratti vegetali. Spieghiamo le difficoltà legate alla produzione di estratti vegetali di alta qualità e come un sonicatore possa aiutarvi a superarle. Questa presentazione mostra il funzionamento dell’estrazione a ultrasuoni. Scoprirete quali vantaggi potete aspettarvi dall’impiego di un sonicatore per l’estrazione e come integrare un estrattore a ultrasuoni nella vostra produzione di estratti.

 

Estrazione con acqua calda migliorata mediante sonicazione

I parametri che determinano l’estrazione dei composti vegetali durante l’estrazione con acqua sono temperatura, tempo, pressione e superficie del materiale vegetale. Grazie all’elevata temperatura dell’acqua, un estratto con acqua calda può essere preparato in un tempo relativamente breve.
La soluzione: La resa e la velocità di estrazione possono essere aumentate significativamente applicando l’agitazione a ultrasuoni. L’acqua calda da sola ha una capacità limitata di rompere le strutture cellulari e le alte temperature spesso danneggiano o distruggono i composti termolabili, compromettendo la qualità dell’estratto. Quando l’estrazione a ultrasuoni viene combinata con l’estrazione con acqua calda, la temperatura può essere drasticamente ridotta (ad esempio da 100°C a 50°C), evitando la degradazione termica degli ingredienti vegetali estratti, aumentando la resa totale e risparmiando energia. La cavitazione ultrasonica è il principio alla base del fenomeno dell’estrazione a ultrasuoni. La cavitazione ultrasonica (o acustica) consiste in forze puramente meccaniche che rompono le pareti cellulari, rilasciano i composti desiderati e migliorano il trasferimento di massa tra l’interno della cellula e l’acqua (solvente). Pertanto, l’estrazione con acqua a ultrasuoni offre risultati di estrazione eccellenti.

Estrazione con acqua fredda migliorata mediante sonicazione

L’estrazione con acqua fredda (infusione in acqua fredda) è significativamente meno efficiente, poiché si evita l’uso di acqua calda. L’acqua fredda o a temperatura ambiente non estrae molto bene i composti vegetali, poiché l’acqua fredda penetra molto lentamente nel materiale vegetale e il trasferimento di massa è quasi trascurabile. Il vantaggio dell’estrazione con acqua fredda consiste nell’evitare qualsiasi aumento di temperatura, prevenendo così la degradazione termica dei composti termosensibili. Tuttavia, la dinamica di estrazione molto scarsa rende l’estrazione convenzionale con acqua fredda impraticabile per la produzione commerciale. Per questo motivo, l’infusione in acqua fredda viene utilizzata quasi esclusivamente in fase sperimentale, a causa della sua lentezza e inefficienza.
La soluzione: Introducendo la sonicazione nell’estrazione con acqua fredda, è possibile superare facilmente la lentezza e l’inefficienza della macerazione in acqua fredda. L’estrazione con acqua fredda intensificata mediante ultrasuoni consente di mantenere basse temperature di estrazione, introducendo al contempo intense forze di taglio nel mezzo solido-liquido. Grazie al meccanismo di estrazione a ultrasuoni, le pareti cellulari vengono aperte e i composti vegetali vengono rapidamente rilasciati nell’acqua. L’estrazione e l’infusione con acqua fredda a ultrasuoni trasformano la macerazione a freddo in un processo altamente efficace, che offre rese elevate ed estratti di alta qualità in un breve tempo di estrazione.

Estrazione di funghi in acqua fredda con UP400St e sonda da 22mmLa sonicazione è un metodo di estrazione rapido e delicato per produrre estratti di funghi di alta qualità utilizzando acqua come solvente. Nel video, l’estrattore a ultrasuoni UP400St viene utilizzato per l’estrazione di funghi medicinali.
La sonicazione è un metodo di estrazione rapido e delicato per produrre estratti di funghi di alta qualità utilizzando acqua come solvente. Nel video, l’estrattore a ultrasuoni UP400St viene utilizzato per l’estrazione di funghi medicinali.

Estrazione con acqua pressurizzata combinata con la sonicazione

L’estrazione a ultrasuoni è caratterizzata da micromiscelazione che, attraverso le vibrazioni, favorisce una maggiore diffusione del solvente nella particella e dall’interno della particella verso la superficie, intensificando il trasferimento di massa. Inoltre, la sonicazione riduce la dimensione delle particelle del materiale cellulare, migliorando gli effetti dell’estrazione con liquidi pressurizzati assistita da ultrasuoni. Le particelle più piccole, di circa 0,68 mm, mostrano rese più elevate rispetto alle particelle più grandi (circa 1,05 mm), poiché una superficie maggiore consente un aumento significativo del trasferimento di massa e quindi un miglioramento delle rese di estrazione. (cfr. Zabot et al., 2021)

Estrattore industriale a ultrasuoni a sonda per l’isolamento di composti vegetali con acqua.

Estrazione con acqua di materiale vegetale intensificata mediante ultrasuoni: Sonicatore UIP1000hdT in un grande becher contenente una sospensione di materiale vegetale. Qui l’acqua viene utilizzata come solvente, ma l’estrazione a ultrasuoni è compatibile con qualsiasi tipo di solvente.

Vantaggi dell’estrazione a ultrasuoni

  • Resa superiore
  • Estrazione ad alta velocità
  • Estratti di alta qualità
  • Procedura delicata e non termica
  • Solventi ecologici
  • Conveniente
  • Funzionamento semplice e sicuro
  • Bassi costi di investimento e operativi
  • Funzionamento 24/7 in condizioni gravose
  • Metodo ecologico e rispettoso dell’ambiente

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Estrazione efficace con acqua fredda pressurizzata mediante ultrasuoni di potenza

Apparecchiatura industriale a ultrasuoni per l’estrazione di composti fitochimici utilizzando acqua come solvente: sonda a ultrasuoni con reattore con cella di flusso pressurizzabile per la produzione di estratti in linea.Ad alta pressione, la penetrazione dell’acqua fredda nei tessuti vegetali viene facilitata e i composti fitochimici idrosolubili vengono dissolti senza causare decomposizione termica. Il metodo di estrazione con acqua fredda ad alta pressione può essere combinato con gli ultrasuoni per migliorare l’isolamento degli ingredienti vegetali polari e apolari. L’acqua, come solvente atossico, economico e rispettoso dell’ambiente, rappresenta un’interessante alternativa ai solventi organici, soprattutto per la produzione di alimenti, prodotti terapeutici e integratori alimentari di origine vegetale.
Per l’estrazione con acqua fredda pressurizzata intensificata mediante ultrasuoni, una sonda a ultrasuoni (sonotrodo) viene integrata nel serbatoio di estrazione o nella cella di flusso. Il serbatoio o la cella di flusso vengono normalmente pressurizzati a pressioni comprese tra 5 e 100 barg, a seconda dei composti da estrarre. Hielscher Ultrasonics fornisce anche reattori industriali a ultrasuoni e celle di flusso personalizzati, che possono essere pressurizzati fino a 300barg, consentendo di impostare la pressione ottimale per il vostro processo di estrazione.
 

Estrazione a ultrasuoni di sostanze vegetali – Lotto da 30 litri / 8 galloniL’estrazione a ultrasuoni di sostanze vegetali consente di ottenere rese più elevate. L’omogeneizzatore Hielscher UIP2000hdT da 2000 watt è sufficientemente potente per effettuare agevolmente l’estrazione su lotti da 10 litri a 120 litri.
L’estrazione a ultrasuoni di sostanze vegetali consente di ottenere rese più elevate. L’omogeneizzatore Hielscher UIP2000hdT da 2000 watt è sufficientemente potente per effettuare agevolmente l’estrazione su lotti da 10 litri a 120 litri.

 

Estrazione con acqua supercritica migliorata mediante sonicazione

L’estrazione con acqua subcritica potenziata mediante ultrasuoni è un’altra tecnica sinergica, in cui gli ultrasuoni di potenza migliorano il trasferimento di massa tra solido e liquido. L’estrazione con acqua subcritica (SWE) – nota anche come estrazione con acqua calda pressurizzata o estrazione con acqua surriscaldata – è una tecnica meno comunemente utilizzata per estrarre composti vegetali con una polarità inferiore. Nell’estrazione con acqua subcritica, l’acqua nel suo stato supercritico viene utilizzata come solvente.
Che cos’è l’acqua subcritica e perché è un buon solvente per l’estrazione di composti vegetali meno polari? “L’acqua possiede molte proprietà termodinamiche fortemente influenzate dalla temperatura e dalla pressione. A seconda delle condizioni, è possibile modificarne lo stato fisico (solido, liquido o gassoso), il comportamento termico, la densità o la viscosità. Aumentando la temperatura e la pressione oltre un punto noto come punto critico (definito a 221 bar e 374 °C), l’acqua può raggiungere lo stato supercritico. In condizioni subcritiche, corrispondenti a temperature comprese tra 100°C e la temperatura critica (374°C) e a pressioni comprese tra 1 bar e la pressione critica (221 bar) per evitare la vaporizzazione, la polarità dell’acqua diminuisce; questo rende l’acqua un solvente migliore per l’estrazione di vari composti organici bioattivi.” (Li and Chemat, 2019)
Quando gli ultrasuoni vengono combinati con l’estrazione con acqua subcritica, l’efficienza di estrazione può essere migliorata aumentando la resa dell’estratto e riducendo il tempo di estrazione. Per ottenere risultati ottimali, la pressione nel reattore discontinuo chiuso e pressurizzato o nel reattore con cella di flusso dovrebbe raggiungere almeno il doppio della pressione di vapore dell’acqua. (Potete trovare una tabella della pressione di vapore dell’acqua alla fine di questa pagina.)
Huang et al. (2010) hanno studiato gli effetti di estrazione degli ultrasuoni a bassa frequenza e alta potenza in combinazione con l’estrazione con acqua subcritica. A questo scopo, una sonda a ultrasuoni viene inserita nel recipiente dell’apparecchiatura di estrazione con acqua subcritica per estrarre l’olio volatile da Lithospermum erythrorhizon. I risultati hanno mostrato che l’effetto di potenziamento assistito da ultrasuoni a 20 KHz era migliore di quello a 36 KHz e aumentava con la potenza erogata (da 0 a 250 W). La resa dell’estrazione con acqua subcritica è aumentata da 1,87% a 2,39% mediante oscillazione ultrasonica (250 W, 20 KHz), a una temperatura di 160°C e una pressione di 5 MPa, durante una procedura di estrazione di 25 minuti. La sonicazione ha potuto migliorare non solo la resa di estrazione, ma anche la velocità di estrazione, risparmiando così tempo.
L’estrazione con acqua subcritica assistita da ultrasuoni può essere effettuata a pressioni inferiori (ad esempio, 5barg) rispetto all’estrazione convenzionale con acqua subcritica (ad esempio, 10MPa), riducendo i costi energetici e rendendo più sicura la procedura di estrazione.

Estrattore a ultrasuoni ad alte prestazioni per l’isolamento di composti fitochimici in modalità discontinua.

L’estrazione con acqua a ultrasuoni di composti fitochimici dalle piante può essere effettuata in modalità discontinua e continua. L’immagine mostra il potente sonicatore da 1000 watt UIP1000hdT durante l’estrazione in modalità discontinua di composti vegetali.

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Estrazione a ultrasuoni di sostanze vegetali – Lotto da 8 litri – Sonicatore UP400SOmogeneizzatore a ultrasuoni UP400St per l’estrazione di sostanze vegetali in lotti sotto agitazione.

I vantaggi dell’estrazione vegetale a ultrasuoni

Sia la ricerca scientifica sia l’impiego industriale dimostrano che l’estrazione assistita da ultrasuoni è una tecnica affidabile e semplice da utilizzare, che non richiede conoscenze tecniche pregresse né una formazione intensiva. Un’efficienza di estrazione molto elevata, rese elevate, bassi costi operativi e bassi costi di investimento (soprattutto rispetto ad altre tecniche, come gli estrattori a CO2 ) e bassi costi energetici sono i principali vantaggi degli estrattori a ultrasuoni a sonda.
Ulteriori benefici, che rendono la tecnologia di estrazione a ultrasuoni il metodo preferito, sono estratti di alta qualità grazie alle basse temperature di estrazione, risultati affidabili (ripetibilità / riproducibilità), scalabilità completamente lineare a qualsiasi livello di produzione e manutenzione ridotta.
“Altri vantaggi legati all’uso dell’estrazione a ultrasuoni a sonda sono la facile manipolazione dell’estratto, l’esecuzione rapida, l’assenza di residui, l’elevata resa, il rispetto dell’ambiente, la migliore qualità e la prevenzione della degradazione dell’estratto.”
(cfr. Chemat and Khan, 2011)

Estrazione a ultrasuoni e purificazione di composti fitochimici dalle piante: l’immagine mostra il sonicatore a sonda UP400St, un filtro sottovuoto Büchi e un evaporatore rotante per l’estrazione della curcumina.

Configurazione di estrazione per l’isolamento di composti vegetali: Sonicatore a sonda UP400St, filtro sottovuoto Büchi ed evaporatore rotante per l’estrazione di composti fitochimici.

Sonicatori ad alte prestazioni per l’estrazione con acqua

Estrattore a ultrasuoni a sonda per il rilascio efficiente di composti fitochimici e vegetali dalle piante.Gli estrattori Hielscher Ultrasonics sono ben affermati nel campo dell’estrazione vegetale, indipendentemente dal solvente utilizzato. I produttori di estratti – sia i piccoli produttori di estratti esclusivi di nicchia sia i produttori di massa su larga scala – trovano nell’ampia gamma di apparecchiature Hielscher l’attrezzatura di estrazione a ultrasuoni ideale per le proprie esigenze produttive. Le configurazioni per processi discontinui e continui in linea sono prontamente disponibili e possono essere spedite direttamente da magazzino. Adatta all’impiego con qualsiasi solvente, l’estrazione a ultrasuoni può essere applicata in modo flessibile all’estrazione di qualsiasi materiale vegetale. L’uso dell’acqua come solvente consente di produrre estratti certificati biologici senza utilizzare etanolo “biologico” molto costoso. (Naturalmente, il materiale vegetale deve essere coltivato biologicamente per produrre un estratto biologico con acqua).

Estrazione ad alta efficienza con Hielscher Ultrasonics

Gli estrattori a ultrasuoni Hielscher disgregano efficacemente le cellule vegetali, aumentano la superficie del materiale vegetale per la penetrazione del solvente e il trasferimento di massa per il rilascio dei composti fitochimici (metaboliti secondari). Progettati per essere semplici da usare, gli estrattori Hielscher si installano rapidamente e possono essere utilizzati in modo sicuro e intuitivo.

Conformità ai più elevati standard di qualità – Progettati e prodotti in Germania

L’hardware sofisticato e il software intelligente dei sonicatori Hielscher sono progettati per garantire risultati affidabili nell’estrazione a ultrasuoni dalle vostre materie prime vegetali, con risultati riproducibili e un funzionamento semplice e sicuro. Robustezza, affidabilità, funzionamento 24/7 a pieno carico e semplicità d’uso per l’operatore sono ulteriori fattori di qualità che rendono vantaggiosi i sonicatori Hielscher.
Gli estrattori Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo per l’estrazione di composti fitochimici di alta qualità. Avendo dimostrato di ottenere composti vegetali di alta qualità, gli estrattori a ultrasuoni Hielscher vengono utilizzati non solo dai piccoli produttori artigianali di estratti speciali e di nicchia, ma soprattutto nella produzione industriale di estratti ampiamente disponibili in commercio, integratori alimentari e prodotti terapeutici. Grazie all’hardware robusto e al software intelligente, i processori a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati e monitorati facilmente.

Registrazione automatica dei dati

I sonicatori Hielscher possono essere controllati a distanza tramite browser. I parametri di sonicazione possono essere monitorati e regolati con precisione in base ai requisiti del processo.Per soddisfare gli standard di produzione di alimenti, integratori alimentari e prodotti terapeutici, i processi produttivi devono essere monitorati e registrati in dettaglio. I dispositivi digitali a ultrasuoni Hielscher Ultrasonics dispongono di registrazione automatica dei dati. Grazie a questa funzione intelligente, tutti i parametri di processo importanti, come l’energia ultrasonica (energia totale e netta), la temperatura, la pressione e il tempo, vengono memorizzati automaticamente su una scheda SD integrata non appena il dispositivo viene acceso. Il monitoraggio del processo e la registrazione dei dati sono importanti per la standardizzazione continua del processo e per la qualità del prodotto. Accedendo ai dati di processo registrati automaticamente, potete riesaminare i precedenti cicli di sonicazione e valutarne i risultati.
Un’altra funzione semplice da usare è il controllo remoto tramite browser dei nostri sistemi digitali a ultrasuoni. Tramite il controllo remoto via browser, potete avviare, arrestare, regolare e monitorare il vostro processore a ultrasuoni a distanza, da qualsiasi luogo.
Volete saperne di più sui vantaggi dell’estrazione con acqua a ultrasuoni da materiali vegetali? Contattateci subito per discutere del vostro processo di produzione di estratti vegetali! Il nostro personale esperto sarà lieto di fornirvi maggiori informazioni sull’estrazione a ultrasuoni, sui nostri sistemi a ultrasuoni e sui prezzi!

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:

Volume del lotto Portata Dispositivi consigliati
Da 1 a 500mL Da 10 a 200mL/min UP100H
Da 10 a 2000mL Da 20 a 400mL/min UP200Ht, UP400St
Da 0,1 a 20L Da 0,2 a 4L/min UIP2000hdT
Da 10 a 100L Da 2 a 10L/min UIP4000hdT
n.a. Da 10 a 100L/min UIP16000
n.a. maggiore gruppo di UIP16000

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Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto taglio vengono utilizzati per trattamenti su scala di laboratorio, da banco, pilota e industriale.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.

Informazioni tecniche sull’estrazione con acqua a ultrasuoni

I metodi di estrazione convenzionali, come macerazione, infusione, percolazione, decozione, estrazione a riflusso, distillazione in corrente di vapore, sublimazione e spremitura, sono comunemente utilizzati per estrarre composti medicinali dalle piante. Gli svantaggi di questi metodi comprendono processi che richiedono molto tempo, scarsa purezza e bassa efficienza.

Parametri di processo che influenzano l’estrazione a ultrasuoni

L’estrazione assistita da ultrasuoni è nota per le sue caratteristiche e i suoi vantaggi esclusivi, che rendono la sonicazione una tecnica di estrazione superiore rispetto ai metodi convenzionali di estrazione dei composti vegetali. Un vantaggio importante dell’estrazione assistita da ultrasuoni consiste nella precisa regolabilità dei fattori di trattamento ultrasonico (come ampiezza, tempo, temperatura e pressione), che consente di adattare in modo ottimale il processo a ultrasuoni al composto desiderato. Ogni materiale vegetale ha parametri di estrazione ideali, con i quali si ottengono la migliore resa, qualità e velocità di estrazione. Il processo di estrazione a ultrasuoni consente di adattarsi perfettamente a queste condizioni ottimali di estrazione.

Ampiezza ultrasonica

L’ampiezza è lo spostamento vibratorio della sonda a ultrasuoni (sonotrodo). Maggiore è l’ampiezza, più intense sono la vibrazione e la cavitazione nel liquido sottoposto a sonicazione. Hielscher Ultrasonics è specializzata in sonicatori a sonda ad alte prestazioni, in grado di fornire ampiezze regolabili con precisione. Sonde personalizzate, capaci di raggiungere fino a 200µm in funzionamento continuo 24/7, sono prontamente disponibili a magazzino. È inoltre possibile produrre facilmente sonotrodi a ultrasuoni personalizzati per ampiezze ancora maggiori.
L’ampiezza è uno dei parametri più importanti – se non il più importante in assoluto – per un’estrazione vegetale efficiente. Ampiezze elevate generano le forze necessarie per rompere le pareti cellulari e rilasciare il materiale intracellulare. Per questo motivo, la sonicazione ad alte prestazioni risulta così efficace nell’estrazione vegetale.

Tempo / Durata del trattamento a ultrasuoni

L’estrazione assistita da ultrasuoni è generalmente molto più breve rispetto ai metodi tradizionali, poiché la sonicazione rilascia i composti vegetali a velocità di estrazione significativamente superiori. La sonicazione consente procedure di estrazione più brevi, preservando i composti estratti da un trattamento eccessivo. Un trattamento più breve grazie agli ultrasuoni significa una maggiore capacità di trattamento e una qualità superiore dell’estratto.

Trattamento a ultrasuoni pulsati

La pulsazione ultrasonica è una modalità di trattamento in cui il trattamento a ultrasuoni viene interrotto da cicli di pausa definiti (ad esempio, ciclo di lavoro del 50%: 30 sec. ATTIVO, 30 sec. INATTIVO; ciclo di lavoro del 100%: sonicazione continua senza pause). Il ciclo di lavoro degli ultrasuoni (noto anche come modalità pulsata o cicli di pulsazione ultrasonica) indica la percentuale di tempo durante la quale gli ultrasuoni vengono accoppiati al mezzo (durata dell’impulso) nell’arco di un periodo di pulsazione. Ad esempio, una modalità con ciclo del 50% corrisponderebbe a 30 sec. ATTIVO e 30 sec. INATTIVO. Durante la pausa di un ciclo di lavoro, il liquido sottoposto a sonicazione ritorna per un tempo definito (ad esempio, 30 sec.) a uno stato indisturbato, favorendo la dissipazione del calore per mantenere la temperatura di trattamento desiderata. Il ciclo di lavoro della sonicazione è meno importante per l’efficienza di estrazione, ma viene utilizzato per mantenere una determinata temperatura di processo.

Pressione idrostatica

La pressione è un altro parametro molto importante per i processi a ultrasuoni. L’applicazione di pressione idrostatica al mezzo sottoposto a sonicazione influisce sull’intensità della cavitazione. In condizioni di pressione elevata, l’intensità della cavitazione ultrasonica (acustica) aumenta. Hielscher Ultrasonics offre vari tipi di reattori discontinui a ultrasuoni e celle di flusso che possono essere pressurizzati per intensificare gli effetti della sonicazione.

Temperatura di estrazione

Estrattore a ultrasuoni UP400ST con sensore di temperatura.Come qualsiasi trattamento meccanico, la sonicazione provoca un aumento della temperatura, in accordo con il 2° principio della termodinamica. Tuttavia, la sonicazione è una tecnica di trattamento non termica, poiché i trattamenti assistiti da ultrasuoni si basano su forze puramente meccaniche (chiamate anche forze sonomeccaniche). La temperatura durante l’estrazione a ultrasuoni può essere controllata efficacemente e mantenuta entro un determinato intervallo selezionato. Tutti i processori digitali a ultrasuoni Hielscher sono dotati di un sensore di temperatura collegabile e di un software intelligente, nel quale è possibile impostare un determinato intervallo di temperatura per il processo. Ogni volta che questo intervallo viene superato, il sonicatore si arresta fino a quando la temperatura rientra nell’intervallo selezionato, quindi riprende automaticamente la procedura di sonicazione. Questa funzione intelligente dei sonicatori Hielscher consente un processo di sonicazione controllabile con precisione e risultati ideali.
Poiché la temperatura di estrazione può variare a seconda dei composti vegetali e della pianta, la temperatura è un fattore importante che non deve essere trascurato durante l’ottimizzazione del processo a ultrasuoni. Ad esempio, 80°C è risultata la temperatura ideale per ottenere la massima resa di flavonoidi da Sophora flavescens, mentre i risultati migliori per l’estrazione di arabinoxilano dalla crusca di frumento sono stati ottenuti a 50°C.

Utilizzate qualsiasi solvente per l’estrazione a ultrasuoni

I diversi composti vegetali hanno polarità differenti, che influiscono sulla loro solubilità nei vari solventi. Ad esempio, le saponine e i polisaccaridi sono più polari e mostrano quindi una buona solubilità in acqua, poiché l’acqua è altamente polare. I composti fenolici, come gli antociani e l’acido clorogenico, invece, sono piuttosto apolari e si dissolvono quindi meglio in un solvente meno polare, come l’etanolo. La scelta del solvente deve pertanto essere effettuata in base alla solubilità dei composti desiderati, per ottenere un’elevata efficienza di estrazione. Ad esempio, l’acqua è un buon solvente per l’estrazione di composti polari, come la psilocibina dai funghi, nonché di oligosaccaridi, glicosidi e flavonoidi; una miscela etanolo-acqua con una concentrazione di etanolo del 60% (v/v) è invece adatta all’estrazione assistita da ultrasuoni di composti come apigenina, baicalina e luteolina.
Scoprite di più sui solventi, sulla polarità dei solventi e sui solventi più adatti all’estrazione a ultrasuoni!

Acqua come solvente di estrazione

L’acqua è il solvente più polare ed è adatta all’estrazione di un’ampia gamma di composti polari. Tra i suoi principali vantaggi vi è la capacità di dissolvere un’ampia gamma di sostanze. Inoltre, è economica, atossica, sicura e non infiammabile. Tra i suoi svantaggi vi è la forte selettività per i composti polari, dovuta alla sua elevata polarità. A causa del suo elevato punto di ebollizione di 100°C, la concentrazione dell’estratto (ad esempio mediante distillazione o evaporazione rotante) richiede una grande quantità di energia. Inoltre, l’acqua favorisce la proliferazione di batteri e muffe.

Frequenza ultrasonica

La frequenza ultrasonica intorno a 20kHz si è affermata come la più potente ed efficiente per l’estrazione vegetale. Influisce sull’efficienza dell’estrazione assistita da ultrasuoni nell’estrazione di composti medicinali dalle piante. In generale, una bassa frequenza ultrasonica (ossia circa 20kHz) genera una cavitazione più intensa (effetti sonomeccanici), che si traduce in una maggiore efficacia della procedura di estrazione.

Il materiale vegetale

I materiali vegetali possono variare notevolmente per struttura e rigidità delle loro cellule. A seconda della composizione della parete cellulare, che può contenere cellulosa, emicellulose, lignina, polisaccaridi pectici, proteine, composti fenolici e non cellulosici e acqua, le pareti cellulari possono essere resistenti o morbide. I diversi tipi e le diverse parti delle piante contengono tipi e quantità differenti di questi componenti della parete cellulare. Per questo motivo, ogni tipo di pianta richiede parametri di trattamento specifici per ottenere risultati di estrazione ottimali.
Poiché l’intensità può essere regolata con precisione, gli estrattori a ultrasuoni Hielscher possono rompere in modo affidabile pareti cellulari morbide e dure. Le pareti cellulari morbide possono richiedere una sonicazione meno intensa, mentre le strutture cellulari resistenti beneficiano di un trattamento più intenso.
La materia prima per l’estrazione vegetale può essere appena raccolta (umida) o essiccata. L’estrazione a ultrasuoni è adatta sia alle piante fresche/umide sia a quelle essiccate. La dimensione delle particelle solide vegetali è un altro fattore importante: una superficie elevata (ossia particelle di piccole dimensioni) è vantaggiosa perché offre un’ampia area di contatto per le forze di taglio della cavitazione ultrasonica, aumentando l’efficienza. Pertanto, il materiale vegetale viene macerato o macinato in piccoli pezzi (circa 3–5mm).

Perché l’estrazione a ultrasuoni è il metodo migliore?

Efficienza

  • Rese più elevate
  • Processo di estrazione rapido – in pochi minuti
  • Estratti di alta qualità – estrazione delicata e non termica
  • Solventi ecologici (acqua, etanolo, glicerina, oli vegetali, NADES ecc.)

Semplicità

  • Plug-and-play – Installazione e utilizzo in pochi minuti
  • Elevata capacità di trattamento – Per la produzione di estratti su larga scala
  • Funzionamento discontinuo o continuo in linea
  • Installazione e avviamento semplici
  • Portatile / Mobile – Unità portatili o montate su ruote
  • Scalabilità lineare – aggiungete un altro sistema a ultrasuoni in parallelo per aumentare la capacità
  • Monitoraggio e controllo a distanza – tramite PC, smartphone o tablet
  • Nessuna supervisione del processo necessaria – Installate e avviate
  • Alte prestazioni – progettato per la produzione continua 24/7
  • Robustezza e manutenzione ridotta
  • Alta qualità – progettato e costruito in Germania
  • Carico e scarico rapidi tra i lotti
  • Facile da pulire

Sicurezza

  • Utilizzo semplice e sicuro
  • Estrazione senza solventi o con solventi (acqua, etanolo, oli vegetali, glicerina ecc.)
  • Nessuna pressione o temperatura elevata
  • Disponibili sistemi antideflagranti certificati ATEX
  • Facile da controllare (anche tramite controllo remoto)


Bibliografia / Riferimenti

Tabella: pressione di vapore dell’acqua

Temperatura
in °C
Pressione di vapore
in mmHg (Torr)
Pressione di vapore
in ettopascal hPa
-80 0,00041 0,00055
-75 0,000915 0,00122
-70 0,00196 0,00261
-65 0,00405 0,0054
-60 0,008101 0,0108
-55 0,0157 0,02093
-50 0,02952 0,03936
-45 0,05402 0,07202
-40 0,09631 0,1284
-39,5 0,1019 0,1359
-39 0,1078 0,1437
-38,5 0,114 0,1520
-38 0,1206 0,1607
-37,5 0,1274 0,1699
-37 0,1347 0,1796
-36,5 0,1423 0,1897
-36 0,1503 0,2004
-35,5 0,1587 0,2116
-35 0,1676 0,2235
-34,5 0,1769 0,2359
-34 0,1867 0,2490
-33,5 0,197 0,2627
-33 0,2078 0,2771
-32,5 0,2192 0,2923
-32 0,2311 0,3082
-31,5 0,2437 0,3249
-31 0,2568 0,3424
-30,5 0,2706 0,3608
-30 0,2851 0,3801
-29,5 0,3003 0,4004
-29 0,3162 0,4216
-28,5 0,333 0,4439
-28 0,3505 0,4673
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-24 0,5243 0,6991
-23,5 0,5509 0,7345
-23 0,5787 0,7716
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-21,5 0,6701 0,8934
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-19 0,85222 1,1362
-18,5 0,89368 1,1915
-18 0,93698 1,2492
-17,5 0,98222 1,3095
-17 1,0295 1,3725
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-16 1,1302 1,5068
-15,5 1,1839 1,5783
-15 1,2399 1,653
-14,5 1,2983 1,7309
-14 1,3593 1,8122
-13,5 1,4228 1,8969
-13 1,489 1,9852
-12,5 1,5581 2,0773
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-11,5 1,705 2,2732
-11 1,7832 2,3774
-10,5 1,8646 2,4859
-10 1,9494 2,5990
-9,5 2,0377 2,7168
-9 2,1297 2,8394
-8,5 2,2254 2,9670
-8 2,325 3,0998
-7,5 2,4287 3,2380
-7 2,5366 3,3819
-6,5 2,6489 3,5316
-6 2,7657 3,6873
-5,5 2,8872 3,8492
-5 3,0134 4,0176
-4,5 3,1448 4,1927
-4 3,2813 4,3747
-3,5 3,4232 4,5639
-3 3,5707 4,7606
-2,5 3,724 4,9649
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0,01 4,58780 6,11657
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2 5,2954 7,0599
3 5,6861 7,5808
4 6,1021 8,1355
5 6,5449 8,7258
6 7,0158 9,3536
7 7,5164 10,021
8 8,0482 10,730
9 8,6130 11,483
10 9,2123 12,282
11 9,8483 13,130
12 10,522 14,028
13 11,237 14,981
14 11,993 15,990
15 12,795 17,058
16 13,642 18,188
17 14,539 19,384
18 15,487 20,647
19 16,489 21,983
20 17,546 23,393
21 18,663 24,882
22 19,841 26,453
23 21,085 28,111
24 22,395 29,858
25 23,776 31,699
26 25,231 33,639
27 26,763 35,681
28 28,376 37,831
29 30,071 40,092
30 31,855 42,470
31 33,730 44,969
32 35,700 47,596
33 37,769 50,354
34 39,942 53,251
35 42,221 56,290
36 44,613 59,479
37 47,121 62,823
38 49,750 66,328
39 52,506 70,002
40 55,391 73,849
41 58,413 77,878
42 61,577 82,096
43 64,886 86,508
44 68,349 91,124
45 71,968 95,950
46 75,749 100,99
47 79,709 106,27
48 83,834 111,77
49 88,147 117,52
50 92,648 123,52
51 97,343 129,78
52 102,24 136,31
53 107,35 143,12
54 112,67 150,22
55 118,23 157,62
56 124,01 165,33
57 130,03 173,36
58 136,29 181,71
59 142,82 190,41
60 149,61 199,46
61 156,67 208,88
62 164,02 218,67
63 171,65 228,85
64 179,59 239,43
65 187,83 250,42
66 196,39 261,83
67 205,28 273,68
68 214,51 285,99
69 224,09 298,76
70 234,03 312,01
71 244,33 325,75
72 255,02 340,00
73 266,11 354,78
74 277,59 370,09
75 289,49 385,95
76 301,82 402,39
77 314,58 419,41
78 327,80 437,03
79 341,48 455,27
80 355,63 474,14
81 370,28 493,67
82 385,43 513,87
83 401,10 534,76
84 417,30 556,35
85 434,04 578,67
86 451,33 601,73
87 469,21 625,56
88 487,67 650,17
89 506,73 675,58
90 526,41 701,82
91 546,72 728,90
92 567,68 756,84
93 589,31 785,68
94 611,61 815,41
95 634,61 846,08
96 658,34 877,71
97 682,78 910,30
98 707,98 943,90
99 733,95 978,52
100 760,00 1013,3
101 787,57 1050,0
102 815,86 1087,7
103 845,12 1126,7
104 875,06 1166,7
105 906,07 1208,0
106 937,92 1250,5
107 970,60 1294,0
108 1004,42 1339,12
109 1038,92 1385,11
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111 1111,20 1481,48
112 1148,74 1531,53
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115 1267,98 1690,50
120 1489,14 1985,36
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130 2026,10 2701,24
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250 29.817,84 39.753,85
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300 64.432,8 85.903,3
325 90.447,6 120.587
350 124.001,6 165.321,9
360 139.893,2 186.508,9
365 148.519,2 198.009,3
366 150.320,4 200.410,7
367 152.129,2 202.822,3
368 153.960,8 205.264,2
369 155.815,2 207.736,5
370 157.692,4 210.239,2
371 159.584,8 212.762,2
372 161.507,6 215.325,8
373 163.468,4 217.939,9
373,946 165.452,0 220.584,5

Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l’intero spettro, dal sonicatore compatto da laboratorio alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni completamente industriali.

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Saremo lieti di discutere il vostro processo.

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