초음파 추출과 그 작동 원리

초음파 추출은 식물에서 생체 활성 화합물을 분리하는 데 선호되는 기술입니다. 초음파 처리는 완전한 추출을 달성하므로 매우 짧은 추출 시간에 우수한 추출물 수율을 얻을 수 있습니다. 이러한 효율적인 추출 방법이기 때문에 초음파 추출은 비용과 시간을 절약하는 동시에 식품, 보충제 및 의약품에 사용되는 고품질 추출물을 얻을 수 있습니다.

초음파 추출

초음파 추출은 식품, 영양 보충제 및 제약 산업에서 비타민, 폴리페놀, 다당류, 카나비노이드 및 기타 식물 화학 물질과 같은 생체 활성 화합물을 방출하는 데 사용됩니다. 초음파 보조 추출은 음향 또는 초음파 캐비테이션의 작동 원리를 기반으로 합니다.

어쿠스틱 캐비테이션은 어떻게 작동합니까?

초음파 추출은 고출력, 저주파 초음파가 용매의 식물 물질로 구성된 슬러리에 결합 될 때 이루어집니다. 고출력 초음파는 프로브 형 초음파 프로세서를 통해 슬러리로 결합됩니다. 고에너지 초음파는 액체를 통해 이동하여 고압/저압 사이클을 번갈아 가며 생성하여 음향 캐비테이션 현상을 일으킵니다. 음향 또는 초음파 캐비테이션은 매체에서 극한의 온도, 압력, 가열/냉각 속도, 압력 차이 및 높은 전단력을 국부적으로 유발합니다. 캐비테이션 기포가 고체(예: 입자, 식물 세포, 조직 등)의 표면에서 파열될 때 마이크로 제트 및 입자 간 충돌은 표면 박리, 침식, 입자 파괴, 초음파 형성(세포벽 및 세포막의 천공) 및 세포 파괴와 같은 효과를 생성합니다. 또한 액체 매체에서 캐비테이션 기포의 내파는 거시적 난류와 미세 혼합을 생성합니다. 초음파 조사는 초음파 처리로 인해 캐비테이션 및 액체 제트에 의한 미세 이동, 세포벽의 후속 파괴와 같은 재료의 압축 및 감압, 높은 가열 및 냉각 속도와 같은 관련 메커니즘이 발생하기 때문에 질량 전달 프로세스를 향상시키는 효율적인 방법을 나타냅니다.
프로브 형 초음파는 매우 높은 진폭을 생성 할 수 있으며, 이는 영향력있는 캐비테이션을 생성하는 데 필요합니다. Hielscher 초음파는 연속 24/7 작동에서 200μm의 진폭을 쉽게 생성 할 수있는 고성능 초음파 추출기를 제조합니다. 더 높은 진폭을 위해 Hielscher는 지정된 고 진폭의 소노트로드 (프로브)를 제공합니다.
가압 가능한 초음파 반응기와 플로우 셀은 캐비테이션을 강화하는 데 사용됩니다. 압력이 증가함에 따라 캐비테이션 및 캐비테이션 전단력은 더욱 파괴적이 되어 초음파 추출 효과를 향상시킵니다.

초음파 추출은 음향 캐비테이션과 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다

초음파 추출의 효과

Ultrasonic Cell Disruption and Increase of Mass Transfer
초음파는 세포 파괴를 통해 그리고 고체 매트릭스를 둘러싼 경계층에서 질량 전달을 향상시킴으로써 추출 과정을 지원할 수 있습니다.
세포벽과 막의 천공 인 Sonoporation은 세포벽과 막의 투과성을 향상시키고 종종 세포가 초음파 처리에 의해 완전히 파괴되기 전의 중간 단계입니다.
열 및 압력 차이, 충격파, 전단력, 액체 제트 및 마이크로 스트리밍과 같은 초음파 유도 캐비테이션의 기계적 효과는 세포 내부로의 용매 침투를 강화하고 세포와 용매 간의 질량 전달을 개선하여 세포 간 물질이 용매로 전달되도록 합니다.

식물 세포에서 초음파 추출: 현미경 횡단면(TS)은 세포에서 초음파 추출 중 작용 메커니즘을 보여줍니다(배율 2000x) [리소스: Vilkhu et al. 2011]

초음파 추출 장비

Hielscher 초음파 프로세서는 작동이 간단하고 안전한 고성능 추출 시스템입니다. 원료, 공정 능력 및 출력 목표에 따라 Hielscher는 가장 적합한 초음파기를 제공합니다. 당사의 제품 포트폴리오는 벤치 탑 시스템을 통한 작고 강력한 휴대용 초음파기에서 시간당 수 톤을 처리 할 수있는 완전 산업용 초음파 장치에 이르기까지 다양합니다.
Hielscher 초음파 추출기는 배치 및 연속 인라인 추출에 사용할 수 있으며 모든 용매와 함께 사용할 수 있습니다.
다양한 크기와 모양의 소노트로드(프로브), 부스터 혼, 다양한 부피와 형상의 플로우 셀, 플러그형 온도 및 압력 센서 및 기타 여러 장치와 같은 다양한 액세서리를 사용하여 추출 공정에 이상적인 초음파 설정을 조립할 수 있습니다.
당사의 모든 디지털 모델에는 추출 매개변수를 조정, 모니터링 및 설정할 수 있는 지능형 소프트웨어가 장착되어 있습니다. 진폭, 초음파 처리 시간 및 듀티 사이클에 대한 정밀한 제어로 인해 우수한 수율 및 최고의 추출물 품질과 같은 최적의 공정 결과를 얻을 수 있습니다. 초음파 처리 공정의 자동 데이터 기록은 GMP (Good Manufacturing Practices)에 필요한 공정 표준화 및 재현성 / 반복성의 기초입니다.

Hielscher 초음파 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 허용합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.