Ekstrakcja ultradźwiękowa i jej zasada działania

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest preferowaną techniką do izolowania związków bioaktywnych z produktów botanicznych. Ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala na uzyskanie pełnej ekstrakcji, a tym samym uzyskanie najwyższej wydajności ekstrakcji w bardzo krótkim czasie. Jako taka efektywna metoda ekstrakcji, ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala na oszczędność kosztów i czasu, a jednocześnie pozwala uzyskać ekstrakty wysokiej jakości, które są stosowane w żywności, suplementach i farmaceutykach.

Ekstrakcja ultradźwiękowa

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest stosowana w przemyśle spożywczym, suplementach diety i farmaceutycznym do uwalniania bioaktywnych związków, takich jak witaminy, polifenole, polisacharydy, kannabinoidy i inne substancje fitochemiczne z roślin. Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami opiera się na zasadzie pracy kawitacji akustycznej lub ultradźwiękowej.

Jak działa kawitacja akustyczna?

Ekstrakcję ultradźwiękową osiąga się, gdy fale ultradźwiękowe o wysokiej mocy i niskiej częstotliwości są połączone w zawiesinę składającą się z materiału botanicznego w rozpuszczalniku. Fale ultradźwiękowe o dużej mocy są sprzęgane za pomocą procesora ultradźwiękowego typu sonda do zawiesiny. wysokoenergetyczne fale ultradźwiękowe przechodzą przez ciecz tworząc zmienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia, co powoduje zjawisko kawitacji akustycznej. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa prowadzi lokalnie do ekstremalnych temperatur, ciśnień, szybkości nagrzewania/chłodzenia, różnic ciśnień i dużych sił ścinających w medium. Kiedy pęcherzyki kawitacyjne implodują na powierzchni ciał stałych (takich jak cząsteczki, komórki roślinne, tkanki itp.), mikrodrugi i zderzenia międzycząsteczkowe wywołują efekty takie jak złuszczanie się powierzchni, erozja, rozpad cząstek, sonoporoza (perforacja ścian komórkowych i błon komórkowych) oraz rozerwanie komórek. Dodatkowo, implozja pęcherzyków kawitacyjnych w mediach płynnych powoduje powstawanie makro-turbulencji i mikromieszania. Napromieniowanie ultradźwiękowe stanowi skuteczny sposób na usprawnienie procesów przenoszenia masy, ponieważ w wyniku sonikacji powstaje kawitacja i związane z nią mechanizmy, takie jak mikroruchy w strumieniu cieczy, kompresja i dekompresja w materiale, a następnie rozerwanie ścianek komórek, a także wysokie tempo ogrzewania i chłodzenia.
Ultrasonografy typu sonda mogą generować bardzo duże amplitudy, co jest niezbędne do generowania kawitacji udarowej. Firma Hielscher Ultrasonic produkuje wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe, które z łatwością mogą generować amplitudy rzędu 200µm w trybie ciągłym 24/7. Dla jeszcze większych amplitud firma Hielscher oferuje określone sondy (sondy) o wysokiej amplitudzie.
Do intensyfikacji kawitacji stosuje się reaktory ultradźwiękowe z możliwością regulacji ciśnienia i komórki przepływowe. Wraz ze wzrostem ciśnienia, kawitacja i kawitacyjne siły ścinające stają się bardziej destrukcyjne i poprawiają tym samym efekty ekstrakcji ultradźwiękowej.

Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na kawitacji akustycznej i jej hydrodynamicznych siłach ścinających.

Efekty ekstrakcji ultradźwiękowej

Ultradźwiękowe zakłócanie komór i wzrost przenoszenia masy
Ultradźwięki mogą wspomagać procesy ekstrakcji zarówno poprzez rozerwanie komórek, jak i poprzez wzmocnienie transferu masy w warstwie granicznej otaczającej stałą matrycę.
Sonoporekcja, czyli perforacja ścian komórkowych i błon, zwiększa przepuszczalność ścian komórkowych i błon i często jest etapem pośrednim zanim komórki zostaną całkowicie przerwane przez sonizację.
Mechaniczne efekty kawitacji wywołanej ultradźwiękami, takie jak różnice temperatur i ciśnień, fale uderzeniowe, siły ścinające, dysze cieczy i mikrostrumieniowanie, intensyfikują wnikanie rozpuszczalnika do wnętrza komórki i poprawiają przenoszenie masy pomiędzy komórką a rozpuszczalnikiem, dzięki czemu materiały międzykomórkowe są przenoszone do rozpuszczalnika.

Ekstrakcja ultradźwiękowa z komórek roślinnych: mikroskopijny przekrój poprzeczny (TS) pokazuje mechanizm działania podczas ekstrakcji ultradźwiękowej z komórek (powiększenie 2000x) [źródło: Vilkhu et al. 2011].

Sprzęt ultradźwiękowy Ekstrakcja

Procesory Hielscher Ultrasonics to wysokowydajne systemy ekstrakcyjne, które są proste i bezpieczne w obsłudze. W zależności od surowca, wydajności procesu i celu wyjściowego firma Hielscher oferuje Państwu najbardziej odpowiedni ultrasonograf. Nasza oferta obejmuje zarówno kompaktowe, wydajne ręczne ultrasonografy, jak i w pełni przemysłowe urządzenia ultradźwiękowe zdolne do przetwarzania kilku ton na godzinę.
Ekstraktory Hielscher Ultrasonics mogą być używane do ekstrakcji wsadowej i ciągłej w linii produkcyjnej i mogą być używane w połączeniu z dowolnym rozpuszczalnikiem.
Dostępne są różne akcesoria, takie jak sondy (sondy) o różnych rozmiarach i kształtach, tuby wspomagające, komory przepływowe o różnych objętościach i geometriach, podłączane czujniki temperatury i ciśnienia oraz wiele innych gadżetów do montażu idealnej konfiguracji ultradźwiękowej dla Twojego procesu ekstrakcji.
Wszystkie nasze modele cyfrowe są wyposażone w inteligentne oprogramowanie, które pozwala na regulację, monitorowanie i ustawianie parametrów odciągu. Dzięki precyzyjnej kontroli amplitudy, czasu emisji dźwięku i cykli pracy, można osiągnąć optymalne wyniki procesu, takie jak najwyższa wydajność i najwyższa jakość odsysania. Automatyczna rejestracja danych procesu soniowania jest podstawą standaryzacji procesu i powtarzalności / powtarzalności, które są wymagane dla Dobrych Praktyk Wytwarzania (GMP).

Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher Ultrasonics mogą osiągać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być z łatwością osiągane w trybie ciągłym w pracy 24/7. Dla jeszcze większych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: