Estrazione a ultrasuoni e suo principio di funzionamento

L'estrazione a ultrasuoni è la tecnica preferita per isolare i composti bioattivi dalle piante. La sonicazione consente di ottenere un'estrazione completa e quindi di ottenere rese superiori in un tempo di estrazione molto breve. Essendo un metodo di estrazione così efficiente, l'estrazione a ultrasuoni consente di risparmiare tempo e denaro e di ottenere estratti di alta qualità, utilizzati per alimenti, integratori e prodotti farmaceutici.

estrazione ad ultrasuoni

L'estrazione a ultrasuoni è utilizzata nell'industria alimentare, degli integratori alimentari e farmaceutica per rilasciare composti bioattivi come vitamine, polifenoli, polisaccaridi, cannabinoidi e altre sostanze fitochimiche dalle piante. L'estrazione assistita da ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica o ultrasonica.

Come funziona la cavitazione acustica?

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 a ultrasuoni ad alte prestazioni, che possono facilmente creare ampiezze di 200 µm in funzionamento continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, Hielscher offre sonotrodi (sonde) specifici ad alta ampiezza.
Per intensificare la cavitazione si utilizzano reattori a ultrasuoni e celle di flusso pressurizzati. Con l'aumento delle pressioni, la cavitazione e le forze di taglio cavitazionali diventano più distruttive e migliorano quindi gli effetti dell'estrazione a ultrasuoni.

L'estrazione a ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e sulle forze di taglio idrodinamiche.

Effetti dell'estrazione a ultrasuoni

Interruzione della cella a ultrasuoni e aumento del trasferimento di massa
Gli ultrasuoni possono aiutare i processi di estrazione sia attraverso la disgregazione delle cellule sia migliorando il trasferimento di massa nello strato limite che circonda la matrice solida.
La sonorizzazione, ovvero la perforazione delle pareti e delle membrane cellulari, aumenta la permeabilità delle pareti e delle membrane cellulari ed è spesso una fase intermedia prima che le cellule vengano completamente disgregate 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 i microflussi, intensificano la penetrazione del solvente all'interno della cellula e migliorano il trasferimento di massa tra cellula e solvente, in modo che i materiali intercellulari vengano trasferiti nel solvente.

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

apparecchiatura di estrazione a ultrasuoni

I processori a ultrasuoni Hielscher sono sistemi di estrazione ad alte prestazioni, semplici e sicuri da utilizzare. In base alla materia prima, alle capacità di processo e all'obiettivo di produzione, Hielscher offre l'ultrasuonatore più adatto. La nostra gamma di prodotti spazia dai compatti e potenti ultrasonici portatili ai sistemi da banco, fino alle unità ultrasoniche completamente industriali in grado di trattare diverse tonnellate all'ora.
Gli estrattori Hielscher Ultrasonics possono essere utilizzati per l'estrazione in linea in batch o in continuo e possono essere utilizzati in combinazione con qualsiasi solvente.
Sono disponibili vari accessori come sonotrodi (sonde) di varie dimensioni e forme, trombe di spinta, celle di flusso con vari volumi e geometrie, sensori di temperatura e pressione collegabili e molti altri gadget per assemblare il setup ultrasonico 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'estratto. La registrazione automatica dei dati del processo di sonicazione è la base per la standardizzazione del processo e la riproducibilità/ripetibilità, richieste dalle buone pratiche di fabbricazione (GMP).

I processori industriali a ultrasuoni di Hielscher Ultrasonics possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24 e 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori: