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.

Come funziona la cavitazione acustica?

L'estrazione ad ultrasuoni si ottiene quando le onde ultrasoniche ad alta potenza e a bassa frequenza sono accoppiate in un liquame costituito da materiale botanico in un solvente. Le onde ultrasoniche ad alta potenza sono accoppiate attraverso un processore ad ultrasuoni di tipo sonda nel liquame. Le onde ultrasoniche ad alta energia viaggiano attraverso il liquido creando cicli alternati di alta pressione / bassa pressione, che si traduce nel fenomeno della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ultrasonica porta localmente a temperature estreme, pressioni, velocità di riscaldamento/raffreddamento, differenziali di pressione ed elevate forze di taglio nel mezzo. Quando le bolle di cavitazione implodono sulla superficie dei solidi (come particelle, cellule vegetali, tessuti, ecc.), i microgetti e la collisione interparticolare generano effetti come il peeling superficiale, l'erosione, la rottura 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-turbulenze e micro-miscelazione. L'irradiazione ad ultrasuoni rappresenta un modo efficiente per migliorare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione provoca la cavitazione e i suoi meccanismi correlati, come il micro-movimento da parte dei getti di liquido, la compressione e la decompressione nel materiale con la conseguente rottura delle pareti cellulari, così come alti tassi 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.

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

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.

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].

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: