Estrazione dell'acqua ad alta efficienza grazie agli ultrasuoni di potenza
L'estrazione in acqua di composti botanici (ad esempio, estrazione in acqua fredda o calda, estrazione in acqua pressurizzata e estrazione in acqua subcritica) può essere efficacemente migliorata con gli ultrasuoni. L'estrazione dell'acqua assistita da ultrasuoni non solo fornisce rese più elevate e riduce i tempi di lavorazione, ma comporta anche un minor consumo energetico, condizioni di estrazione più blande ed estratti di alta qualità rispetto alle tecniche di estrazione convenzionali. L'estrazione con ultrasuoni viene utilizzata con successo per l'estrazione di numerosi composti di origine vegetale, tra cui alcaloidi, flavonoidi, glicosidi, composti fenolici e polisaccaridi.
Estrazione con acqua a ultrasuoni di composti bioattivi
L'acqua è il solvente più polare, il che la rende un ottimo solvente per i composti polari. Grazie alla sua natura non tossica e rispettosa dell'ambiente, l'acqua è il solvente ideale per qualsiasi estratto botanico. Tuttavia, i componenti meno polari e non polari si sciolgono poco o per nulla in acqua. Inoltre, in assenza di una promozione del trasferimento di massa, il processo di estrazione in acqua sarebbe incredibilmente lento e quindi antieconomico. Gli ultrasuoni ad alta intensità e bassa frequenza sono una tecnica di estrazione molto efficiente, che garantisce un'intensa miscelazione e un trasferimento di massa. Pertanto, è risaputo che l'estrazione a ultrasuoni offre vantaggi significativi rispetto ai metodi di estrazione convenzionali. Questi vantaggi includono rese più elevate, rapidità di lavorazione, rapidi cambi di lotto e estrazione continua in linea, l'uso di solventi ecologici, condizioni di estrazione delicate, che preservano i composti estratti, sicurezza nel funzionamento e facile scalabilità a grandi volumi per la produzione commerciale. (cfr. Zabot et al., 2021)
Reattore MultiSono con 4x 4kW per la produzione su larga scala (di massa) di estratti botanici utilizzando l'acqua come solvente di estrazione. Il MultiSonoReactor può essere anche pressurizzato e riscaldato per ottenere effetti di estrazione sinergici.
Estrazione di acqua calda migliorata con gli ultrasuoni
I parametri che determinano l'estrazione delle sostanze botaniche durante l'estrazione in acqua sono la temperatura, il tempo, la pressione e l'area superficiale del materiale vegetale. Un estratto in acqua calda può essere preparato in tempi relativamente brevi grazie all'elevata temperatura dell'acqua.
La soluzione: La resa e il tasso di estrazione possono essere significativamente aumentati quando si applica 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, con conseguente peggioramento della qualità dell'estratto. Quando l'estrazione a ultrasuoni è combinata con l'estrazione con acqua calda, la temperatura può essere drasticamente ridotta (ad esempio, da 100°C a 50°C), il che impedisce la degradazione termica degli ingredienti botanici estratti, aumenta la resa totale e fa risparmiare energia. La cavitazione ultrasonica è il principio alla base del fenomeno dell'estrazione a ultrasuoni. La cavitazione ultrasonica (o acustica) è una forza puramente meccanica che rompe le pareti cellulari, rilascia i composti target e migliora il trasferimento di massa tra l'interno della cellula e l'acqua (solvente). L'estrazione dell'acqua con ultrasuoni offre quindi risultati eccellenti.
Estrazione con acqua fredda migliorata con gli ultrasuoni
L'estrazione con acqua fredda (infusione con acqua fredda) è significativamente più inefficiente, poiché si evita l'uso di acqua calda. L'acqua fredda o a temperatura ambiente non estrae molto bene i composti botanici, poiché l'acqua fredda si impregna 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 sensibili al calore. Tuttavia, la scarsa dinamica di estrazione rende l'estrazione convenzionale con acqua fredda impraticabile per la produzione commerciale. Per questo motivo l'infusione con acqua fredda viene utilizzata quasi esclusivamente in fase sperimentale a causa della sua lentezza e inefficienza.
La soluzione: Con l'introduzione degli ultrasuoni nell'estrazione ad acqua fredda, è possibile superare facilmente la lentezza e l'inefficienza dell'ammollo ad acqua fredda. L'estrazione con acqua fredda intensificata dagli ultrasuoni consente di mantenere temperature di estrazione fredde, accoppiando al contempo intense forze di taglio nel mezzo solido-liquido. Grazie al meccanismo di estrazione a ultrasuoni, le pareti cellulari si aprono e i composti botanici vengono rapidamente rilasciati nell'acqua. L'estrazione e l'infusione ad ultrasuoni con acqua fredda trasformano l'ammollo a freddo in un processo altamente efficace che fornisce rese elevate ed estratti di alta qualità in tempi brevi.
Estrazione con acqua pressurizzata combinata con ultrasuoni
L'estrazione a ultrasuoni è caratterizzata da una micro-miscelazione che, attraverso le vibrazioni, favorisce una maggiore diffusione del solvente nella particella e dall'interno della particella alla superficie, intensificando il trasferimento di massa. Inoltre, gli ultrasuoni riducono le dimensioni delle particelle del materiale cellulare, migliorando gli effetti dell'estrazione di liquidi sotto pressione assistita da ultrasuoni. Le particelle più piccole, di circa 0,68 mm, mostrano rendimenti più elevati rispetto a quelle più grandi (circa 1,05 mm), poiché la maggiore superficie consente un trasferimento di massa significativamente maggiore e quindi migliori rendimenti di estrazione. (cfr. Zabot et al., 2021)
Estrazione ad ultrasuoni di materiale vegetale in acqua: Ultrasuonatore UIP1000hdT in un grande becher contenente un impasto vegetale. In questo caso si utilizza l'acqua come solvente, ma l'estrazione a ultrasuoni è compatibile con qualsiasi tipo di solvente.
- Rendimento superiore
- Estrazione ad alta velocità
- Estratti di alta qualità
- Procedura leggera e non termica
- solventi verdi
- Economicamente vantaggioso
- Funzionamento facile e sicuro
- Bassi costi di investimento e operativi
- Funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di impiego gravose
- Metodo verde ed ecologico
Estrazione efficace di acqua fredda pressurizzata con ultrasuoni elettrici
In condizioni di alta pressione, la penetrazione dell'acqua fredda nei tessuti vegetali è facilitata e le sostanze fitochimiche idrosolubili vengono disciolte senza causare decomposizione termica. Il metodo di estrazione con acqua fredda ad alta pressione può essere abbinato agli ultrasuoni per migliorare l'isolamento di ingredienti botanici polari e non polari. L'acqua, in quanto solvente non tossico, economico e rispettoso dell'ambiente, è un'alternativa interessante ai solventi organici, soprattutto per la produzione di alimenti, terapie e integratori alimentari di origine vegetale.
Per un'estrazione pressurizzata ad ultrasuoni con acqua fredda, una sonda a ultrasuoni (sonotrodo) viene integrata nel serbatoio di estrazione o nella cella di flusso. Il serbatoio o la cella di flusso sono normalmente pressurizzati con pressioni comprese tra 5 e 100 barg, a seconda dei composti estratti. Hielscher Ultrasonics fornisce anche reattori industriali a ultrasuoni e celle di flusso personalizzati, che possono essere pressurizzati fino a 300 barg, consentendo di impostare la pressione ottimale per il processo di estrazione.
Estrazione con acqua supercritica migliorata dalla sonicazione
L'estrazione subcritica dell'acqua potenziata dagli ultrasuoni è un'altra tecnica sinergica, in cui gli ultrasuoni di potenza migliorano il trasferimento di massa tra solido e liquido. Estrazione subcritica dell'acqua (SWE) – nota anche come estrazione di acqua calda pressurizzata o estrazione di acqua surriscaldata – è una tecnica meno utilizzata per l'estrazione di composti botanici con una polarità inferiore. Nell'estrazione subcritica, l'acqua allo stato supercritico viene utilizzata come solvente.
Che cos'è l'acqua subcritica e perché l'acqua subcritica 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, lo stato fisico (solido, liquido o gassoso), il comportamento termico, la densità o la viscosità possono essere modificati. Aumentando la temperatura e la pressione oltre il 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; ciò rende l'acqua un solvente migliore per l'estrazione di vari composti organici bioattivi.” (Li e Chemat, 2019)
Quando gli ultrasuoni vengono combinati con l'estrazione con acqua subcritica, l'efficienza dell'estrazione può essere migliorata aumentando la resa dell'estratto e riducendo il tempo di estrazione. Per ottenere risultati ottimali, la pressione nel reattore batch pressurizzato chiuso o nel reattore a cella di flusso deve raggiungere almeno il doppio della pressione di vapore dell'acqua. (Una tabella della pressione di vapore dell'acqua si trova alla fine di questa pagina.)
Huang et al. (2010) hanno studiato gli effetti estrattivi degli ultrasuoni a bassa frequenza e alta potenza in combinazione con l'estrazione con acqua subcritica. Una sonda a ultrasuoni è stata quindi accoppiata al bollitore del dispositivo di estrazione con acqua subcritica per estrarre l'olio volatile dal Lithospermum erythrorhizon. I risultati hanno mostrato che l'effetto di potenziamento assistito dagli ultrasuoni di 20 KHz era migliore di quello di 36 KHz e aumentava con la potenza di uscita (da 0 a 250 W). La resa dell'estrazione di acqua subcritica è aumentata dall'1,87% al 2,39% grazie all'oscillazione ultrasonica (250 W, 20 KHz) a una temperatura di 160°C e a una pressione di 5 MPa durante una procedura di estrazione di 25 minuti. Gli ultrasuoni possono migliorare non solo la resa di estrazione, ma anche la velocità di estrazione, con un conseguente risparmio di tempo.
L'estrazione di acqua subcritica assistita da ultrasuoni può essere eseguita a pressioni inferiori (ad esempio, 5barg) rispetto all'estrazione di acqua subcritica convenzionale (ad esempio, 10MPa), il che consente di risparmiare sui costi energetici e di rendere più sicura la procedura di estrazione.
L'estrazione ad ultrasuoni di sostanze fitochimiche dalle piante può essere eseguita in batch e in continuo. L'immagine mostra il potente ultrasuonatore da 1000 watt UIP1000hdT durante l'estrazione di prodotti botanici in modalità batch.
I vantaggi dell'estrazione botanica a ultrasuoni
Sia la ricerca scientifica che l'applicazione industriale dimostrano che l'estrazione assistita da ultrasuoni è una tecnica affidabile e facile da usare, che non richiede un background tecnico o una formazione intensiva. L'efficienza di estrazione molto elevata, gli alti rendimenti, i bassi costi operativi e i bassi costi di investimento (soprattutto se confrontati con altre tecniche come la CO2 ) e i bassi costi energetici sono i principali vantaggi degli estrattori a ultrasuoni a sonda.
Ulteriori vantaggi, che rendono la tecnologia di estrazione a ultrasuoni il metodo preferito, sono l'elevata qualità degli estratti grazie alle basse temperature di estrazione, l'affidabilità dei risultati (ripetibilità / riproducibilità), la scalabilità completamente lineare a qualsiasi livello di produzione e la bassa manutenzione.
"Altri vantaggi legati all'uso dell'estrazione con sonda a ultrasuoni sono la facilità di manipolazione dell'estratto, la rapidità di esecuzione, l'assenza di residui, l'alta resa, l'ecocompatibilità, la qualità migliorata e la prevenzione della degradazione dell'estratto.”
(cfr. Chemat e Khan, 2011)
Configurazione dell'estrazione per l'isolamento botanico: ultrasuonatore a sonda UP400St, filtro sottovuoto Büchi e rotore-evaporatore per l'estrazione di sostanze fitochimiche.
Ultrasuonatori ad alte prestazioni per l'estrazione dell'acqua
Gli estrattori Hielscher Ultrasonics sono ben consolidati nel campo dell'estrazione botanica, indipendentemente dal solvente utilizzato. Produttori di estratti – sia i piccoli produttori esclusivi di estratti di nicchia che i grandi produttori di massa. – trovare in Hielscher’ Il portafoglio di apparecchiature broad è l'attrezzatura di estrazione a ultrasuoni ideale per le loro esigenze di produzione. Le configurazioni di processo in linea, sia in batch che in continuo, sono prontamente disponibili e possono essere spedite a scaffale. Adatta a lavorare con qualsiasi solvente, l'estrazione a ultrasuoni può essere applicata in modo flessibile per l'estrazione di qualsiasi materiale vegetale. L'utilizzo dell'acqua come solvente consente di produrre estratti certificati biologici senza l'impiego di costosi “organico” etanolo. (Naturalmente, il materiale vegetale deve essere coltivato in modo biologico per produrre un estratto d'acqua organico).
Estrazione ad alta efficienza con gli ultrasuoni Hielscher
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 di sostanze fitochimiche (metaboliti secondari). Progettati con un occhio di riguardo alla facilità d'uso, gli estrattori Hielscher si installano rapidamente e possono essere utilizzati in modo sicuro e intuitivo.
Soddisfare gli standard di qualità più elevati – Progettato & Prodotto in Germania
L'hardware sofisticato e il software intelligente degli ultrasuonatori Hielscher sono progettati per garantire risultati affidabili di estrazione a ultrasuoni dalle materie prime botaniche, con risultati riproducibili e un funzionamento facile e sicuro. La robustezza, l'affidabilità, il funzionamento a pieno carico 24 ore su 24, 7 giorni su 7 e la semplicità d'uso dal punto di vista dell'operatore sono altri fattori di qualità che rendono gli ultrasonici Hielscher molto apprezzati.
Gli estrattori a ultrasuoni Hielscher sono utilizzati in tutto il mondo per l'estrazione di sostanze fitochimiche di alta qualità. Grazie alla loro comprovata capacità di produrre composti botanici di alta qualità, gli estrattori a ultrasuoni Hielscher non sono utilizzati solo da piccoli produttori di estratti speciali e boutique, ma soprattutto nella produzione industriale di estratti, integratori nutrizionali e terapeutici ampiamente disponibili in commercio. Grazie all'hardware robusto e al software intelligente, i processori a ultrasuoni Hielscher possono essere facilmente gestiti e monitorati.
Protocollaggio automatico dei dati
Per soddisfare gli standard di produzione di alimenti, integratori alimentari e prodotti terapeutici, i processi produttivi devono essere monitorati e registrati in modo dettagliato. I dispositivi digitali a ultrasuoni Hielscher Ultrasonics sono dotati di protocollatura automatica dei dati. Grazie a questa funzione intelligente, tutti i parametri di processo più importanti, come l'energia ultrasonica (energia totale e netta), la temperatura, la pressione e il tempo, vengono automaticamente memorizzati 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 la qualità del prodotto. Accedendo ai dati di processo registrati automaticamente, è possibile rivedere i cicli di sonicazione precedenti e valutarne i risultati.
Un'altra caratteristica di facile utilizzo è il controllo remoto via browser dei nostri sistemi digitali a ultrasuoni. Tramite il controllo remoto via browser è possibile avviare, arrestare, regolare e monitorare il processore a ultrasuoni a distanza da qualsiasi luogo.
Volete saperne di più sui vantaggi dell'estrazione ad ultrasuoni dell'acqua dai materiali vegetali? Contattateci subito per discutere del vostro processo di produzione di estratti botanici! Il nostro personale esperto sarà lieto di fornirvi ulteriori informazioni sull'estrazione a ultrasuoni, sui nostri sistemi a ultrasuoni e sui prezzi!
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Informazioni tecniche sull'estrazione dell'acqua a ultrasuoni
I metodi di estrazione convenzionali come macerazione, infusione, percolazione, decozione, estrazione a riflusso, distillazione in corrente di vapore, sublimazione e pressatura sono comunemente utilizzati per l'estrazione di composti medicinali dalle piante. Gli svantaggi di questi metodi includono un processo che richiede molto tempo, una scarsa purezza e una 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 unici, che rendono la sonicazione una tecnica di estrazione superiore rispetto ai metodi convenzionali di estrazione dei composti botanici. Uno dei principali vantaggi dell'estrazione assistita da ultrasuoni risiede nella precisa adattabilità dei fattori di elaborazione degli ultrasuoni (come ampiezza, tempo, temperatura, pressione), che consente di sintonizzare il processo ultrasonico in modo ottimale sul composto target. Ogni materiale vegetale ha parametri di estrazione ideali, in base ai quali si ottengono la migliore resa, qualità e velocità di estrazione. Il processo di estrazione a ultrasuoni permette di adattare perfettamente queste condizioni di estrazione ottimali.
ampiezza degli ultrasuoni
L'ampiezza è lo spostamento vibrazionale della sonda a ultrasuoni (sonotrodo). Maggiore è l'ampiezza, più intensa è la vibrazione e la cavitazione nel liquido sonicato. Hielscher Ultrasonics è specializzata in ultrasuonatori a sonda ad alte prestazioni, in grado di fornire ampiezze regolabili con precisione. Le sonde personalizzate, che possono fornire fino a 200 µm in funzionamento continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7, sono prontamente disponibili a scaffale. Per ampiezze ancora maggiori, è possibile produrre facilmente anche sonotrodi a ultrasuoni personalizzati.
L'ampiezza è una – se non il più singolo – parametro importante per un'estrazione efficiente delle piante. Le ampiezze elevate creano le forze necessarie per rompere le pareti cellulari e rilasciare il materiale intracellulare. In questo modo, l'ultrasuonoterapia ad alte prestazioni diventa così efficace nell'estrazione botanica.
Tempo / Durata del trattamento a ultrasuoni
L'estrazione assistita da ultrasuoni è solitamente molto più breve rispetto ai metodi tradizionali, poiché la sonicazione rilascia i composti botanici a tassi di estrazione significativamente più elevati. L'ultrasuonoterapia consente procedure di estrazione più brevi, che preservano i composti estratti da una lavorazione eccessiva. Un processo più breve grazie agli ultrasuoni significa una maggiore produttività e una migliore qualità dell'estratto.
Trattamento a ultrasuoni pulsati
La pulsazione a ultrasuoni 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. ON, 30 sec. Il ciclo di lavoro degli ultrasuoni (noto anche come modalità a impulsi o cicli di pulsazione a ultrasuoni) si riferisce alla percentuale di tempo in cui gli ultrasuoni vengono accoppiati al mezzo (durata dell'impulso) in un periodo di impulso. Ad esempio, una modalità di ciclo del 50% sarebbe 30 sec. ON, 30 sec. OFF. Durante il ciclo di pausa di un ciclo di lavoro, il liquido sonicato torna per un tempo definito (ad esempio, 30 secondi) a uno stato indisturbato, che è utile per la dissipazione del calore al fine di mantenere una temperatura di lavorazione target. Il ciclo di lavoro della sonicazione è un ciclo di lavoro meno importante per l'efficienza dell'estrazione, ma serve a mantenere una certa temperatura di processo.
Pressione idrostatica
La pressione è un altro parametro molto importante per i processi a ultrasuoni. L'applicazione di una pressione idrostatica al mezzo sonicato influisce sull'intensità della cavitazione. In condizioni di pressione elevata, l'intensità della cavitazione ultrasonica (acustica) aumenta. Hielscher Ultrasonics offre vari tipi di reattori batch a ultrasuoni e celle a flusso, che possono essere pressurizzati per ottenere risultati di sonicazione più intensi.
Temperatura di estrazione
Come qualsiasi trattamento meccanico, l'ultrasuonoterapia provoca un aumento della temperatura, in accordo con la 2a legge della termodinamica. Tuttavia, l'ultrasuonoterapia 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 di estrazione durante l'estrazione a ultrasuoni può essere efficacemente controllata e mantenuta entro un certo intervallo di temperatura selezionato. Tutti i processori digitali a ultrasuoni Hielscher sono dotati di un sensore di temperatura collegabile e di un software intelligente che consente di impostare un determinato intervallo di temperatura per il processo. Ogni volta che questo intervallo di temperatura viene superato, l'ultrasonorizzatore si mette in pausa finché la temperatura non rientra nell'intervallo selezionato e continua automaticamente la procedura di sonicazione. Questa funzione intelligente degli ultrasuonatori Hielscher consente di controllare con precisione il processo di sonicazione e di ottenere risultati ottimali.
Poiché la temperatura di estrazione può essere diversa a seconda dei composti botanici e delle piante, la temperatura è un fattore importante, che non dovrebbe essere trascurato durante l'ottimizzazione del processo a ultrasuoni. Ad esempio, 80°C sono risultati ideali per ottenere la massima resa di flavonoidi da Sophora flavescens, mentre i migliori risultati sono stati ottenuti a 50°C per l'estrazione di arabinoxilano dalla crusca di grano.
Utilizzare qualsiasi solvente per l'estrazione a ultrasuoni
I diversi composti botanici hanno polarità diverse, che influenzano la loro solubilità in 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 le antocianine e l'acido clorogenico, invece, non sono polari e si dissolvono meglio in un solvente meno polare come l'etanolo. Pertanto, la scelta del solvente deve essere fatta in base alla solubilità dei composti target 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 flavanoidi; mentre una miscela etanolo-acqua con una concentrazione di etanolo del 60% (v/v) è adatta per l'estrazione assistita da ultrasuoni, ad esempio, di apigenina, baicalina e luteolina.
Per saperne di più sui solventi, sulla polarità dei solventi e sui solventi più adatti per l'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. I suoi principali vantaggi sono la capacità di sciogliere un'ampia gamma di sostanze. Inoltre, è economica, non tossica, sicura e non infiammabile. Tra gli svantaggi vi è la forte selettività per i composti polari dovuta alla sua elevata polarità. A causa del suo elevato punto di ebollizione (100°C), la concentrazione dell'estratto (ad esempio tramite distillazione o evaporazione con rotore) richiede una grande quantità di energia. Inoltre, l'acqua è soggetta alla crescita di batteri e muffe.
frequenza ultrasonica
La frequenza degli ultrasuoni intorno ai 20kHz è stata ritenuta la più potente ed efficiente per l'estrazione botanica. influisce sull'efficienza dell'estrazione assistita da ultrasuoni nell'estrazione di composti medicinali dalle piante. In generale, la bassa frequenza ultrasonica (cioè circa 20 kHz) 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 nella struttura e nella rigidità delle loro cellule. A seconda della composizione della parete cellulare, che può contenere cellulosa, emicellulosa, lignina, polisaccaridi pectici, proteine, composti fenolici e non cellulosici e acqua, le pareti cellulari possono essere robuste o morbide. Tipi e parti di piante diverse contengono tipi e quantità diverse di questi componenti della parete cellulare. Per questo motivo, ogni tipo di pianta richiede parametri di lavorazione 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 le pareti cellulari morbide e dure. Le pareti cellulari morbide possono richiedere un'ultrasonicazione meno intensa, mentre le strutture cellulari robuste beneficiano di un trattamento più intenso.
La materia prima per l'estrazione botanica può essere raccolta fresca (umida) o essiccata. L'estrazione a ultrasuoni è adatta sia per le piante fresche/umide che per quelle essiccate. La dimensione delle particelle dei solidi vegetali è un altro fattore importante: Un'elevata area superficiale (cioè particelle di piccole dimensioni) è vantaggiosa in quanto fornisce un'ampia area di contatto per le forze di taglio della cavitazione a ultrasuoni, con conseguente maggiore efficienza. Pertanto, il materiale vegetale viene macerato o macinato in piccoli pezzi (circa 3-5 mm).
Perché l'estrazione a ultrasuoni è il metodo migliore?
efficienza
- Rendimenti più elevati
- Processo di estrazione rapido – entro pochi minuti
- Estratti di alta qualità – estrazione delicata e non termica
- Solventi verdi (acqua, etanolo, glicerina, oli vegetali, NADES, ecc.)
Semplicità
- Plug-and-play - Configurazione e funzionamento in pochi minuti
- Alta produttività - Per la produzione di estratti su larga scala
- Funzionamento in linea a lotti o continuo
- Installazione e avviamento semplici
- Portatile / mobile - Unità portatili o costruite su ruote
- Scale up lineare - aggiungere un altro sistema a ultrasuoni in parallelo per aumentare la capacità
- Monitoraggio e controllo a distanza - tramite PC, smartphone o tablet
- Non è necessaria la supervisione del processo - Installazione ed esecuzione
- Alte prestazioni - progettato per una produzione continua 24 ore su 24, 7 giorni su 7
- Robustezza e bassa manutenzione
- alta qualità – progettato e costruito in Germania
- Carico e scarico rapido tra i lotti
- Facile da pulire
Sicurezza
- Semplice e sicuro da gestire
- Estrazione senza solventi o a base di solventi (acqua, etanolo, oli vegetali, glicerina, ecc.).
- Assenza di pressioni e temperature elevate
- Disponibilità di sistemi antideflagranti certificati ATEX
- Facile da controllare (anche tramite telecomando)
Letteratura / Riferimenti
- 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.
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e molti altri!
Tabella: Pressione di vapore dell'acqua
| Temperatura in °C |
Pressione di vapore in mmHg (Torr) |
Pressione di vapore in Hectopascal 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 |
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| -8 | 2,325 | 3,0998 |
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| -7 | 2,5366 | 3,3819 |
| -6,5 | 2,6489 | 3,5316 |
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| -2 | 3,8832 | 5,1772 |
| -1,5 | 4,0486 | 5,3977 |
| -1 | 4,2204 | 5,6267 |
| -0,5 | 4,3987 | 5,8645 |
| 0 | 4,5840 | 6,1115 |
| 0,01 | 4,58780 | 6,11657 |
| 1 | 4,9286 | 6,5709 |
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| 6 | 7,0158 | 9,3536 |
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| 9 | 8,6130 | 11,483 |
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| 11 | 9,8483 | 13,130 |
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| 15 | 12,795 | 17,058 |
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| 19 | 16,489 | 21,983 |
| 20 | 17,546 | 23,393 |
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| 22 | 19,841 | 26,453 |
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| 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 |
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| 35 | 42,221 | 56,290 |
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| 38 | 49,750 | 66,328 |
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| 78 | 327,80 | 437,03 |
| 79 | 341,48 | 455,27 |
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