Extração por ultra-sons e o seu princípio de funcionamento

A extração por ultra-sons é a técnica preferida para isolar compostos bioactivos de plantas. A sonicação permite uma extração completa, obtendo-se assim rendimentos de extração superiores num tempo de extração muito curto. Sendo um método de extração tão eficiente, a extração ultra-sónica é económica e economiza tempo, ao mesmo tempo que resulta em extractos de alta qualidade, que são utilizados para alimentos, suplementos e produtos farmacêuticos.

Extração por ultra-sons

A extração por ultra-sons é utilizada na indústria alimentar, de suplementos nutricionais e farmacêutica para libertar compostos bioactivos, tais como vitaminas, polifenóis, polissacáridos, canabinóides e outros fitoquímicos de plantas. A extração assistida por ultra-sons baseia-se no princípio de funcionamento da cavitação acústica ou ultra-sónica.

Como funciona a cavitação acústica?

A extração ultra-sónica é conseguida quando ondas de ultra-sons de alta potência e baixa frequência são acopladas a uma pasta constituída por material botânico num solvente. As ondas ultra-sónicas de alta potência são acopladas à pasta através de um processador ultrassónico do tipo sonda. As ondas de ultra-sons altamente energéticas viajam através do líquido criando ciclos alternados de alta pressão/baixa pressão, o que resulta no fenómeno de cavitação acústica. A cavitação acústica ou ultra-sónica conduz localmente a temperaturas extremas, pressões, taxas de aquecimento/arrefecimento, diferenciais de pressão e elevadas forças de cisalhamento no meio. Quando as bolhas de cavitação implodem na superfície dos sólidos (tais como partículas, células vegetais, tecidos, etc.), os microjactos e a colisão interparticular geram efeitos como a descamação da superfície, a erosão, a desagregação das partículas, a sonoporação (a perfuração das paredes e membranas celulares) e a rutura das células. Além disso, a implosão de bolhas de cavitação em meios líquidos cria macro-turbulências e micro-misturas. A irradiação ultra-sónica representa uma forma eficiente de melhorar os processos de transferência de massa, uma vez que a sonicação resulta em cavitação e nos seus mecanismos relacionados, tais como micromovimentos por jactos de líquido, compressão e descompressão no material com a subsequente rutura das paredes celulares, bem como elevadas taxas de aquecimento e arrefecimento.
Os ultra-sons do tipo sonda podem gerar amplitudes muito elevadas, o que é necessário para gerar cavitação de impacto. Hielscher Ultrasonic fabrica extratores ultra-sônicos de alto desempenho, que podem facilmente criar amplitudes de 200µm em operação contínua 24/7. Para amplitudes ainda maiores, a Hielscher oferece sonotrodos de alta amplitude especificados (sondas).
Para intensificar a cavitação, são utilizados reactores ultra-sónicos pressurizáveis e células de fluxo. Com o aumento das pressões, a cavitação e as forças de cisalhamento cavitacionais tornam-se mais destrutivas e melhoram assim os efeitos de extração ultra-sónica.

A extração por ultra-sons baseia-se na cavitação acústica e nas suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas

Efeitos da extração por ultra-sons

Perturbação das células por ultra-sons e aumento da transferência de massa
Os ultra-sons podem ajudar os processos de extração através da rutura das células e do aumento da transferência de massa na camada limite que envolve a matriz sólida.
A sonoporação, a perfuração das paredes e membranas celulares, aumenta a permeabilidade das paredes e membranas celulares e é frequentemente uma etapa intermédia antes de as células serem completamente rompidas por sonicação.
Os efeitos mecânicos da cavitação induzida por ultra-sons, tais como diferenciais de calor e de pressão, ondas de choque, forças de cisalhamento, jactos de líquido e microfluxos, intensificam a penetração do solvente no interior da célula e melhoram a transferência de massa entre a célula e o solvente, de modo a 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]

equipamento de extração por ultra-sons

Os processadores de ultra-sons Hielscher são sistemas de extração de alto desempenho, que são simples e seguros de operar. De acordo com a sua matéria-prima, capacidades de processo e meta de saída, Hielscher oferece-lhe o ultrasonicator mais adequado. Nosso portfólio de produtos varia de compactos, poderosos ultrasonicators hand-held sobre o sistema de bancada para unidades de ultrassom totalmente industriais capazes de processar várias toneladas por hora.
Os extractores ultrassónicos Hielscher podem ser utilizados para extração em linha contínua ou em lotes e podem ser utilizados em combinação com qualquer solvente.
Estão disponíveis vários acessórios, tais 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 para montar a configuração ultra-sónica ideal para o seu processo de extração.
Todos os nossos modelos digitais estão equipados com software inteligente, que lhe permite ajustar, monitorizar e definir parâmetros de extração. Devido ao controlo preciso da amplitude, do tempo de sonicação e dos ciclos de trabalho, é possível obter resultados de processo óptimos, tais como um rendimento superior e uma qualidade de extração mais elevada. O registo automático de dados do processo de sonicação é a base para a normalização do processo e para a reprodutibilidade/repetibilidade, que são necessárias para as Boas Práticas de Fabrico (BPF).

Os processadores ultra-sónicos industriais da Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodos ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: