Ekstrakcija ar ultraskaņu un tās darbības princips

Ekstrakcija ar ultraskaņu ir vēlamā metode bioaktīvo savienojumu izolēšanai no augu izejvielām. Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina pilnīgu ekstrakciju, tādējādi ļoti īsā ekstrakcijas laikā iegūstot izcilu ekstrakta iznākumu. Tā kā ekstrakcija ar ultraskaņu ir tik efektīva ekstrakcijas metode, tā ietaupa izmaksas un laiku, vienlaikus ļaujot iegūt augstas kvalitātes ekstraktus, kurus izmanto pārtikā, uztura bagātinātājos un farmaceitiskajos preparātos.

Ekstrakcija ar ultraskaņu

Ekstrakciju ar ultraskaņu izmanto pārtikas, uztura bagātinātāju un farmācijas rūpniecībā, lai no augu izejvielām atbrīvotu bioaktīvos savienojumus, piemēram, vitamīnus, polifenolus, polisaharīdus, kanabinoīdus un citus fitoķīmiskos savienojumus. Ar ultraskaņu veicinātas ekstrakcijas pamatā ir akustiskās jeb ultraskaņas kavitācijas darbības princips.

Kā darbojas akustiskā kavitācija?

Ekstrakcija ar ultraskaņu notiek, kad lielas jaudas zemfrekvences ultraskaņas viļņi tiek ievadīti suspensijā, kas sastāv no augu materiāla šķīdinātājā. Lielas jaudas ultraskaņas viļņi tiek ievadīti suspensijā, izmantojot zondes tipa ultraskaņas procesoru. Ultraskaņas viļņi ar augstu enerģiju izplatās šķidrumā, radot mainīgus augsta spiediena / zema spiediena ciklus, kas izraisa akustiskās kavitācijas parādību. Akustiskā jeb ultraskaņas kavitācija lokāli rada vidē ekstremālu temperatūru, spiedienu, uzsilšanas/atdzišanas ātrumu, spiediena starpības un lielus bīdes spēkus. Kad kavitācijas burbuļi sabrūk uz cietvielu virsmas (piemēram, uz daļiņām, augu šūnām, audiem utt.), mikrostrūklas un daļiņu savstarpējās sadursmes izraisa tādus efektus kā virsmas slāņu atdalīšanās, erozija, daļiņu sairšana, sonoporācija (šūnapvalku un šūnu membrānu perforācija) un šūnu sagraušana. Turklāt kavitācijas burbuļu sabrukšana šķidrā vidē rada makroturbulenci un mikrosajaukšanos. Apstarošana ar ultraskaņu ir efektīvs veids, kā pastiprināt masas pārneses procesus, jo apstrāde ar ultraskaņu izraisa kavitāciju un ar to saistītus mehānismus, piemēram, šķidruma strūklu radītas mikrokustības, materiāla saspiešanu un dekompresiju ar tai sekojošu šūnapvalku sagraušanu, kā arī lielu uzsilšanas un atdzišanas ātrumu.
Zondes tipa ultraskaņas ierīces var radīt ļoti lielas amplitūdas, kas nepieciešamas spēcīgas kavitācijas radīšanai. Hielscher Ultrasonic ražo augstas veiktspējas ultraskaņas ekstraktorus, kas nepārtrauktā 24/7 darbībā var viegli radīt 200µm amplitūdas. Vēl lielākām amplitūdām Hielscher piedāvā īpašas lielas amplitūdas sonotrodes (zondes).
Kavitācijas pastiprināšanai izmanto ultraskaņas reaktorus un plūsmas šūnas, kuros var paaugstināt spiedienu. Pieaugot spiedienam, kavitācija un tās radītie bīdes spēki kļūst postošāki, tādējādi pastiprinot ekstrakcijas ar ultraskaņu iedarbību.

Ekstrakcijas ar ultraskaņu pamatā ir akustiskā kavitācija un tās hidrodinamiskie bīdes spēki

Ekstrakcijas ar ultraskaņu iedarbība

Šūnu sagraušana ar ultraskaņu un masas pārneses palielināšana
Ultraskaņa var veicināt ekstrakcijas procesus gan ar šūnu sagraušanu, gan pastiprinot masas pārnesi robežslānī ap cieto matricu.
Sonoporācija jeb šūnapvalku un membrānu perforācija palielina šūnapvalku un membrānu caurlaidību un bieži ir starpposms pirms šūnu pilnīgas sagraušanas, apstrādājot tās ar ultraskaņu.
Ultraskaņas izraisītās kavitācijas mehāniskā iedarbība, piemēram, siltuma un spiediena starpības, triecienviļņi, bīdes spēki, šķidruma strūklas un mikroplūsmas, pastiprina šķīdinātāja iekļūšanu šūnas iekšienē un uzlabo masas pārnesi starp šūnu un šķīdinātāju, tādējādi starpšūnu materiāli nonāk šķīdinātājā.

Ekstrakcija ar ultraskaņu no augu šūnām: mikroskopiskajā šķērsgriezumā (TS) redzams iedarbības mehānisms ekstrakcijas ar ultraskaņu laikā no šūnām (palielinājums 2000x) [avots: Vilkhu et al. 2011]

Iekārtas ekstrakcijai ar ultraskaņu

Hielscher Ultrasonics procesori ir augstas veiktspējas ekstrakcijas sistēmas, kuru lietošana ir vienkārša un droša. Atbilstoši jūsu izejvielām, procesa jaudai un vēlamajam rezultātam Hielscher piedāvā jums vispiemērotāko ultraskaņas ierīci. Mūsu produktu klāsts ietver gan kompaktas, jaudīgas rokas ultraskaņas ierīces un galda sistēmas, gan pilnībā rūpnieciskas ultraskaņas iekārtas, kas spēj apstrādāt vairākas tonnas stundā.
Hielscher Ultrasonics ekstraktorus var izmantot periodiskai un nepārtrauktai ekstrakcijai plūsmas līnijā, un tos var lietot kopā ar jebkuru šķīdinātāju.
Ir pieejami dažādi piederumi, piemēram, dažādu izmēru un formu sonotrodes (zondes), amplitūdas pastiprinātāji, dažāda tilpuma un ģeometrijas plūsmas šūnas, pievienojami temperatūras un spiediena sensori un daudzas citas palīgierīces, lai izveidotu jūsu ekstrakcijas procesam ideāli piemērotu ultraskaņas sistēmu.
Visi mūsu digitālie modeļi ir aprīkoti ar viedo programmatūru, kas ļauj regulēt, uzraudzīt un iestatīt ekstrakcijas parametrus. Pateicoties precīzai amplitūdas, apstrādes ar ultraskaņu laika un darba ciklu kontrolei, var sasniegt optimālus procesa rezultātus, piemēram, izcilu iznākumu un visaugstāko ekstrakta kvalitāti. Automātiska apstrādes ar ultraskaņu procesa datu reģistrēšana ir pamats procesa standartizācijai un reproducējamībai / atkārtojamībai, kas nepieciešamas labai ražošanas praksei (GMP).

Hielscher Ultrasonics rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti lielas amplitūdas. Nepārtrauktā 24/7 darbībā var viegli uzturēt amplitūdas līdz 200µm. Vēl lielākām amplitūdām ir pieejamas individuāli pielāgotas ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj tās darbināt 24/7 ar lielu slodzi un sarežģītos vides apstākļos.
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas ierīču aptuveno apstrādes jaudu: