Strategie per ottenere rendimenti più elevati nell'estrazione botanica
Per produrre estratti di qualità superiore da prodotti botanici con un'elevata efficienza, cioè con rese elevate di estratti di qualità superiore in un tempo di estrazione ridotto, è necessaria una tecnica di estrazione ad alte prestazioni. L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica di intensificazione del processo che consente di utilizzare un'ampia gamma di materie prime e di ottenere rese elevate di estratti di qualità superiore in modo rapido ed economico.
Estratti botanici di prima qualità con ultrasuoni di potenza
Quando si estrae un composto bioattivo specifico o una frazione bioattiva da una pianta, vari fattori influenzano il processo di estrazione. Oltre alla tecnologia di estrazione (ad esempio, l'estrazione a ultrasuoni), la polarità del solvente, la materia prima e il suo pretrattamento, il rapporto solido/liquido (cioè il rapporto materia vegetale/solvente), il tempo di estrazione e la temperatura sono fattori di processo importanti che devono essere attentamente considerati. L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) consente di ottenere condizioni di lavorazione ideali, caratterizzate da delicatezza e alta efficienza allo stesso tempo. La libera scelta di solventi delicati o di acqua fredda, le basse temperature e i brevi tempi di lavorazione fanno dell'estrazione a ultrasuoni una tecnica di estrazione superiore, che impedisce la degradazione termica o chimica delle molecole bioattive. Inoltre, gli EAU possono rilasciare l'intera quantità disponibile di molecole bioattive dalla materia prima vegetale. Per questo motivo l'ultrasuono è la tecnologia di estrazione più utilizzata per la produzione di estratti ad alta potenza.
Cosa rende l'estrazione a ultrasuoni superiore?
L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) è una tecnica di estrazione altamente efficiente, che si basa su forze meccaniche pure. La cavitazione ultrasonica o acustica è caratterizzata da intense forze di taglio e da differenziali di temperatura e pressione elevati che si verificano localmente. Queste forze cavitazionali altamente intense causano la cosiddetta sonoporazione, ovvero la generazione di nuovi pori e l'allargamento di quelli esistenti nella membrana cellulare, nonché la rottura delle strutture cellulari delle piante. L'intensificazione del flusso di solvente all'interno e all'esterno della cellula contribuisce al rilascio rapido e completo delle sostanze vegetali. Utilizzando esclusivamente forze meccaniche, l'EAU non altera le molecole botaniche attraverso sostanze chimiche o trattamenti termici intensi e previene quindi le alterazioni chimiche o indotte dal calore delle sostanze bioattive presenti nei prodotti botanici. Di conseguenza, l'estrazione a ultrasuoni produce estratti di alta qualità e a spettro completo che offrono tutti gli effetti delle sostanze botaniche combinate, il cosiddetto effetto entourage.
Estrazione a ultrasuoni: tecnica leggera non termica, ma altamente efficiente per ottenere elevati rendimenti di estratti di qualità superiore.
Confronto tra l'estrazione a ultrasuoni e altre tecniche
L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica ampiamente utilizzata per rilasciare e isolare composti bioattivi come antiossidanti, polifenoli, polisaccaridi, proteine, lipidi, cannabinoidi e altre sostanze fitochimiche da materiali vegetali.La sonicazione è il metodo preferito grazie a numerosi vantaggi, quali rese di estrazione elevate e complete, processo rapido e non termico, compatibilità con quasi tutti i solventi (ad es. acqua, etanolo, metanolo, isopropanolo, oli vegetali, glicerina, ecc.
La tabella seguente mette a confronto l'estrazione a ultrasuoni con altri metodi di estrazione convenzionali, sottolineando i vantaggi degli EAU.
estrazione ad ultrasuoni | Macerazione | CO2 estrazione | Soxhlet | Percolazione | |
---|---|---|---|---|---|
Solvente | compatibile con quasi tutti i solventi | acqua, solventi acquosi e non acquosi | CO2 | acqua, solventi acquosi e non acquosi | solventi organici |
Temperatura | estrazione non termica, controllo preciso della temperatura |
ambiente | sotto calore | temperatura ambiente, occasionalmente viene applicato il calore |
al di sopra del valore critico temperatura di 31°C |
pressione | entrambi, atmosferici o è possibile una pressione elevata |
atmosferico | atmosferico | atmosferico | pressioni molto elevate (al di sopra della pressione critica di 74 bar) |
Tempo di elaborazione | Rapido | molto lento | lento | molto lento | Moderato |
Quantità di solvente | basso, elevato carico solido di materiale vegetale nel solvente, in particolare quando una cella a flusso viene utilizzata l'impostazione |
grande | Moderato | grande | grandi quantità di CO supercritica2 |
Polarità dell'estratto naturale | dipendente dal solvente; per estrarre le sostanze non polari e polari composti, un'estrazione a doppio stadio Si consiglia di utilizzare due solventi |
dipendente dal solvente | dipendente dal solvente | dipendente dal solvente | dipendente dalla pressione (a pressioni più elevate più polari) |
Flessibilità / Scalabilità | per l'estrazione in batch e in linea, scalabilità lineare |
solo per l'estrazione in batch, scalabilità limitata |
solo per l'estrazione in batch, scalabilità limitata |
solo per l'estrazione in batch, scalabilità limitata |
solo per l'estrazione in batch, scalabilità lineare limitata, molto costoso |
Perché l'estrazione a ultrasuoni è così efficiente?
Il meccanismo di intensificazione dell'estrazione degli ultrasuoni di potenza è attribuito principalmente al fenomeno della cavitazione acustica. La cavitazione ultrasonica provoca collisioni tra le particelle della biomassa vegetale, con conseguente frazionamento interparticellare e riduzione delle dimensioni delle particelle. Quando le bolle di cavitazione collassano sulla superficie dei solidi vegetali, l'erosione e la sonoporazione ampliano ulteriormente la superficie delle particelle. Il trasferimento di massa così intensificato facilita il rilascio di molecole come proteine, lipidi, zuccheri, vitamine, antiossidanti, sostanze fitochimiche e fibre alimentari. Le forze di taglio generate dagli ultrasuoni migliorano la penetrazione del solvente nella matrice cellulare della materia vegetale e la permeabilità delle membrane cellulari. Questi meccanismi degli ultrasuoni di potenza sono responsabili della significativa intensificazione del processo ottenuta quando gli ultrasuoni vengono applicati per l'estrazione botanica.
- rendimenti elevati
- estratti di qualità superiore
- processo rapido e altamente efficiente
- bassi costi operativi
- risultati riproducibili
- scalabilità lineare
- Semplice & funzionamento sicuro
- robustezza
Ottenete informazioni tecniche sugli estrattori a ultrasuoni Hielscher e sui loro vantaggi!
Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni per il trattamento in batch e in continuo su qualsiasi scala di produzione. Oltre ai più elevati standard tecnici, all'eccezionale robustezza e al funzionamento 24/7/365 per un'elevata efficienza, gli ultrasonori Hielscher sono facili e affidabili da utilizzare. L'elevata efficienza, il software intelligente, il menu intuitivo, il protocollaggio automatico dei dati e il controllo remoto via browser sono solo alcune delle caratteristiche che distinguono gli estrattori Hielscher dalle altre apparecchiature di estrazione.
Vantaggi degli estrattori a ultrasuoni Hielscher
efficienza
- Rendimenti più elevati
- Processo di estrazione rapida – entro pochi minuti
- Estratti di alta qualità – estrazione delicata e non termica
- Solventi verdi (acqua, etanolo, glicerina, oli vegetali, ecc.)
Semplicità
- Plug 'n’ play - Configurazione e formazione in poche ore
- Alta produttività - Per la produzione di estratti su larga scala
- Funzionamento in linea a lotti o continuo
- Semplicità di configurazione - Supporta diverse tensioni e richiede solo un collegamento a quattro tubi.
- Mobile
- 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 e 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)
Solventi per l'estrazione a ultrasuoni
Scegliere il solvente ideale per il processo di estrazione: acqua, miscela di acqua e alcol, alcol isopropilico, esano, etanolo, metanolo, butano, oli vegetali, glicerina,
I solventi non tossici e qualsiasi altro solvente standard sono compatibili con l'estrazione a ultrasuoni.
Estrazione ad ultrasuoni con acqua fredda: Sebbene l'acqua sia tecnicamente un solvente, il cosiddetto solvente universale, un'estrazione a base di acqua è generalmente considerata un'estrazione senza solventi. Un'estrazione a ultrasuoni senza solventi non richiede sostanze estranee. L'impasto di acqua e materiale vegetale viene sonicato per rompere le pareti cellulari della pianta in modo che le molecole bioattive vengano rilasciate nell'acqua (solvente). La sonicazione è un metodo meccanico puro, che non altera chimicamente la materia prima e l'estratto. Pertanto, l'estrazione a ultrasuoni è la tecnica preferita per produrre estratti botanici di alta qualità.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri estrattori a ultrasuoni (trattamento batch e flow-through):
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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Letteratura / Riferimenti
- 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.
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- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
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- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.