Wysokowydajna ekstrakcja wody za pomocą ultradźwięków

Ekstrakcję wodną związków roślinnych (np. ekstrakcję zimną lub gorącą wodą, ekstrakcję wodną pod ciśnieniem i ekstrakcję wodną podkrytyczną) można skutecznie usprawnić za pomocą ultradźwięków. Wspomagana ultradźwiękami ekstrakcja wodna daje nie tylko większą wydajność i skraca czas przetwarzania, ale także powoduje mniejsze zużycie energii, łagodniejsze warunki ekstrakcji i wysoką jakość ekstraktów w porównaniu z konwencjonalnymi technikami ekstrakcji. Ultradźwiękowa ekstrakcja wodna jest z powodzeniem stosowana do ekstrakcji wielu związków pochodzenia roślinnego, w tym alkaloidów, flawonoidów, glikozydów, związków fenolowych i polisacharydów.

Ultradźwiękowa ekstrakcja wodna związków bioaktywnych

Woda jest najbardziej polarnym rozpuszczalnikiem, co czyni ją doskonałym rozpuszczalnikiem dla związków polarnych. Ze względu na to, że jest nietoksyczna i przyjazna dla środowiska, woda byłaby idealnym rozpuszczalnikiem dla każdego ekstraktu botanicznego. Jednak składniki mniej polarne i niepolarne słabo lub wcale nie rozpuszczają się w wodzie. Ponadto, bez wspomagania przenoszenia masy, proces ekstrakcji w wodzie byłby niewiarygodnie powolny, a przez to nieekonomiczny. Ultradźwięki o dużym natężeniu i niskiej częstotliwości to bardzo wydajna technika ekstrakcji, która zapewnia intensywne mieszanie i przenoszenie masy. Dlatego wiadomo, że ekstrakcja ultradźwiękowa ma istotne zalety w porównaniu z konwencjonalnymi metodami ekstrakcji. Do zalet tych należą: większa wydajność, szybkie przetwarzanie, szybkie odwracanie serii, jak również ciągła ekstrakcja w linii produkcyjnej, stosowanie ekologicznych rozpuszczalników, łagodne warunki ekstrakcji, które pozwalają zachować związki zawarte w ekstrakcie, bezpieczeństwo pracy oraz możliwość łatwego skalowania do dużych wydajności w produkcji komercyjnej. (por. Zabot i in., 2021)

Ulepszona ekstrakcja gorącą wodą dzięki ultradźwiękom

Parametry, które decydują o ekstrakcji składników roślinnych podczas ekstrakcji wodnej, to temperatura, czas, ciśnienie i powierzchnia materiału roślinnego. Ekstrakt wodny na gorąco można przygotować w stosunkowo krótkim czasie ze względu na wysoką temperaturę wody.
Rozwiązanie: Wydajność i szybkość ekstrakcji można znacznie zwiększyć, stosując mieszanie ultradźwiękowe. Sama gorąca woda ma ograniczoną zdolność do rozbijania struktur komórkowych, a wysoka temperatura często uszkadza lub niszczy związki trwałe pod wpływem ciepła, co pogarsza jakość ekstraktu. Gdy ekstrakcję ultradźwiękową łączy się z ekstrakcją gorącą wodą, temperaturę można znacznie obniżyć (np. ze 100°C do 50°C), co zapobiega degradacji termicznej ekstrahowanych składników roślinnych, zwiększa całkowitą wydajność i pozwala zaoszczędzić energię. Zasada działania ekstrakcji ultradźwiękowej opiera się na zjawisku kawitacji ultradźwiękowej. Kawitacja ultradźwiękowa (lub akustyczna) to siły czysto mechaniczne, które rozbijają ściany komórkowe, uwalniają związki docelowe i poprawiają przenoszenie masy między wnętrzem komórki a wodą (rozpuszczalnikiem). Dlatego ultradźwiękowa ekstrakcja wodna zapewnia doskonałe wyniki ekstrakcji.

Ulepszona ekstrakcja zimną wodą dzięki ultradźwiękom

Ekstrakcja zimną wodą (infuzja zimną wodą) jest znacznie mniej wydajna, ponieważ nie stosuje się gorącej wody. Woda zimna lub o temperaturze pokojowej nie ekstrahuje dobrze związków roślinnych, ponieważ zimna woda wsiąka w materiał roślinny bardzo powoli, a transfer masy jest prawie pomijalny. Zaletą ekstrakcji zimną wodą jest unikanie wzrostu temperatury, co zapobiega degradacji termicznej związków wrażliwych na ciepło. Jednak bardzo słaba dynamika ekstrakcji sprawia, że konwencjonalna ekstrakcja zimną wodą jest niepraktyczna w produkcji komercyjnej. Z tego powodu, ze względu na powolność i nieefektywność, infuzję zimnej wody stosuje się prawie wyłącznie w fazie eksperymentalnej.
Rozwiązanie: Dzięki wprowadzeniu ultradźwięków do ekstrakcji zimną wodą można łatwo przezwyciężyć powolność i nieefektywność moczenia w zimnej wodzie. Wzmocniona ultradźwiękami ekstrakcja zimną wodą pozwala utrzymać niską temperaturę ekstrakcji, jednocześnie wywołując intensywne siły ścinające w ośrodku ciało stałe-ciecz. W wyniku działania mechanizmu ekstrakcji ultradźwiękowej ściany komórkowe ulegają otwarciu, a związki roślinne są szybko uwalniane do wody. Ultradźwiękowa ekstrakcja i infuzja zimną wodą przekształca moczenie na zimno w wysoce skuteczny proces dający wysoką wydajność i jakość ekstraktów w krótkim czasie ekstrakcji.

Ekstrakcja wodna pod ciśnieniem w połączeniu z ultradźwiękami

Ekstrakcja ultradźwiękowa charakteryzuje się mikromieszaniem, które poprzez wibracje sprzyja większej dyfuzji rozpuszczalnika do wnętrza cząstki i z wnętrza cząstki na powierzchnię, intensyfikując przenoszenie masy. Ponadto ultradźwięki zmniejszają wielkość cząstek materiału komórkowego, co prowadzi do poprawy efektów wspomaganej ultradźwiękami ekstrakcji cieczy pod ciśnieniem. Mniejsze cząstki, o wielkości ok. 0,68 mm, wykazują wyższą wydajność niż większe (ok. 1,05 mm), ponieważ większa powierzchnia umożliwia znacznie lepsze przenoszenie masy, a tym samym lepszą wydajność ekstrakcji. (por. Zabot i in., 2021)

Skuteczne odsysanie zimnej wody pod ciśnieniem za pomocą ultradźwięków

Pod wysokim ciśnieniem penetracja zimnej wody do tkanek roślinnych jest ułatwiona, a rozpuszczalne w wodzie związki fitochemiczne są rozpuszczane bez powodowania rozkładu termicznego. Wysokociśnieniową metodę ekstrakcji zimną wodą można połączyć z ultradźwiękami w celu lepszej izolacji polarnych i niepolarnych składników botanicznych. Woda, jako nietoksyczny, tani i przyjazny dla środowiska rozpuszczalnik, stanowi atrakcyjną alternatywę dla rozpuszczalników organicznych, zwłaszcza w produkcji żywności pochodzenia roślinnego, leków i suplementów diety.
W przypadku ekstrakcji zimną wodą pod ciśnieniem wzmocnionym ultradźwiękami w zbiorniku lub celi przepływowej umieszcza się sondę ultradźwiękową (sonotrodę). Zbiornik lub cela przepływowa są zwykle poddawane ciśnieniu od 5 do 100 barg, w zależności od docelowych związków ekstraktu. Firma Hielscher Ultrasonics dostarcza również dostosowane do potrzeb klienta przemysłowe reaktory ultradźwiękowe i komory przepływowe, w których ciśnienie może dochodzić do 300 barg, co pozwala na ustawienie optymalnego ciśnienia dla danego procesu ekstrakcji.

Usprawnienie ekstrakcji wodą w stanie nadkrytycznym dzięki sonikacji

Inną techniką synergiczną jest wzmocniona ultradźwiękami podkrytyczna ekstrakcja wody, w której ultradźwięki o dużej mocy poprawiają przenoszenie masy między ciałem stałym a cieczą. Ekstrakcja wody w stanie podkrytycznym (SWE) – znane również jako odciąganie gorącej wody pod ciśnieniem lub odciąganie wody przegrzanej – jest mniej powszechnie stosowaną techniką ekstrakcji związków roślinnych o mniejszej polarności. W ekstrakcji wodnej w stanie podkrytycznym jako rozpuszczalnika używa się wody w stanie nadkrytycznym.
Co to jest woda w stanie podkrytycznym i dlaczego woda w stanie podkrytycznym jest dobrym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji mniej polarnych związków roślinnych? "Woda posiada wiele właściwości termodynamicznych, na które duży wpływ ma temperatura i ciśnienie. W zależności od warunków można zmienić jej stan fizyczny (ciało stałe, ciecz lub gaz), zachowanie termiczne, gęstość lub lepkość. Zwiększając temperaturę i ciśnienie powyżej punktu znanego jako punkt krytyczny (określonego jako 221 barów i 374 °C), woda może osiągnąć stan nadkrytyczny. W warunkach podkrytycznych, odpowiadających temperaturze pomiędzy 100°C a temperaturą krytyczną (374°C) oraz ciśnieniu pomiędzy 1 bar a ciśnieniem krytycznym (221 bar), aby uniknąć parowania, zmniejsza się polarność wody; dzięki temu woda jest lepszym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji różnych organicznych związków bioaktywnych." (Li i Chemat, 2019)
Gdy ultradźwięki łączy się z ekstrakcją wodą podkrytyczną, można zwiększyć wydajność ekstrakcji, zwiększając uzysk ekstraktu i skracając czas ekstrakcji. Aby uzyskać optymalne wyniki, ciśnienie w zamkniętym ciśnieniowym reaktorze porcjowym lub reaktorze z celą przepływową powinno być co najmniej dwa razy wyższe niż ciśnienie pary wodnej. (Na końcu tej strony znajduje się tabela prężności pary wodnej.)
Huang i in. (2010) badali efekty ekstrakcji przy użyciu ultradźwięków o niskiej częstotliwości i dużej mocy w połączeniu z ekstrakcją wodą w stanie podkrytycznym. Sondę ultradźwiękową podłączono do kotła urządzenia do ekstrakcji wodą w stanie podkrytycznym w celu ekstrakcji olejku lotnego z Lithospermum erythrorhizon. Wyniki badań wykazały, że efekt wspomagania ultradźwiękami przy częstotliwości 20 KHz był lepszy niż przy 36 KHz i wzrastał wraz z mocą wyjściową (od 0 do 250 W). Wydajność ekstrakcji wodą w stanie podkrytycznym wzrosła z 1,87% do 2,39% dzięki zastosowaniu oscylacji ultradźwiękowej (250 W, 20 KHz) w temperaturze 160°C i pod ciśnieniem 5 MPa podczas 25-minutowej procedury ekstrakcji. Ultradźwięki nie tylko zwiększyły wydajność ekstrakcji, ale także jej szybkość, co pozwoliło zaoszczędzić czas.
Wspomagana ultradźwiękami podkrytyczna ekstrakcja wody może być prowadzona przy niższym ciśnieniu (np. 5barg) niż konwencjonalna podkrytyczna ekstrakcja wody (np. 10MPa), co pozwala zaoszczędzić koszty energii i zwiększyć bezpieczeństwo procedury ekstrakcji.

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji botanicznej

Zarówno badania naukowe, jak i wdrożenia przemysłowe dowodzą, że ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest niezawodną i łatwą w obsłudze techniką, która nie wymaga przygotowania technicznego ani intensywnych szkoleń. Bardzo wysoka wydajność ekstrakcji, wysokie plony, niskie koszty operacyjne, a także niskie koszty inwestycyjne (zwłaszcza w porównaniu z innymi technikami, takimi jak technologia CO₂ ) oraz niskie koszty energii to główne zalety ultradźwiękowych urządzeń ekstrakcyjnych z sondą.
Inne korzyści, które sprawiają, że technologia ekstrakcji ultradźwiękowej staje się metodą preferowaną, to wysoka jakość ekstraktów dzięki niskim temperaturom ekstrakcji, wiarygodne wyniki (powtarzalność / odtwarzalność), całkowicie liniowa skalowalność do dowolnego poziomu produkcji oraz niskie koszty utrzymania.
"Inne zalety związane ze stosowaniem ekstrakcji z użyciem sondy ultradźwiękowej to: łatwe postępowanie z ekstraktem, szybkie wykonanie, brak pozostałości, wysoka wydajność, przyjazność dla środowiska, lepsza jakość i zapobieganie degradacji ekstraktu."
(por. Chemat i Khan, 2011)

Wysokowydajne ultradźwięki do ekstrakcji wody

Ekstraktory ultradźwiękowe firmy Hielscher mają ugruntowaną pozycję w dziedzinie ekstrakcji botanicznej, bez względu na to, jaki rozpuszczalnik jest stosowany. Producenci ekstraktów – zarówno mniejszych, ekskluzywnych, niszowych producentów ekstraktów, jak i masowych producentów na dużą skalę – W szerokim asortymencie firmy Hielscher można znaleźć urządzenia do ekstrakcji ultradźwiękowej idealnie dopasowane do wymagań produkcyjnych. Dostępne są zarówno urządzenia do pracy okresowej, jak i ciągłej, które mogą być dostarczane z półki. Dzięki możliwości pracy z dowolnym rozpuszczalnikiem, ekstrakcja ultradźwiękowa może być elastycznie stosowana do ekstrakcji dowolnych materiałów roślinnych. Zastosowanie wody jako rozpuszczalnika umożliwia produkcję ekstraktów z certyfikatem organicznym bez konieczności stosowania drogiego "organicznego" etanolu. (Oczywiście, aby uzyskać organiczny ekstrakt wodny, materiał roślinny musi być uprawiany ekologicznie).

Wysokowydajna ekstrakcja przy użyciu ultradźwięków firmy Hielscher

Ekstraktory ultradźwiękowe firmy Hielscher skutecznie rozbijają komórki roślinne, zwiększają powierzchnię materiału roślinnego dla penetracji rozpuszczalnika i przenoszenia masy w celu uwolnienia fitochemikaliów (metabolitów wtórnych). Ekstraktory firmy Hielscher, zaprojektowane z myślą o łatwości obsługi, można szybko zainstalować, a ich obsługa jest bezpieczna i intuicyjna.

Spełnianie najwyższych standardów jakości – Zaprojektowane & Wyprodukowano w Niemczech

Zaawansowany sprzęt i inteligentne oprogramowanie ultradźwiękowych urządzeń firmy Hielscher gwarantują niezawodne wyniki ekstrakcji ultradźwiękowej z surowców roślinnych, powtarzalne rezultaty oraz przyjazną dla użytkownika i bezpieczną obsługę. Wytrzymałość, niezawodność, praca 24/7 pod pełnym obciążeniem i prosta obsługa z punktu widzenia pracownika to kolejne czynniki wpływające na jakość ultradźwiękowców Hielscher.
Ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher są stosowane na całym świecie do ekstrakcji fitochemicznej wysokiej jakości. Ekstraktory ultradźwiękowe firmy Hielscher, które udowodniły, że dają wysokiej jakości związki botaniczne, są stosowane nie tylko przez mniejszych producentów ekstraktów specjalnych i butikowych, ale przede wszystkim w produkcji przemysłowej powszechnie dostępnych ekstraktów, suplementów diety i leków. Dzięki solidnemu sprzętowi i inteligentnemu oprogramowaniu, ultradźwiękowe procesory Hielscher można łatwo obsługiwać i monitorować.

Automatyczne protokołowanie danych

W celu spełnienia standardów produkcji żywności, suplementów diety i produktów leczniczych, procesy produkcyjne muszą być szczegółowo monitorowane i rejestrowane. Cyfrowe urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher Ultrasonics posiadają funkcję automatycznego protokołowania danych. Dzięki tej inteligentnej funkcji wszystkie ważne parametry procesu, takie jak energia ultradźwiękowa (energia całkowita i netto), temperatura, ciśnienie i czas, są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD zaraz po włączeniu urządzenia. Monitorowanie procesu i rejestracja danych są ważne dla ciągłej standaryzacji procesu i jakości produktu. Dzięki dostępowi do automatycznie zapisanych danych procesowych można zweryfikować poprzednie przebiegi sonikacji i ocenić ich wynik.
Kolejną przyjazną dla użytkownika funkcją jest zdalne sterowanie naszymi cyfrowymi systemami ultradźwiękowymi przez przeglądarkę. Dzięki zdalnemu sterowaniu przez przeglądarkę można z dowolnego miejsca zdalnie uruchamiać, zatrzymywać, regulować i monitorować procesor ultradźwiękowy.
Chcesz dowiedzieć się więcej o zaletach ultradźwiękowej ekstrakcji wody z surowców roślinnych? Skontaktuj się z nami już teraz, aby omówić proces produkcji ekstraktów botanicznych! Nasi doświadczeni pracownicy chętnie podzielą się informacjami na temat ekstrakcji ultradźwiękowej, naszych systemów ultradźwiękowych i cen!

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Informacje techniczne na temat ultradźwiękowego odsysania wody

Do pozyskiwania związków leczniczych z roślin powszechnie stosuje się konwencjonalne metody ekstrakcji, takie jak maceracja, infuzja, perkolacja, dekokcja, ekstrakcja zwrotna, destylacja z parą wodną, sublimacja i wyciskanie. Wady tych metod to czasochłonność procesu, niska czystość i mała wydajność.

Parametry procesu wpływające na ekstrakcję ultradźwiękową

Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami znana jest ze swoich unikalnych cech i zalet, które sprawiają, że sonikacja jest lepszą techniką ekstrakcji w porównaniu z konwencjonalnymi metodami ekstrakcji związków roślinnych. Główną zaletą ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami jest możliwość precyzyjnego dostosowania czynników przetwarzania ultradźwiękowego (takich jak amplituda, czas, temperatura, ciśnienie), co pozwala na optymalne dostrojenie procesu ultradźwiękowego do docelowego związku. Każdy materiał roślinny ma idealne parametry ekstrakcji, przy których uzyskuje się najlepszą wydajność, jakość i stopień ekstrakcji. Proces ekstrakcji ultradźwiękowej pozwala doskonale dostosować te optymalne warunki ekstrakcji.

amplituda ultradźwiękowy

Amplituda to przemieszczenie drgań sondy ultradźwiękowej (sonotrody). Im wyższa amplituda, tym intensywniejsze drgania i kawitacja w sonikowanej cieczy. Firma Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w wysokowydajnych ultradźwiękowcach z sondą, które umożliwiają precyzyjną regulację amplitudy drgań. Dostosowane do potrzeb klienta sondy, które mogą dostarczyć do 200 µm przy ciągłej pracy 24/7, są łatwo dostępne z półki. Aby uzyskać jeszcze większe amplitudy, można również łatwo wyprodukować sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta.
Amplituda wynosi jeden – jeśli nie jest to najwyższa wartość – ważny parametr dla efektywnej ekstrakcji roślin. Wysokie amplitudy wytwarzają siły niezbędne do rozbicia ścian komórkowych i uwolnienia materiału wewnątrzkomórkowego. W związku z tym wysokowydajna ultradźwiękowa metoda ekstrakcji staje się tak skuteczna w ekstrakcji botanicznej.

Czas trwania zabiegu ultradźwiękowego

Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami trwa zwykle znacznie krócej niż w przypadku metod tradycyjnych, ponieważ sonikacja uwalnia związki roślinne przy znacznie większej szybkości ekstrakcji. Ultradźwięki pozwalają na skrócenie czasu ekstrakcji, co chroni wyekstrahowane związki przed nadmiernym przetworzeniem. Krótsza obróbka dzięki ultradźwiękom oznacza większą wydajność i wyższą jakość ekstraktu.

Leczenie ultradźwiękami impulsowymi

Pulsacja ultradźwiękowa to tryb leczenia, w którym leczenie ultradźwiękowe jest przerywane określonymi cyklami pauzy (np. 50% cykl pracy: 30 sek. WŁ., 30 sek. Cykl pracy ultradźwięków (znany również jako tryb impulsowy lub cykle pulsacji ultradźwiękowej) odnosi się do procentu czasu, w którym ultradźwięki są sprzężone z ośrodkiem (czas trwania impulsu) w ciągu jednego okresu impulsu. Na przykład, tryb cyklu 50% to 30 sek. WŁĄCZONY, 30 sek. WYŁ. Podczas cyklu pauzy cyklu pracy sonikowana ciecz powraca na określony czas (np. 30 s) do stanu niezakłóconego, co sprzyja rozpraszaniu ciepła w celu utrzymania docelowej temperatury przetwarzania. Cykl sonikacji ma mniejsze znaczenie dla wydajności ekstrakcji, ale jest wykorzystywany do utrzymania określonej temperatury procesu.

Ciśnienie hydrostatyczne

Ciśnienie jest kolejnym bardzo ważnym parametrem w procesach ultradźwiękowych. Przyłożenie ciśnienia hydrostatycznego do sonikowanego medium wpływa na intensywność kawitacji. W warunkach podwyższonego ciśnienia intensywność kawitacji ultradźwiękowej (akustycznej) ulega zwiększeniu. Firma Hielscher Ultrasonics oferuje różne typy ultradźwiękowych reaktorów porcjowych i cel przepływowych, które mogą być poddawane działaniu ciśnienia w celu zwiększenia intensywności sonikacji.

Temperatura ekstrakcji

Jak każdy zabieg mechaniczny, ultradźwięki powodują wzrost temperatury, co jest zgodne z 2. prawem termodynamiki. Niemniej jednak ultradźwięki są techniką leczenia nietermicznego, ponieważ zabiegi wspomagane ultradźwiękami opierają się na siłach czysto mechanicznych (zwanych również siłami sonomechanicznymi). Temperatura ekstrakcji podczas ekstrakcji ultradźwiękowej może być skutecznie kontrolowana i utrzymywana w określonym, wybranym zakresie temperatur. Wszystkie cyfrowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher są wyposażone w podłączany czujnik temperatury i inteligentne oprogramowanie, w którym można ustawić określony zakres temperatury dla procesu. W przypadku przekroczenia tego zakresu ultradźwiękowy procesor zatrzymuje się do czasu, aż temperatura ponownie znajdzie się w wybranym zakresie, a następnie automatycznie kontynuuje proces sonikacji. Ta inteligentna funkcja ultradźwiękowców Hielscher pozwala na precyzyjne sterowanie procesem sonikacji i uzyskanie idealnych wyników.
Ponieważ temperatura ekstrakcji może być różna dla różnych związków botanicznych i roślin, temperatura jest ważnym czynnikiem, którego nie należy pomijać podczas optymalizacji procesu ultradźwiękowego. Na przykład, temperatura 80°C okazała się idealna do uzyskania maksymalnej wydajności flawonoidów z Sophora flavescens, podczas gdy najlepsze wyniki uzyskano w temperaturze 50°C do ekstrakcji arabinoksylanów z otrębów pszennych.

Do ekstrakcji ultradźwiękowej można używać dowolnego rozpuszczalnika

Różne związki botaniczne mają różną polarność, co wpływa na ich rozpuszczalność w różnych rozpuszczalnikach. Na przykład saponiny i polisacharydy są bardziej polarne i dlatego wykazują dobrą rozpuszczalność w wodzie, ponieważ woda jest wysoce polarna. Z drugiej strony, związki fenolowe, takie jak antocyjany i kwas chlorogenowy, są dość niepolarne i dlatego lepiej rozpuszczają się w mniej polarnym rozpuszczalniku, takim jak etanol. Tak więc, aby uzyskać wysoką wydajność ekstrakcji, należy wybrać rozpuszczalnik zgodnie z rozpuszczalnością związków docelowych. Na przykład, woda jest dobrym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji związków polarnych, takich jak psylocybina z grzybów, a także oligosacharydów, glikozydów i flawanoidów, podczas gdy mieszanina etanolu i wody o stężeniu etanolu 60% (v/v) jest odpowiednia do wspomaganej ultradźwiękami ekstrakcji np. związków apigeniny, bajkaliny i luteoliny.
Dowiedz się więcej o rozpuszczalnikach, polarności rozpuszczalników i najbardziej odpowiednich rozpuszczalnikach do ekstrakcji ultradźwiękowej!

Woda jako rozpuszczalnik do ekstrakcji

Woda jest najbardziej polarnym rozpuszczalnikiem i nadaje się do ekstrakcji szerokiej gamy związków polarnych. Do jej głównych zalet należy zdolność do rozpuszczania szerokiej gamy substancji. Ponadto jest tania, nietoksyczna, bezpieczna i niepalna. Do jej wad należy silna selektywność w stosunku do związków polarnych, wynikająca z jej wysokiej polarności. Ze względu na wysoką temperaturę wrzenia wynoszącą 100°C, zatężanie ekstraktu (np. w procesie destylacji lub odparowania wirnikowego) wymaga dużych ilości energii. Ponadto woda jest podatna na rozwój bakterii i pleśni.

częstotliwość ultradźwiękowa

Częstotliwość ultradźwiękowa około 20kHz została uznana za najbardziej wydajną i skuteczną w ekstrakcji botanicznej. wpływa na skuteczność ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami w pozyskiwaniu związków leczniczych z roślin. Ogólnie rzecz biorąc, niska częstotliwość ultradźwięków (tj. ok. 20 kHz) generuje bardziej intensywną kawitację (efekty sonomechaniczne), co skutkuje wyższą skutecznością procedury ekstrakcji.

Materiał roślinny

Materiały roślinne mogą się znacznie różnić pod względem struktury i sztywności swoich komórek. W zależności od składu ściany komórkowej, która może zawierać celulozę, hemicelulozy, ligninę, polisacharydy pektynowe, białka, związki fenolowe i niecelulozowe oraz wodę, ściany komórkowe mogą być mocne lub miękkie. Różne rodzaje i części roślin zawierają różne rodzaje i ilości tych składników ściany komórkowej. Dlatego każdy rodzaj rośliny wymaga specyficznych parametrów przetwarzania w celu uzyskania optymalnych wyników ekstrakcji.
Dzięki możliwości precyzyjnego dostrojenia intensywności działania, ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher mogą niezawodnie rozbijać miękkie i twarde ściany komórkowe. Miękkie ściany komórkowe mogą wymagać mniej intensywnego działania ultradźwięków, podczas gdy twarde struktury komórkowe mogą być poddane bardziej intensywnej obróbce.
Surowcem do ekstrakcji botanicznej mogą być rośliny świeżo zebrane (mokre) lub suszone. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest odpowiednia zarówno dla roślin świeżych/mokrych, jak i suszonych. Innym ważnym czynnikiem jest wielkość cząstek stałych substancji roślinnych: Duża powierzchnia (tj. mała wielkość cząstek) jest korzystna, ponieważ zapewnia dużą powierzchnię kontaktu dla ultradźwiękowych kawitacyjnych sił ścinających, co skutkuje większą wydajnością. Dlatego materiał roślinny jest macerowany lub mielony na małe kawałki (ok. 3-5 mm).

Dlaczego ekstrakcja ultradźwiękowa jest najlepszą metodą?

wydajność

• wyższe plony
• Szybki proces ekstrakcji – w ciągu kilku minut
• Ekstrakty wysokiej jakości – łagodna, nietermiczna ekstrakcja
• Zielone rozpuszczalniki (woda, etanol, gliceryna, oleje roślinne, NADES itp.)

Prostota

• Plug-and-play - Konfiguracja i działanie w ciągu kilku minut.
• Wysoka wydajność - do produkcji ekstraktów na dużą skalę
• Praca w trybie wsadowym lub ciągłym w linii produkcyjnej
• Prosta instalacja i uruchomienie
• Przenośne / Przenośne - Przenośne jednostki lub zbudowane na kołach
• Linear scale up - dodanie kolejnego systemu ultradźwiękowego równolegle w celu zwiększenia wydajności.
• Zdalne monitorowanie i sterowanie - za pośrednictwem komputera, smartfonu lub tabletu.
• Nie jest wymagany nadzór nad procesem - Konfiguracja i uruchomienie
• Wysoka wydajność - zaprojektowana z myślą o ciągłej produkcji w trybie 24/7.
• Wytrzymałość i niskie koszty utrzymania
• wysoka jakość – zaprojektowane i zbudowane w Niemczech
• Szybki załadunek i rozładunek między partiami
• Łatwe do czyszczenia

bezpieczeństwo

• Prosta i bezpieczna obsługa
• Ekstrakcja bezrozpuszczalnikowa lub oparta na rozpuszczalnikach (woda, etanol, oleje roślinne, gliceryna itp.)
• Brak wysokich ciśnień i temperatur
• Dostępne są systemy przeciwwybuchowe z certyfikatem ATEX.
• Łatwa kontrola (również za pomocą pilota zdalnego sterowania)

---

---

Literatura / materiały źródłowe

• Ping-ping Huang, Ri-fu Yang, Tai-qiu Qiu, Wei Zhang & Chun-mei Li (2010): Ultrasound-Enhanced Subcritical Water Extraction of Volatile Oil from Lithospermum erythrorhizon. Separation Science and Technology, 45:10, 1433-1439.
• Zabot, G. L., Viganó, J., & Silva, E. K. (2021): Low-Frequency Ultrasound Coupled with High-Pressure Technologies: Impact of Hybridized Techniques on the Recovery of Phytochemical Compounds. Molecules, 26(17), 2021. 5117.
• Li, Ying; Chemat, Farid (2019): Plant Based “Green Chemistry 2.0”: Moving from Evolutionary to Revolutionary. Springer Science 2019.
• 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.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
• Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.