Extração Ultrassônica e seu Princípio de Trabalho

Extração ultra-sônica

A extração ultrassônica é usada na indústria alimentícia, suplementos nutricionais e farmacêutica para a liberação de compostos bioativos como vitaminas, polifenóis, polissacarídeos, canabinóides e outros fitoquímicos da botânica. A extração assistida por ultrassom baseia-se no princípio de trabalho da cavitação acústica ou ultrassônica.

Como funciona a cavitação acústica?

A extração ultrassônica é alcançada quando ondas de ultrassom de alta potência e baixa freqüência são acopladas em um chorume composto por material botânico em um solvente. Ondas ultrassônicas de alta potência são acopladas através de um processador ultrassônico tipo sonda no chorume. ondas de ultrassom altamente energéticas viajam através do líquido criando ciclos alternados de alta pressão / baixa pressão, o que resulta no fenômeno da cavitação acústica. A cavitação acústica ou ultrassônica leva localmente a temperaturas extremas, pressões, taxas de aquecimento/resfriamento, diferenciais de pressão e forças de cisalhamento elevadas no meio. Quando bolhas de cavitação implodem na superfície de sólidos (como partículas, células vegetais, tecidos etc.), microjatos e colisão interparticlular geram efeitos como peeling superficial, erosão, quebra de partículas, sonoporação (a perfuração de paredes celulares e membranas celulares) e ruptura celular. Além disso, a implosão das bolhas de cavitação em mídia líquida cria macro-turbulências e micro-mistura. A irradiação ultrassônica representa uma maneira eficiente de melhorar os processos de transferência de massa, uma vez que a sonagem resulta em cavitação e seus mecanismos relacionados, como micromovimentação por jatos líquidos, compressão e descompressão no material com a subsequente interrupção das paredes celulares, bem como altas taxas de aquecimento e resfriamento.
Ultrassônicos do tipo sonda podem gerar amplitudes muito altas, o que é necessário para gerar cavitação impactante. A Hielscher Ultrasonic fabrica extratores ultrassônicos de alto desempenho, que podem facilmente criar amplitudes de 200μm em operação contínua 24/7. Para amplitudes ainda maiores, hielscher oferece sonotrodes de alta amplitude especificadas (sondas).
Reatores ultrassônicos pressurizáveis e células de fluxo são usados para intensificar a cavitação. Com pressões crescentes, as forças de cavitação e cisalhamento cavitacional tornam-se mais destrutivas e melhoram assim os efeitos de extração ultrassônica.

A extração ultra-sônica é baseada em cavitação acústica e suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas

Efeitos da extração ultra-sônica

Interrupção de células ultrassônicas e aumento da transferência de massa
O ultrassom pode auxiliar os processos de extração tanto através da interrupção celular quanto aumentando a transferência de massa na camada de limite em torno da matriz sólida.
A sonoporação, a perfuração de paredes celulares e membranas, aumenta a permeabilidade das paredes e membranas celulares e é muitas vezes um passo intermediário antes que as células sejam completamente interrompidas pela sonoridade.
Os efeitos mecânicos da cavitação induzida por ultrassom, como diferenciais de calor e pressão, ondas de choque, forças de cisalhamento, jatos líquidos e micro fluxo, intensificam a penetração do solvente no interior da célula e melhoram a transferência de massa entre célula e solvente para que os materiais intercelulares sejam transferidos para o solvente.

Extração ultra-sônica de células vegetais: a seção transversal microscópica (TS) mostra o mecanismo de ações durante a extração ultra-sônica de células (ampliação 2000x) [recurso: Vilkhu et al. 2011]

Ultrasonic equipamento de extracção

Os processadores Hielscher Ultrasonics são sistemas de extração de alto desempenho, que são simples e seguros de operar. De acordo com sua matéria-prima, capacidades de processo e alvo de saída, a Hielscher oferece-lhe o ultrassônico mais adequado. Nosso portfólio de produtos varia de ultrassônicos compactos e potentes ao longo do sistema de bancada até unidades ultrassônicas totalmente industriais capazes de processar várias toneladas por hora.
Os extratores Ultrassônicos Hielscher podem ser usados para extração em lote e contínua em linha e podem ser usados em combinação com qualquer solvente.
Vários acessórios como sonotrodes (sondas) de vários tamanhos e formas, chifres de reforço, células de fluxo com vários volumes e geometrias, sensores de temperatura e pressão plugáveis e muitos outros gadgets estão disponíveis para montar a configuração ultrassônica ideal para o seu processo de extração.
Todos os nossos modelos digitais são equipados com software inteligente, que permite ajustar, monitorar e definir parâmetros de extração. Devido ao controle preciso sobre amplitude, tempo de sonúncia e ciclos de serviço, os resultados ótimos do processo, como rendimento superior e maior qualidade de extrato, podem ser alcançados. O registro automático de dados do processo de sonagem são as bases para padronização e reprodutibilidade/repetibilidade do processo, que são necessárias para boas práticas de fabricação (GMP).

Hielscher Ultrasonics’ os processadores ultra-sônicos industriais podem entregar amplitudes muito elevadas. As amplitudes de até 200 μm podem facilmente ser funcionam continuamente na operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, os sonotrodes ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento ultra-sônico de Hielscher permite a operação 24/7 no serviço pesado e em ambientes de exigência.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators: