Extração ultrassônica e seu princípio de funcionamento

A extração ultrassônica é a técnica preferida para isolar compostos bioativos de botânicos. A sonicação atinge uma extração completa e, portanto, rendimentos de extrato superiores são obtidos em um tempo de extração muito curto. Sendo um método de extração tão eficiente, a extração ultrassônica economiza tempo e custo, resultando em extratos de alta qualidade, que são usados para alimentos, suplementos e produtos farmacêuticos.

Extração ultrassônica

A extração ultrassônica é usada na indústria alimentícia, de suplementos nutricionais e farmacêutica para liberar compostos bioativos, como vitaminas, polifenóis, polissacarídeos, canabinóides e outros fitoquímicos de vegetais. A extração assistida por ultrassom é baseada no princípio de funcionamento da cavitação acústica ou ultrassônica.

Como funciona a cavitação acústica?

A extração ultrassônica é obtida quando ondas de ultrassom de alta potência e baixa frequência são acopladas em uma pasta que consiste em material botânico em um solvente. As ondas ultrassônicas de alta potência são acopladas por meio de um processador ultrassônico do tipo sonda na pasta. 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 altas forças de cisalhamento no meio. Quando as bolhas de cavitação implodem na superfície dos sólidos (como partículas, células vegetais, tecidos, etc.), os microjatos e a colisão interparticlular geram efeitos como descamação da superfície, erosão, quebra de partículas, sonoporação (perfuração das paredes celulares e membranas celulares) e ruptura celular. Além disso, a implosão de bolhas de cavitação em meios líquidos cria macroturbulências e micromisturas. A irradiação ultrassônica representa uma maneira eficiente de melhorar os processos de transferência de massa, uma vez que a sonicação resulta em cavitação e seus mecanismos relacionados, como micros-movimento por jatos de líquido, compressão e descompressão no material com a subsequente ruptura das paredes celulares, bem como altas taxas de aquecimento e resfriamento.
Os 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 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, a Hielscher oferece sonotrodos (sondas) de alta amplitude especificados.
Reatores ultrassônicos pressurizáveis e células de fluxo são usados para intensificar a cavitação. Com o aumento das pressões, as forças de cavitação e cisalhamento cavitacional tornam-se mais destrutivas e melhoram assim os efeitos de extração ultrassônica.

A extração ultrassônica é baseada na cavitação acústica e suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas

Efeitos da extração ultrassônica

Ruptura celular ultrassônica e aumento da transferência de massa
O ultrassom pode auxiliar nos processos de extração tanto por meio da ruptura celular quanto pelo aumento da transferência de massa na camada limite ao redor da matriz sólida.
A sonoporação, a perfuração das paredes e membranas celulares, aumenta a permeabilidade das paredes e membranas celulares e geralmente é uma etapa intermediária antes que as células sejam completamente interrompidas pela sonicação.
Os efeitos mecânicos da cavitação induzida por ultrassom, como diferenciais de calor e pressão, ondas de choque, forças de cisalhamento, jatos de líquido e microfluxo, intensificam a penetração do solvente no interior da célula e melhoram a transferência de massa entre a célula e o solvente para que os materiais intercelulares sejam transferidos para o solvente.

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

Equipamento de extração ultrassônica

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

Os processadores ultrassônicos industriais Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassônico Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: