La sonicazione supera gli altri metodi di estrazione in termini di velocità
La rapidità della procedura di estrazione a ultrasuoni e il conseguente risparmio di tempo nella produzione degli estratti rappresentano uno dei numerosi vantaggi dell’estrazione a ultrasuoni di composti bioattivi dalle piante. L’estrazione a ultrasuoni è stata confrontata scientificamente con tecniche di estrazione alternative quali l’estrazione con CO2 supercritica, la macerazione, l’estrazione a caldo sotto riflusso, l’estrazione Soxhlet o a microonde, e i risultati della ricerca dimostrano il significativo vantaggio della sonicazione in termini di velocità e resa di estrazione.
La sonicazione come procedura di estrazione rapida
L’estrazione a ultrasuoni di composti bioattivi è ben nota per le rese elevate, gli estratti di alta qualità, i tempi di estrazione brevi, il basso consumo energetico e la possibilità di utilizzare solventi molto blandi. Tutti questi fattori contribuiscono alla straordinaria efficienza complessiva dell’estrazione a ultrasuoni di costituenti bioattivi da materiali vegetali.
Di seguito è riportata una selezione di lavori di ricerca scientifica in cui l’estrazione a ultrasuoni (anche estrazione assistita da ultrasuoni / UAE) è stata confrontata con altre tecniche di estrazione quali la macerazione, l’estrazione Soxhlet, l’estrazione a caldo sotto riflusso, l’estrazione con CO2 supercritica e l’estrazione a microonde.
Sonicatore UP400St per l’estrazione rapida di materie prime botaniche in modalità batch
| Applicazione di estrazione | Tempo di estrazione a ultrasuoni | Tempo del metodo di estrazione alternativo | Informazioni aggiuntive | Fonte |
|---|---|---|---|---|
| Estrazione di antociani dalle bacche di mirto | 5 min | 15 min microonde |
sonicatore UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| Estrazione dalle foglie di boldo | 5–30 min | 15–90 min macerazione |
sonicatore UIP1000hdT “Possiamo osservare che con 5–30 min di sonicazione la resa è equivalente a quella ottenuta con 15–90 min di macerazione convenzionale: UAE richiede un terzo del tempo necessario alla macerazione convenzionale per estrarre il materiale solubile delle foglie.” |
Petigny et al., 2013 |
| Estrazione di fenoli totali e flavonoidi dalla salvia | 11 min | 30 min estrazione convenzionale con bagno termostatico agitato a 60ºC |
estrattori a ultrasuoni UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Estrazione di polifenoli dalle foglie di olivo | 21 min | 60min estrazione convenzionale a caldo sotto riflusso |
sonicatore UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Estrazione di composti fenolici bioattivi dalle foglie di Malva sylvestris | 49 min 48°C a 110W |
5 h estrazione a letto agitato a 150 rpm |
Sonicatore UP200S L’analisi HPLC ha rivelato che la concentrazione di composti fenolici bioattivi è aumentata significativamente (p≺0,05) nelle condizioni ottimali di UAE . |
Bimakr et al., 2017 |
| Estrazione di lipidi dai semi di melone invernale (Benincasa hispida) | ∼36 min | Estrazione con anidride carbonica supercritica combinata con la tecnica di variazione ciclica della pressione (SCE-PST) (∼50 min), estrazione con CO2 (∼97 min) ed estrazione Soxhlet convenzionale (∼360 min) | Il confronto tra l’estrazione con anidride carbonica supercritica (sCO2), l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), l’estrazione con anidride carbonica supercritica combinata con la tecnica di variazione ciclica della pressione (SCE-PST) e l’estrazione Soxhlet mostra che UAE è la tecnica di estrazione più efficiente e rapida. | Bimakr et al. (2015) |
Il confronto tra l’estrazione con anidride carbonica supercritica (sCO2), l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), l’estrazione con anidride carbonica supercritica combinata con la tecnica di variazione ciclica della pressione (SCE-PST) e l’estrazione Soxhlet mostra che UAE è la tecnica di estrazione più efficiente e rapida.
- Elevata efficienza di estrazione
- Rese di estrazione superiori
- Processo rapido
- Basse temperature
- Adatta all’estrazione di composti termolabili
- Compatibile con qualsiasi solvente
- Basso consumo energetico
- Tecnica di estrazione ecologica
- Utilizzo semplice e sicuro
- Bassi costi di investimento e di esercizio
- Funzionamento 24/7 in condizioni gravose
Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni per l’isolamento rapido di composti
Le apparecchiature a ultrasuoni all’avanguardia di Hielscher consentono un’estrazione rapida di biomolecole di alta qualità dalle piante. Il pieno controllo dei parametri di processo quali ampiezza, temperatura, pressione ed energia immessa consente di ottenere le condizioni di estrazione più efficienti e delicate, producendo estratti integri e altamente bioattivi. I parametri dell’estrazione a ultrasuoni, quali la dimensione delle particelle della materia prima, il tipo di solvente, il rapporto solido/solvente e il tempo di estrazione, possono essere ottimizzati per ottenere la massima efficienza e i migliori risultati complessivi. Poiché l’estrazione a ultrasuoni è un metodo di estrazione non termico, è possibile evitare la degradazione termica dei principi bioattivi, ottenendo una qualità superiore degli estratti.
Nel complesso, vantaggi quali la resa elevata, il tempo di estrazione breve, la bassa temperatura di estrazione e il ridotto fabbisogno di solvente rendono la sonicazione il metodo di estrazione preferito.
La sonicazione supera l’estrazione a microonde nell’estrazione di antociani dalle bacche di mirto. La sonicazione è tre volte più rapida dell’estrazione a microonde.
Il confronto tra l’estrazione a ultrasuoni e quella convenzionale con un bagno termostatico agitato mostra una significativa riduzione del tempo di estrazione dei fenoli totali e dei flavonoidi dalla salvia quando si utilizza l’estrazione a ultrasuoni. L’estrazione a ultrasuoni richiede solo un terzo del tempo di estrazione necessario con un bagno termostatico agitato.
Estrazione a ultrasuoni: consolidata in laboratorio e nell’industria
L’estrazione a ultrasuoni è ampiamente utilizzata per estrarre ogni tipo di composto bioattivo da materie prime botaniche, funghi, alghe, batteri e cellule di mammiferi. L’estrazione a ultrasuoni si è affermata come tecnica semplice, economica e altamente efficiente, che supera altre tecniche di estrazione tradizionali grazie a rese di estrazione più elevate e tempi di trattamento più brevi.
Grazie alla pronta disponibilità di sistemi a ultrasuoni da laboratorio, da banco e completamente industriali, l’estrazione a ultrasuoni è oggi una tecnologia consolidata e affidabile. Gli estrattori a ultrasuoni Hielscher sono installati in tutto il mondo in impianti di lavorazione industriale per la produzione di composti bioattivi di grado alimentare e farmaceutico.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| da 1 a 500mL | da 10 a 200mL/min | UP100H |
| da 10 a 2000mL | da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| da 0,1 a 20L | da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| da 10 a 100L | da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.
Letteratura / Riferimenti bibliografici
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Informazioni utili
Principio di funzionamento dell’estrazione a ultrasuoni
L’estrazione a ultrasuoni è un metodo ampiamente utilizzato per isolare e separare componenti bioattivi da materiali vegetali. Poiché la sonicazione è compatibile con qualsiasi tipo di solvente, la procedura di estrazione a ultrasuoni può essere progettata in modo ottimale in funzione dei composti bioattivi (ossia i composti da estrarre), della loro polarità, solubilità, sensibilità al calore e di altri fattori. Adattando il processo di sonicazione specificamente a un determinato composto o a più composti, è possibile scegliere la configurazione ideale per ottenere un estratto di qualità straordinariamente elevata.
Le onde ultrasoniche accoppiate a un liquido o a una sospensione creano intense vibrazioni e cavitazione acustica. La cavitazione acustica, detta anche cavitazione ultrasonica, è caratterizzata da differenze di pressione estremamente elevate che si verificano localmente, forze di taglio e getti di liquido. Queste forze rompono le pareti cellulari, disgregano le cellule vegetali e intensificano il trasferimento di massa tra l’interno delle cellule e il solvente. In questo modo, i principi bioattivi vengono rilasciati efficacemente nel solvente circostante, dal quale le molecole desiderate possono essere facilmente isolate e purificate (ad esempio mediante evaporazione rotativa, distillazione in corrente di vapore o HPLC).
Estrazione a ultrasuoni da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo d’azione durante l’estrazione a ultrasuoni dalle cellule (ingrandimento 2000x)
[fonte: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni dalla scala di laboratorio alla scala industriale.