Ultrasone extractie is de voorkeurstechniek om bioactieve verbindingen uit botanische middelen te isoleren. Sonication bereikt een volledige extractie en daardoor worden superieure extractieresultaten verkregen in een zeer korte extractietijd. Omdat het zo'n efficiënte extractiemethode is, is ultrasone extractie kosten- en tijdbesparend, terwijl het resulteert in hoogwaardige extracten, die worden gebruikt voor voeding, supplementen en farmaceutische producten.

Ultrasone extractie

Ultrasone extractie wordt gebruikt in de voedingsmiddelen-, voedingssupplementen- en farmaceutische industrie om bioactieve verbindingen zoals vitaminen, polyfenolen, polysacchariden, cannabinoïden en andere fytochemicaliën uit botanische producten vrij te geven. De ultrasone extractie is gebaseerd op het werkingsprincipe van akoestische of ultrasone cavitatie.

Hoe werkt akoestische cavitatie?

Ultrasone extractie wordt bereikt wanneer ultrageluidsgolven met een hoog vermogen en een lage frequentie worden gekoppeld aan een slurry die bestaat uit botanisch materiaal in een oplosmiddel. Ultrasone golven met een hoog vermogen worden via een ultrasone processor van het probe-type aan de slurry gekoppeld. Ultrakrachtige ultrasone golven bewegen door de vloeistof en creëren afwisselend hoge-druk/lage-druk cycli, wat resulteert in het fenomeen van akoestische cavitatie. Akoestische of ultrasone cavitatie leidt plaatselijk tot extreme temperaturen, drukken, verwarmings-/koelsnelheden, drukverschillen en hoge schuifkrachten in het medium. Wanneer cavitatiebellen imploderen op het oppervlak van vaste stoffen (zoals deeltjes, plantencellen, weefsels enz.), veroorzaken microstralen en botsingen tussen de deeltjes effecten zoals oppervlakteschil, erosie, afbraak van deeltjes, sonoporatie (de perforatie van celwanden en celmembranen) en celdisruptie. Daarnaast creëert de implosie van cavitatiebellen in vloeibare media macroturbulenties en micromixing. Ultrasone bestraling is een efficiënte manier om massatransferprocessen te verbeteren, omdat sonicatie leidt tot cavitatie en aanverwante mechanismen zoals microbewegingen door vloeistofstralen, compressie en decompressie in het materiaal met de daaropvolgende verstoring van celwanden, evenals hoge verwarmings- en koelsnelheden.
Sonde-type ultrasonicatoren kunnen zeer hoge amplitudes genereren, wat nodig is om impactvolle cavitatie te genereren. Hielscher Ultrasonic produceert hoogwaardige ultrasone extractoren, die gemakkelijk amplitudes van 200µm kunnen genereren in continue 24/7 werking. Voor nog hogere amplitudes biedt Hielscher specifieke high-amplitude sonotrodes (sondes) aan.
Drukbare ultrasone reactoren en stromingscellen worden gebruikt om de cavitatie te intensiveren. Met toenemende druk worden cavitatie en cavitatieschuifkrachten destructief en verbeteren daardoor de ultrasone extractie-effecten.

Ultrasone extractie is gebaseerd op akoestische cavitatie en de hydrodynamische afschuifkrachten.

Effecten van ultrasone extractie

Ultrasone celverstoring en verhoging van de massa-overdracht
Ultrasoon geluid kan de extractieprocessen ondersteunen, zowel door middel van celverstoring als door het verbeteren van de massaoverdracht in de grenslaag rond de vaste matrix.
Sonoporatie, de perforatie van celwanden en -membranen, verbetert de doorlaatbaarheid van de celwanden en -membranen en is vaak een tussenstap voordat de cellen volledig worden verstoord door sonicatie.
De mechanische effecten van ultrasound-geïnduceerde cavitatie, zoals warmte en drukverschillen, schokgolven, schuifkrachten, vloeibare stralen en microstroming, intensiveren de penetratie van het oplosmiddel in het celbinnenland en verbeteren de massaoverdracht tussen cel en oplosmiddel zodat de intercellulaire materialen in het oplosmiddel worden overgebracht.

Ultrasone extractie uit plantencellen: de microscopische dwarsdoorsnede (TS) toont het werkingsmechanisme bij ultrasone extractie uit cellen (vergroting 2000x) [bron: Vilkhu et al. 2011].

Ultrasone Extraction Equipment

Hielscher Ultrasonics processoren zijn krachtige afzuigsystemen, die eenvoudig en veilig te bedienen zijn. In overeenstemming met uw grondstof, procescapaciteiten en outputdoel biedt Hielscher u de meest geschikte ultrasone machine. Ons productportfolio reikt van compacte, krachtige ultrasoon generatoren over bench-top systemen tot volledig industriële ultrasoon units die in staat zijn om meerdere tonnen per uur te verwerken.
Hielscher Ultrasonics extractoren kunnen worden gebruikt voor batch- en continue inline extractie en kunnen worden gebruikt in combinatie met elk willekeurig oplosmiddel.
Diverse accessoires zoals sonotrodes (sondes) van verschillende afmetingen en vormen, boosterhoorns, flowcellen met verschillende volumes en geometrieën, insteekbare temperatuur- en druksensoren en vele andere gadgets zijn beschikbaar om de ideale ultrasone opstelling voor uw extractieproces samen te stellen.
Al onze digitale modellen zijn uitgerust met intelligente software, waarmee u de extractieparameters kunt aanpassen, bewaken en instellen. Door de nauwkeurige controle over de amplitude, de sonische tijd en de bedrijfscycli kunnen optimale procesresultaten worden bereikt, zoals een superieure opbrengst en de hoogste extractiekwaliteit. De automatische gegevensregistratie van het sonicatieproces is de basis voor processtandaardisatie en reproduceerbaarheid / herhaalbaarheid, die vereist zijn voor Good Manufacturing Practices (GMP).

Hielscher Ultrasonics industriële ultrasoonprocessoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van Hielscher ultrasoonapparatuur maakt het mogelijk om 24/7 in zwaar bedrijf en in veeleisende omgevingen te werken.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: