Wysoce wydajna ekstrakcja wody za pomocą ultradźwięków

Ekstrakcja wodna związków botanicznych (np. ekstrakcja zimną lub gorącą wodą, ekstrakcja wodą pod ciśnieniem i ekstrakcja wodą podkrytyczną) może być skutecznie ulepszona przez ultradźwięki. Ekstrakcja wody wspomagana ultradźwiękami nie tylko daje wyższe plony i skraca czas przetwarzania, ale także skutkuje niższym zużyciem energii, łagodniejszymi warunkami ekstrakcji i wysokiej jakości ekstraktami w porównaniu z konwencjonalnymi technikami ekstrakcji. Ultradźwiękowa ekstrakcja wodą jest z powodzeniem stosowana do ekstrakcji licznych związków pochodzenia roślinnego, w tym alkaloidów, flawonoidów, glikozydów, związków fenolowych i polisacharydów.

Ultradźwiękowa ekstrakcja wody związków bioaktywnych

Woda jest najbardziej polarnym rozpuszczalnikiem, co czyni ją doskonałym rozpuszczalnikiem dla związków polarnych. Ze względu na nietoksyczny i przyjazny dla środowiska charakter, woda byłaby idealnym rozpuszczalnikiem dla każdego ekstraktu botanicznego. Jednak mniej polarne i niepolarne składniki słabo lub wcale nie rozpuszczają się w wodzie. Dodatkowo, bez promowania transferu masy, proces ekstrakcji w wodzie byłby niezwykle powolny, a tym samym nieekonomiczny. Ultradźwięki o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości są bardzo skuteczną techniką ekstrakcji, która zapewnia intensywne mieszanie i przenoszenie masy. Dlatego też wiadomo, że ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia znaczące korzyści w porównaniu z konwencjonalnymi metodami ekstrakcji. Zalety te obejmują wyższe plony, szybkie przetwarzanie, szybkie szybkie obroty partii, a także ciągłą ekstrakcję w linii, stosowanie zielonych rozpuszczalników, łagodne warunki ekstrakcji, które zachowują związki ekstraktu, bezpieczeństwo pracy i łatwą skalowalność do dużych przepustowości do produkcji komercyjnej. (por. Zabot i in., 2021)

Ekstrakcja gorącej wody poprawiona przez ultradźwięki

Parametry, które określają ekstrakcję składników roślinnych podczas ekstrakcji wodnej to temperatura, czas, ciśnienie i powierzchnia materiału roślinnego. Gorący ekstrakt wodny można przygotować w stosunkowo krótkim czasie ze względu na wysoką temperaturę wody.
Rozwiązanie: Wydajność i szybkość ekstrakcji można znacznie zwiększyć po zastosowaniu mieszania ultradźwiękowego. Sama gorąca woda ma tylko ograniczoną zdolność do rozbijania struktur komórkowych, a wysokie temperatury często uszkadzają lub niszczą związki nietrwałe termicznie, przez co cierpi na tym jakość ekstraktu. Gdy ekstrakcja ultradźwiękowa jest połączona z ekstrakcją gorącą wodą, temperaturę można drastycznie obniżyć (np. ze 100°C do 50°C), co zapobiega degradacji termicznej ekstrahowanych składników botanicznych, zwiększa całkowitą wydajność i oszczędza energię. Kawitacja ultradźwiękowa jest zasadą stojącą za zjawiskiem ekstrakcji 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). W ten sposób ultradźwiękowa ekstrakcja wody zapewnia doskonałe wyniki ekstrakcji.

Ekstrakcja zimnej wody poprawiona przez ultradźwięki

Ekstrakcja zimną wodą (infuzja zimną wodą) jest znacznie bardziej nieefektywna, ponieważ unika się stosowania gorącej wody. Zimna lub o temperaturze pokojowej woda nie ekstrahuje bardzo dobrze związków botanicznych, ponieważ zimna woda jest bardzo powoli wsiąkana w materiał roślinny, a transfer masy jest prawie pomijalny. Zaletą ekstrakcji zimną wodą jest unikanie wzrostu temperatury, a tym samym zapobieganie degradacji termicznej związków wrażliwych na ciepło. Jednak bardzo słaba dynamika ekstrakcji sprawia, że konwencjonalna ekstrakcja zimną wodą jest niepraktyczna w produkcji komercyjnej. Dlatego infuzja zimną wodą jest prawie wyłącznie stosowana na etapie eksperymentalnym ze względu na jej powolność i nieefektywność.
Rozwiązanie: Dzięki wprowadzeniu ultradźwięków do ekstrakcji zimną wodą, powolność i nieefektywność moczenia w zimnej wodzie można łatwo przezwyciężyć. Wzmocniona ultradźwiękami ekstrakcja zimną wodą pozwala na utrzymanie niskich temperatur ekstrakcji, przy jednoczesnym sprzężeniu intensywnych sił ścinających z medium ciało stałe-ciecz. W wyniku ultradźwiękowego mechanizmu ekstrakcji ściany komórkowe są otwierane, a związki botaniczne są szybko uwalniane do wody. Ultradźwiękowa ekstrakcja zimną wodą i infuzja zamienia moczenie na zimno w wysoce skuteczny proces dający wysokie plony, wysokiej jakości ekstrakty w krótkim czasie ekstrakcji.

Ekstrakcja wodą pod ciśnieniem w połączeniu z ultradźwiękami

Ekstrakcja ultradźwiękowa charakteryzuje się mikromieszaniem, które poprzez wibracje sprzyja większej dyfuzji rozpuszczalnika do cząstki i z wnętrza cząstki na powierzchnię, intensyfikując przenoszenie masy. Dodatkowo, 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 cząstki (ok. 1,05 mm), ponieważ większa powierzchnia pozwala na znacznie zwiększony transfer masy, a tym samym lepszą wydajność ekstrakcji. (por. Zabot et al., 2021)

Skuteczna ekstrakcja zimną wodą pod ciśnieniem z wykorzystaniem ultradźwięków

Pod wysokim ciśnieniem penetracja zimnej wody do tkanek roślinnych jest ułatwiona, a rozpuszczalne w wodzie fitochemikalia są rozpuszczane bez powodowania rozkładu termicznego. Wysokociśnieniowa metoda ekstrakcji zimną wodą może być połączona z ultradźwiękami w celu lepszej izolacji polarnych i niepolarnych składników botanicznych. Woda jako nietoksyczny, tani i przyjazny dla środowiska rozpuszczalnik jest atrakcyjną alternatywą dla rozpuszczalników organicznych, zwłaszcza jeśli chodzi o produkcję żywności pochodzenia roślinnego, środków leczniczych i suplementów diety.
W przypadku ultradźwiękowo wzmocnionej ekstrakcji zimnej wody pod ciśnieniem, sonda ultradźwiękowa (sonotroda) jest zintegrowana ze zbiornikiem ekstrakcyjnym lub komorą przepływową. Zbiornik lub cela przepływowa są zwykle pod ciśnieniem od 5 do 100 barg w zależności od docelowych związków ekstrakcyjnych. Hielscher Ultrasonics dostarcza nawet niestandardowe przemysłowe reaktory ultradźwiękowe i komory przepływowe, które mogą być pod ciśnieniem do 300 barg, co pozwala na ustawienie optymalnego ciśnienia procesu ekstrakcji.
 

Ekstrakcja wodą w stanie nadkrytycznym ulepszona przez sonikację

Ultradźwiękowo wzmocniona podkrytyczna ekstrakcja wody jest kolejną synergiczną techniką, w której ultradźwięki mocy poprawiają przenoszenie masy między ciałem stałym a cieczą. Ekstrakcja wodą podkrytyczną (SWE) – znany również jako ekstrakcja gorącą wodą pod ciśnieniem lub ekstrakcja wodą przegrzaną – jest rzadziej stosowaną techniką ekstrakcji związków botanicznych o niższej polarności. W ekstrakcji podkrytycznej woda w stanie nadkrytycznym jest używana jako rozpuszczalnik.
Czym jest woda podkrytyczna i dlaczego jest ona 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, jej stan fizyczny (stały, ciekły lub gazowy), zachowanie termiczne, gęstość lub lepkość mogą być modyfikowane. Zwiększając temperaturę i ciśnienie powyżej punktu znanego jako punkt krytyczny (zdefiniowany przy 221 barach i 374 °C), woda może osiągnąć stan nadkrytyczny. W warunkach podkrytycznych, odpowiadających temperaturom od 100°C do temperatury krytycznej (374°C) i ciśnieniu od 1 bara do ciśnienia krytycznego (221 barów) w celu uniknięcia parowania, polarność wody zmniejsza się; sprawia to, że woda jest lepszym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji różnych organicznych związków bioaktywnych". (Li i Chemat, 2019)
Gdy ultradźwięki są połączone z ekstrakcją wodą podkrytyczną, wydajność ekstrakcji można poprawić, zwiększając wydajność ekstrakcji i skracając czas ekstrakcji. Aby uzyskać optymalne wyniki, ciśnienie w zamkniętym ciśnieniowym reaktorze wsadowym lub reaktorze z komorą przepływową powinno osiągnąć co najmniej dwukrotność ciśnienia pary wody. (Tabela ciśnienia pary wodnej znajduje się na końcu tej strony.)
Huang i wsp. (2010) zbadali efekty ekstrakcji ultradźwięków o niskiej częstotliwości i dużej mocy w połączeniu z ekstrakcją wodą podkrytyczną. Sonda ultradźwiękowa jest zatem sprzężona z czajnikiem podkrytycznego urządzenia do ekstrakcji wody w celu ekstrakcji lotnego oleju z Lithospermum erythrorhizon. Wyniki wykazały, że wspomagany ultradźwiękami efekt wzmocnienia 20 KHz był lepszy niż 36 KHz i wzrastał wraz z mocą wyjściową (od 0 do 250 W). Wydajność ekstrakcji wody podkrytycznej wzrosła z 1,87% do 2,39% dzięki oscylacji ultradźwiękowej (250 W, 20 KHz) w temperaturze 160°C i ciśnieniu 5 MPa podczas 25-minutowej procedury ekstrakcji. Ultradźwięki mogą poprawić nie tylko wydajność ekstrakcji, ale także szybkość ekstrakcji, oszczędzając w ten sposób czas.
Wspomagana ultradźwiękami podkrytyczna ekstrakcja wody może być prowadzona przy niższych ciśnieniach (np. 5barg) niż konwencjonalna podkrytyczna ekstrakcja wody (np. 10MPa), co oszczędza koszty energii i czyni procedurę ekstrakcji bezpieczniejszą.

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji botanicznej

Zarówno badania naukowe, jak i wdrożenia przemysłowe pokazują, że ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest niezawodną i łatwą w obsłudze techniką, która nie wymaga zaplecza technicznego ani intensywnego szkolenia. Bardzo wysoka wydajność ekstrakcji, wysoka wydajność, niskie koszty operacyjne, a także niskie koszty inwestycyjne (zwłaszcza w porównaniu z innymi technikami, takimi jak CO₂ i niskie koszty energii to główne zalety ekstraktorów ultradźwiękowych typu sondowego.
Dalsze korzyści, które sprawiają, że technologia ekstrakcji ultradźwiękowej staje się preferowaną metodą, to wysoka jakość ekstraktów dzięki niskim temperaturom ekstrakcji, wiarygodne wyniki (powtarzalność / odtwarzalność), całkowicie liniowa skalowalność do dowolnego poziomu produkcji, a także niskie koszty utrzymania.
"Inne zalety związane z zastosowaniem ekstrakcji ultradźwiękowej typu sonda to łatwa obsługa ekstraktu, szybkie wykonanie, brak pozostałości, wysoka wydajność, przyjazność dla środowiska, lepsza jakość i zapobieganie degradacji ekstraktu".
(por. Chemat i Khan, 2011)

Konfiguracja ekstrakcji do izolacji botanicznej: Ultradźwiękowiec z sondą UP400ST, filtr próżniowy Büchi i rotor-parownik do ekstrakcji fitochemikaliów.

Wysokowydajne ultradźwięki do ekstrakcji wody

Ekstraktory Hielscher Ultrasonics mają ugruntowaną pozycję w dziedzinie ekstrakcji botanicznej, niezależnie od stosowanego rozpuszczalnika. Producenci ekstraktów – Zarówno mniejsi, ekskluzywni producenci ekstraktów niszowych, jak i wielkoskalowi producenci masowi – znaleźć w szerokim portfolio urządzeń Hielscher idealny sprzęt do ekstrakcji ultradźwiękowej dla swoich wymagań produkcyjnych. Konfiguracje procesów wsadowych i ciągłych są łatwo dostępne i mogą być wysyłane z półki. Nadaje się do pracy z dowolnym rozpuszczalnikiem, ekstrakcja ultradźwiękowa może być elastycznie stosowana do ekstrakcji dowolnego materiału roślinnego. Używanie wody jako rozpuszczalnika pozwala na produkcję ekstraktów z certyfikatem organicznym bez użycia bardzo drogiego "organicznego" etanolu. (Oczywiście materiał roślinny musi być uprawiany ekologicznie, aby uzyskać organiczny ekstrakt wodny).

Wysokowydajna ekstrakcja za pomocą ultradźwięków firmy Hielscher

Ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher skutecznie rozbijają komórki roślinne, zwiększają powierzchnię materiału roślinnego w celu penetracji rozpuszczalnika i przenoszenia masy w celu uwolnienia fitochemikaliów (metabolitów wtórnych). Zaprojektowane z myślą o łatwości obsługi, ekstraktory Hielscher są szybko instalowane i mogą być bezpiecznie i intuicyjnie obsługiwane.

Spełnianie najwyższych standardów jakości – Zaprojektowany & Wyprodukowano w Niemczech

Zaawansowany sprzęt i inteligentne oprogramowanie ultrasonografów Hielscher zostały zaprojektowane w celu zagwarantowania niezawodnych wyników ekstrakcji ultradźwiękowej z surowca botanicznego z powtarzalnymi wynikami i przyjazną dla użytkownika, bezpieczną obsługą. Wytrzymałość, niezawodność, praca 24/7 pod pełnym obciążeniem i prosta obsługa z punktu widzenia pracownika to kolejne czynniki jakościowe, które sprawiają, że ultradźwięki Hielscher są korzystne.
Ekstraktory ultradźwiękowe firmy Hielscher są stosowane na całym świecie w wysokiej jakości ekstrakcji fitochemicznej. Udowodniono, że ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher są wykorzystywane nie tylko przez mniejszych rzemieślników specjalistycznych i butikowych ekstraktów, ale przede wszystkim w przemysłowej produkcji powszechnie dostępnych na rynku ekstraktów, suplementów diety i środków terapeutycznych. Dzięki solidnemu sprzętowi i inteligentnemu oprogramowaniu, procesory ultradźwiękowe Hielscher mogą być łatwo obsługiwane i monitorowane.

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, gdy tylko urządzenie zostanie włączone. Monitorowanie procesu i rejestracja danych są ważne dla ciągłej standaryzacji procesu i jakości produktu. Uzyskując dostęp do automatycznie rejestrowanych danych procesowych, można zrewidować poprzednie przebiegi sonikacji i ocenić ich wyniki.
Kolejną przyjazną dla użytkownika funkcją jest zdalne sterowanie przez przeglądarkę naszymi cyfrowymi systemami ultradźwiękowymi. Za pomocą zdalnego sterowania przez przeglądarkę można uruchamiać, zatrzymywać, regulować i monitorować procesor ultradźwiękowy zdalnie z dowolnego miejsca.
Chcesz dowiedzieć się więcej o zaletach ultradźwiękowej ekstrakcji wody z materiałów roślinnych? Skontaktuj się z nami już teraz, aby omówić proces produkcji ekstraktu botanicznego! Nasz doświadczony personel chętnie podzieli się informacjami na temat ekstrakcji ultradźwiękowej, naszych systemów ultradźwiękowych i cen!

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Informacje techniczne o ultradźwiękowej ekstrakcji wody

Konwencjonalne metody ekstrakcji, takie jak maceracja, infuzja, perkolacja, wywar, ekstrakcja refluksowa, destylacja z parą wodną, sublimacja i prasowanie są powszechnie stosowane w ekstrakcji związków leczniczych z roślin. Wady tych metod obejmują czasochłonny proces, niską czystość i niską wydajność.

Parametry procesu wpływające na ekstrakcję ultradźwiękową

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

Amplituda ultradźwięków

Amplituda to przemieszczenie wibracyjne sondy ultradźwiękowej (sonotrody). Im wyższa amplituda, tym bardziej intensywne wibracje i kawitacja w sonikowanej cieczy. Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w wysokowydajnych ultrasonografach typu sondowego, które mogą dostarczać precyzyjnie regulowane amplitudy. Dostosowane sondy, które mogą dostarczyć do 200µm w ciągłej pracy 24/7 są łatwo dostępne z półki. W przypadku jeszcze wyższych amplitud można również łatwo wyprodukować niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe.
Amplituda wynosi jeden – jeśli nie jest najbardziej – ważny parametr dla wydajnej ekstrakcji roślin. Wysokie amplitudy tworzą siły wymagane do rozbicia ścian komórkowych i uwolnienia materiału wewnątrzkomórkowego. W ten sposób wysokowydajna ultrasonizacja staje się tak skuteczna w ekstrakcji botanicznej.

Czas trwania leczenia ultradźwiękowego

Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest zwykle znacznie krótsza niż tradycyjne metody, ponieważ sonikacja uwalnia związki botaniczne przy znacznie wyższych szybkościach ekstrakcji. Ultradźwięki pozwalają na krótsze procedury ekstrakcji, co chroni ekstrahowane związki przed nadmiernym przetwarzaniem. Krótsze przetwarzanie dzięki ultradźwiękom oznacza wyższą przepustowość i wyższą jakość ekstraktu.

Pulsacyjne leczenie ultradźwiękowe

Pulsacja ultradźwiękowa to tryb leczenia, w którym leczenie ultradźwiękami jest przerywane przez określone cykle pauzy (np. 50% cykl pracy: 30 sek. ON, 30 sek. Cykl pracy 100%: ciągła sonikacja bez przerw) Cykl pracy ultradźwięków (znany również jako tryb impulsowy lub cykle pulsacji ultradźwiękowej) odnosi się do procentu czasu, w którym ultradźwięki są sprzężone z medium (czas trwania impulsu) w jednym okresie impulsu. Na przykład tryb 50% cyklu to 30 sek. ON, 30 sek. WYŁ. Podczas cyklu pauzy cyklu pracy, sonikowana ciecz powraca na określony czas (np. 30 sekund) z powrotem do stanu niezakłóconego, co jest dobre dla rozpraszania ciepła w celu utrzymania docelowej temperatury przetwarzania. Cykl pracy sonikacji jest mniej ważnym cyklem pracy dla wydajności ekstrakcji, ale służy do utrzymania określonej temperatury procesu.

Ciśnienie hydrostatyczne

Ciśnienie jest kolejnym bardzo ważnym parametrem dla procesów ultradźwiękowych. Zastosowanie ciśnienia hydrostatycznego do sonikowanego medium wpływa na intensywność kawitacji. W warunkach podwyższonego ciśnienia intensywność kawitacji ultradźwiękowej (akustycznej) jest zwiększona. Hielscher Ultrasonics oferuje różne typy ultradźwiękowych reaktorów wsadowych i komórek przepływowych, które mogą być pod ciśnieniem dla zintensyfikowanych wyników sonikacji.

Temperatura ekstrakcji

Jak każdy zabieg mechaniczny, ultradźwięki powodują wzrost temperatury, co jest zgodne z drugim 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 pewnym wybranym zakresie temperatur. Wszystkie cyfrowe procesory ultradźwiękowe Hielscher są wyposażone w podłączany czujnik temperatury i inteligentne oprogramowanie, w którym można ustawić określony zakres temperatur dla procesu. Za każdym razem, gdy ten zakres temperatur zostanie przekroczony, ultrasonicator zatrzymuje się, aż temperatura ponownie znajdzie się w wybranym zakresie i automatycznie kontynuuje procedurę sonikacji. Ta inteligentna funkcja ultradźwięków Hielscher pozwala na precyzyjnie kontrolowany proces sonikacji i idealne wyniki.
Ponieważ temperatura ekstrakcji może być różna dla różnych związków botanicznych i roślin, temperatura jest ważnym czynnikiem, którego nie należy lekceważyć podczas optymalizacji procesu ultradźwiękowego. Na przykład stwierdzono, że temperatura 80°C jest idealna do osiągnięcia maksymalnej wydajności flawonoidów z Sophora flavescens, podczas gdy najlepsze wyniki uzyskano w temperaturze 50°C dla ekstrakcji arabinoksylanu z otrębów pszennych.

Używaj dowolnego rozpuszczalnika do ekstrakcji ultradźwiękowej

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 wybór rozpuszczalnika powinien być dokonany zgodnie z rozpuszczalnością docelowych związków w celu uzyskania wysokiej wydajności ekstrakcji. Na przykład woda jest dobrym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji związków polarnych, takich jak psilocybina 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, baicaliny i luteoliny.
Przeczytaj więcej o rozpuszczalnikach, polarności rozpuszczalników i najbardziej odpowiednich rozpuszczalnikach do ekstrakcji ultradźwiękowej!

Woda jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny

Woda jest najbardziej polarnym rozpuszczalnikiem i nadaje się do ekstrakcji szerokiej gamy związków polarnych. Jej główne zalety obejmują zdolność do rozpuszczania szerokiej gamy substancji. Ponadto jest tania, nietoksyczna, bezpieczna i niepalna. Jego wady obejmują silną selektywność dla związków polarnych ze względu na wysoką polarność. Ze względu na wysoką temperaturę wrzenia wynoszącą 100°C, zagęszczenie ekstraktu (np. poprzez destylację lub odparowanie wirnikowe) wymaga dużej ilości energii. Ponadto woda jest podatna na rozwój bakterii i pleśni.

Częstotliwość ultradźwięków

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

Materiał roślinny

Materiały roślinne mogą znacznie różnić się strukturą i sztywnością 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 określonych parametrów przetwarzania w celu uzyskania optymalnych wyników ekstrakcji.
Ponieważ intensywność można precyzyjnie dostroić, ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher mogą niezawodnie rozbijać miękkie i twarde ściany komórkowe. Miękkie ściany komórkowe mogą wymagać mniej intensywnej ultradźwięków, podczas gdy mocne struktury komórkowe korzystają z bardziej intensywnego leczenia.
Surowiec do ekstrakcji botanicznej może być świeżo zebrany (mokry) lub wysuszony. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest odpowiednia zarówno dla świeżych/mokrych, jak i suszonych roślin. Wielkość cząstek stałych roślin jest kolejnym ważnym czynnikiem: Wysoka powierzchnia (tj. mały rozmiar cząstek) jest korzystna, ponieważ zapewnia dużą powierzchnię styku dla ultradźwiękowych kawitacyjnych sił ścinających, co skutkuje wyższą wydajnością. Dlatego materiał roślinny jest macerowany lub mielony na małe kawałki (ok. 3-5 mm).

Dlaczego ekstrakcja ultradźwiękowa jest najlepszą metodą?

Wydajność

• Wyższe zyski
• Szybki proces ekstrakcji – w ciągu kilku minut
• Wysokiej jakości ekstrakty – Łagodna, nietermiczna ekstrakcja
• Zielone rozpuszczalniki (woda, etanol, gliceryna, oleje roślinne, NADES itp.)

Prostota

• Plug-and-play - konfiguracja i obsługa w ciągu kilku minut
• Wysoka przepustowość - do produkcji ekstraktów na dużą skalę
• Praca wsadowa lub ciągła w linii produkcyjnej
• Prosta instalacja i uruchomienie
• Przenośne / ruchome - jednostki przenośne lub zbudowane na kółkach
• Liniowe zwiększanie skali - równoległe dodanie kolejnego systemu ultradźwiękowego w celu zwiększenia wydajności
• Zdalne monitorowanie i sterowanie - za pomocą komputera, smartfona lub tabletu
• Nie jest wymagany nadzór nad procesem - konfiguracja i uruchomienie
• Wysoka wydajność - zaprojektowany do ciągłej produkcji 24/7
• Solidność i niskie koszty utrzymania
• wysoka jakość – zaprojektowany i zbudowany w Niemczech
• Szybki załadunek i rozładunek między partiami
• Łatwy do czyszczenia

Bezpieczeństwo

• Prosta i bezpieczna obsługa
• Ekstrakcja bezrozpuszczalnikowa lub na bazie rozpuszczalników (woda, etanol, oleje roślinne, gliceryna itp.).
• Brak wysokich ciśnień i temperatur
• Dostępne systemy przeciwwybuchowe z certyfikatem ATEX
• Łatwe sterowanie (również za pomocą pilota)

Literatura / Referencje