L'estrazione a ultrasuoni e il suo principio di funzionamento

L'estrazione ad ultrasuoni è la tecnica preferita per isolare i composti bioattivi dalle piante. Sonicazione raggiunge un'estrazione completa e quindi rendimenti superiori estratto si ottengono in un tempo di estrazione molto breve. Essendo un metodo di estrazione così efficiente, l'estrazione ad ultrasuoni è un risparmio di costi e di tempo, mentre con conseguente estratti di alta qualità, che vengono utilizzati per gli alimenti, integratori e prodotti farmaceutici.

estrazione ad ultrasuoni

L'estrazione ad ultrasuoni è utilizzato nel cibo, integratore alimentare e l'industria farmaceutica per rilasciare composti bioattivi come vitamine, polifenoli, polisaccaridi, cannabinoidi e altri elementi fitochimici da botanici. L'estrazione assistita da ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica o ultrasonica.

Vantaggi dell'estrazione ad ultrasuoni

  • rendimenti elevati
  • Qualità superiore
  • Estratti a spettro completo
  • processo rapido
  • Compatibile con qualsiasi solvente
  • Facile e sicuro da usare
  • Scalabilità lineare
  • Rispettoso dell'ambiente
  • ROI veloce

 

In questa presentazione vi presentiamo la produzione di estratti botanici. Spiegheremo le sfide della produzione di estratti botanici di alta qualità e come un sonicatore può aiutarvi a superarle. Questa presentazione vi mostrerà come funziona l'estrazione a ultrasuoni. Imparerete quali vantaggi potete aspettarvi utilizzando un sonicatore per l'estrazione e come potete implementare un estrattore a ultrasuoni nella vostra produzione di estratti.

Estrazione botanica a ultrasuoni - Come utilizzare i sonicatori per estrarre i composti botanici

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Gli estrattori a ultrasuoni come UP400St (400W, 24kHz) intensificano l'estrazione botanica convenzionale a base di acqua e sono ideali per la produzione di estratti botanici, tinture e infusi.

Sonda a ultrasuoni UP400ST per l'estrazione di composti botanici per la produzione di tinture e infusi botanici.

Come funziona la cavitazione acustica?

Omogeneizzatore ad ultrasuoni UP400St per estrazione L'estrazione a ultrasuoni si ottiene accoppiando onde ultrasonore ad alta potenza e bassa frequenza a un impasto costituito da materiale botanico in un solvente. Le onde ultrasoniche ad alta potenza vengono accoppiate al liquame tramite un processore a ultrasuoni di tipo a sonda. Le onde ultrasonore altamente energetiche attraversano il liquido creando cicli alternati di alta e bassa pressione, che danno luogo al fenomeno della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ultrasonica porta localmente a temperature, pressioni, tassi di riscaldamento/raffreddamento, differenziali di pressione e forze di taglio elevate nel mezzo. Quando le bolle di cavitazione implodono sulla superficie dei solidi (come particelle, cellule vegetali, tessuti, ecc.), i microgetti e la collisione interparticellare generano effetti come il peeling superficiale, l'erosione, la disgregazione delle particelle, la sonoporazione (la perforazione delle pareti cellulari e delle membrane cellulari) e la rottura delle cellule. Inoltre, l'implosione di bolle di cavitazione in mezzi liquidi crea macro-turbolenze e micro-miscelazione. L'irradiazione a ultrasuoni rappresenta un modo efficace per migliorare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione provoca la cavitazione e i meccanismi correlati, come i micromovimenti da parte di getti di liquido, la compressione e la decompressione nel materiale con la conseguente rottura delle pareti cellulari, nonché elevate velocità di riscaldamento e raffreddamento.
Gli ultrasuoni a sonda possono generare ampiezze molto elevate, necessarie per generare una cavitazione d'impatto. Hielscher Ultrasonic produce estrattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni, che possono facilmente creare ampiezze di 200 µm in funzionamento continuo 24/7. Per ampiezze ancora più elevate, Hielscher offre sonotrodi ad alta ampiezza specificati (sonotrodi).
I reattori ad ultrasuoni pressurizzabili e le celle a flusso vengono utilizzati per intensificare la cavitazione. Con l'aumentare delle pressioni, la cavitazione e le forze di taglio cavitazionale diventano più distruttive e migliorano così gli effetti dell'estrazione a ultrasuoni.

La cavitazione ultrasonica / acustica crea forze molto intense che aprono le pareti cellulari note come lisi (clicca per ingrandire!).

L'estrazione ad ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e le sue forze di taglio idrodinamiche.

Questo filmato mostra l'efficiente estrazione di composti bioattivi dai funghi medicinali. L'omogeneizzatore a ultrasuoni Hielscher UP400St è ampiamente utilizzato per produrre estratti di funghi di alta qualità.

Estrazione a ultrasuoni di composti bioattivi da funghi medicinali

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Effetti dell'estrazione ad ultrasuoni

Interruzione della cella a ultrasuoni e aumento del trasferimento di massa
Gli ultrasuoni possono aiutare i processi di estrazione sia attraverso l'interruzione delle cellule che migliorando il trasferimento di massa nello strato limite che circonda la matrice solida.
La sonoporazione, la perforazione delle pareti cellulari e delle membrane, migliora la permeabilità delle pareti cellulari e delle membrane ed è spesso un passo intermedio prima che le cellule siano completamente perturbate dalla sonicazione.
Gli effetti meccanici della cavitazione indotta dagli ultrasuoni, come i differenziali di calore e pressione, le onde d'urto, le forze di taglio, i getti di liquido e il micro flusso, intensificano la penetrazione del solvente all'interno della cella e migliorano il trasferimento di massa tra la cella e il solvente in modo che i materiali intercellulari vengano trasferiti nel solvente.

I perturbatori a ultrasuoni sono utilizzati per l'estrazione da fonti di fitofarmaci (ad esempio piante, alghe, funghi).

Estrazione ultrasonica da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo delle azioni durante l'estrazione ultrasonica dalle cellule (ingrandimento 2000x) [risorsa: Vilkhu et al. 2011].

Processore ad ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore batch agitato

Omogeneizzatore ad ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore batch continuamente mescolato

Attrezzature per l'estrazione a ultrasuoni

I processori Hielscher Ultrasonics sono sistemi di estrazione ad alte prestazioni, semplici e sicuri da utilizzare. In base alle vostre materie prime, alle capacità di processo e all'obiettivo di produzione, Hielscher vi offre l'ultrasonico più adatto. La nostra gamma di prodotti spazia da ultrasuoni portatili compatti e potenti a sistemi da banco fino a unità ad ultrasuoni completamente industriali in grado di trattare diverse tonnellate all'ora.
Gli estrattori Hielscher Ultrasonics possono essere utilizzati per l'estrazione a batch e continua in linea e possono essere utilizzati in combinazione con qualsiasi solvente.
Sono disponibili vari accessori come sonotrodi (sonotrodi) di varie dimensioni e forme, trombe di richiamo, celle di flusso con vari volumi e geometrie, sensori di temperatura e pressione innestabili e molti altri gadget per assemblare la configurazione ultrasonica ideale per il vostro processo di estrazione.
Tutti i nostri modelli digitali sono dotati di un software intelligente che consente di regolare, monitorare e impostare i parametri di estrazione. Grazie al controllo preciso dell'ampiezza, del tempo di sonicazione e dei cicli di lavoro, è possibile ottenere risultati di processo ottimali, come una resa superiore e la massima qualità dell'estrazione. La registrazione automatica dei dati del processo di sonicazione è la base per la standardizzazione del processo e la riproducibilità/ripetibilità, necessarie per le buone pratiche di produzione (GMP).

I processori a ultrasuoni industriali Hielscher Ultrasonics possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente eseguite in modo continuo in un funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher permette un funzionamento 24/7 in condizioni di carico pesante e in ambienti difficili.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batchPortataDispositivi raccomandati
1 - 500mL10 - 200mL/minUP100H
10 - 2000mL20 - 400mL/minUP200Ht, UP400St
0,1 - 20L0,2 - 4L/minUIP2000hdT
10 - 100L2 - 10L/minUIP4000hdT
n.a.10 - 100L/minUIP16000
n.a.più grandecluster di UIP16000
L'estrazione botanica a ultrasuoni offre rese più elevate. L'omogeneizzatore Hielscher UIP2000hdT, da 2000 watt, è sufficientemente potente per estrarre facilmente lotti da 10 litri a 120 litri.

Estrazione a ultrasuoni di prodotti botanici - Lotto da 30 litri / 8 galloni

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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la dispersione, l'emulsione e l'estrazione delle cellule.

Omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alta potenza di laboratorio a pilota e Industriale scala.



Letteratura / Referenze

 

Particolarità / Cose da sapere

Estratti botanici

Gli estratti botanici sono composti bioattivi, che sono isolati da materiale vegetale come erbe, fiori, foglie, steli, radici e altre parti di piante. I composti bioattivi come vitamine, antiossidanti, polifenoli, polisaccaridi, cannabinoidi e altre molecole vegetali sono utilizzati come additivi alimentari funzionali, nutraceutici, cosmeceutici, farmaceutici e coloranti naturali.

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