Mano-termo-sonicação: sinergias no processamento ultrassónico
A sonicação é uma técnica de processamento não térmico utilizada em numerosas aplicações, como a homogeneização, emulsificação, dispersão, extração e conservação, nos setores alimentar e farmacêutico, na biologia, na química e na ciência dos materiais. A utilização de ultrassons por si só é um método de processamento muito eficiente e permite realizar eficazmente as tarefas de processamento com um tratamento de curta duração – especialmente quando comparado com técnicas alternativas. Quando combinados com pressão e/ou calor, as sinergias entre estas formas de tratamento podem intensificar o processo de sonicação. Saiba mais sobre a mano-sonicação e a mano-termo-sonicação e explore como estas técnicas de processamento podem melhorar a sua produção!
Sonicação como técnica de processamento não térmico
A sonicação com sonda é um método de processamento não térmico utilizado principalmente em aplicações alimentares, farmacêuticas e biológicas. As aplicações típicas dos sonicadores incluem a homogeneização, mistura, emulsificação, extração de compostos bioativos e encapsulação de ingredientes ativos. Ao contrário dos métodos térmicos tradicionais, que recorrem ao calor para o processamento, a sonicação com sonda gera ondas mecânicas para obter diversos efeitos. Quando se aplica o método de sonicação, são geradas bolhas de cavitação acústica ou ultrassónica no meio. A cavitação ultrassónica cria forças intensas que fragmentam partículas, gotículas e estruturas celulares, proporcionam uma mistura intensa e, deste modo, auxiliam múltiplos processos, como a mistura homogénea, a extração de substâncias vegetais ou a encapsulação lipossomal.
O reator fechado para processamento por lotes, fabricado em aço inoxidável, está equipado com o sonicador ultrassónico UIP2000hdT (2kW, 20kHz).
Efeitos sinérgicos no processamento ultrassónico
A termo-sonicação, a mano-sonicação e a mano-termo-sonicação são técnicas de processamento que utilizam ondas ultrassónicas em diversas aplicações, especialmente nos setores alimentar e farmacêutico e nos processos biológicos.
Tanto a mano-sonicação como a termo-mano-sonicação evidenciam os efeitos sinérgicos das ondas ultrassónicas e da temperatura em diversos processos, proporcionando meios eficientes e seletivos para aplicações alimentares, farmacêuticas e em sistemas biológicos.
Termo-sonicação
Definição: A termo-sonicação refere-se a um processo que combina efeitos térmicos e ultrassónicos para diversas aplicações, especialmente na ciência dos materiais e na química. A mano-sonicação envolve a aplicação simultânea de ondas ultrassónicas e calor a uma substância ou material. Uma aplicação típica é a pasteurização de alimentos líquidos, como leite, ovos líquidos ou bebidas. Enquanto a pasteurização apenas por calor exige temperaturas muito elevadas, a combinação de ultrassons e calor permite utilizar temperaturas mais baixas, preservando os nutrientes e os sabores.
Mano-sonicação
Definição: A mano-sonicação envolve a aplicação simultânea de ondas ultrassónicas e pressão a um meio.
As ondas ultrassónicas induzem cavitação acústica, que se caracteriza pela formação de microbolhas, ondas de choque e correntes no líquido. A combinação de ultrassons e pressão reforça os efeitos disruptivos da cavitação, facilitando processos como a desaglomeração de partículas, a rutura celular, a emulsificação e a extração.
Mano-termo-sonicação
Definição: A mano-termo-sonicação (MTS), ou termo-mano-sonicação, é uma tecnologia que combina de forma eficiente os efeitos da pressão, do calor e dos ultrassons de potência. Ao combinar os benefícios do tratamento ultrassónico e térmico sob pressões elevadas, a mano-termo-sonicação é uma técnica de processamento altamente eficiente, utilizada especialmente nos setores alimentar e farmacêutico e na ciência dos materiais. Esta combinação de forças físicas intensifica significativamente os processos e permite obter resultados únicos.
Sob pressões elevadas, o rebentamento das bolhas de cavitação torna-se drasticamente mais violento e intenso.
O aquecimento controlado durante a sonicação permite um processamento eficaz sem causar degradação térmica significativa. O calor pode ser ajustado ao nível de temperatura adequado, que é benéfico para o processo e não destrói as substâncias e os materiais tratados.
Aumento de escala da mano-termo-sonicação: do equipamento laboratorial UIP1000hdT (A) ao equipamento à escala piloto UIP4000hdT (B, C & D). Na imagem D está esquematizada uma secção transversal da célula de fluxo ultrassónica FC100K.
imagem e estudo: ©Vernès et al. 2019
Mecanismo de funcionamento: ultrassons de potência e cavitação acústica para processamento não térmico
A cavitação gerada por ultrassons envolve a formação, o crescimento e o colapso de bolhas microscópicas no líquido. Quando estas bolhas colapsam, libertam energia sob a forma de ondas de choque e microjatos. Esta energia mecânica é utilizada em processos como a rutura celular, a emulsificação e a redução do tamanho das partículas, sem depender de temperaturas elevadas.
No contexto dos alimentos, dos produtos farmacêuticos e dos materiais biológicos, a sonicação com sonda oferece várias vantagens, como a redução do tempo de processamento, a preservação de compostos sensíveis ao calor e danos mínimos em estruturas delicadas. A natureza não térmica desta técnica ajuda a manter a integridade dos compostos bioativos, das enzimas e de outros componentes sensíveis nestas aplicações, o que é essencial na produção de produtos farmacêuticos, alimentos e suplementos nutricionais.
Sonicadores de elevado desempenho para intensificação de processos
A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e fornece sonicadores de sonda para o processamento não térmico de líquidos, bem como para a manosonicação, a termosonicação e a termo-mano-sonicação. A vasta gama de produtos da Hielscher Ultrasonics oferece o processador ultrassónico ideal para a sua aplicação. Quer necessite de sonicar pequenos frascos ou copos de precipitação de laboratório, pretenda processar à escala piloto ou produzir continuamente fluxos de grande volume, a Hielscher tem o sonicador ideal para as suas necessidades de processamento!
Os reatores e as células de fluxo pressurizáveis, equipados com camisas de aquecimento ou arrefecimento, permitem aproveitar sem dificuldades as sinergias entre os ultrassons de potência, a pressão e/ou o calor.
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Sonicador de sonda UIP6000hdT com célula de fluxo pressurizável. Uma camisa de aquecimento/arrefecimento permite sonicar a temperaturas elevadas ou reduzidas.
Conceção, fabrico e consultoria – qualidade fabricada na Alemanha
Os sonicadores ultrassónicos Hielscher são reconhecidos pelos seus padrões de qualidade e conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração sem dificuldades dos nossos sonicadores ultrassónicos em instalações industriais. Os sonicadores ultrassónicos Hielscher lidam facilmente com condições adversas e ambientes exigentes.
A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada segundo normas ISO e dá especial importância a sonicadores ultrassónicos de elevado desempenho, com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores ultrassónicos Hielscher estão em conformidade com os requisitos CE e cumprem os requisitos UL, CSA e RoHs.
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Bibliografia / Referências
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- Chemat, F., Rombaut, N., Sicaire, A. G., Meullemiestre, A., Fabiano-Tixier, A. S., & Abert-Vian, M. (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, 34, 2017. 540-560.
- Bermúdez-Aguirre, D., Mobbs, T., Barbosa-Cánovas, G.V. (2011): Ultrasound Applications in Food Processing. In: Feng, H., Barbosa-Canovas, G., Weiss, J. (eds) Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. Food Engineering Series. Springer, New York, NY.
- Yusaf, T. (2015): Evaluating the effect of heat transfer on cell disruption in ultrasound processes. Annals of Microbiology 65, 2015. 1447–1456.
- Vernès, Léa; Vian, Maryline; Maâtaoui, Mohamed; Tao, Yang; Bornard, Isabelle; Chemat, Farid (2019): Application of ultrasound for green extraction of proteins from spirulina. Mechanism, optimization, modeling, and industrial prospects. Ultrasonics Sonochemistry, 54, 2017.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassónicos de elevado desempenho desde a escala laboratorial até à escala industrial.
