Extracția cu ultrasunete și principiul său de funcționare
Extracția cu ultrasunete este tehnica preferată pentru izolarea compușilor bioactivi din materiale botanice. Sonicarea realizează o extracție completă și, astfel, se obțin randamente superioare de extract într-un timp de extracție foarte scurt. Fiind o metodă de extracție atât de eficientă, extracția cu ultrasunete economisește costuri și timp, rezultând totodată extracte de înaltă calitate, care sunt utilizate pentru alimente, suplimente și produse farmaceutice.
Extracția cu ultrasunete
Extracția cu ultrasunete este utilizată în industria alimentară, a suplimentelor nutritive și farmaceutică pentru eliberarea din materiale botanice a compușilor bioactivi, precum vitamine, polifenoli, polizaharide, canabinoizi și alte fitochimicale. Extracția asistată de ultrasunete se bazează pe principiul de funcționare al cavitației acustice sau ultrasonice.
- Randamente ridicate
- Calitate superioară
- Extracte cu spectru complet
- Proces rapid
- Compatibilă cu orice solvent
- Operare ușoară și sigură
- Scalabilitate liniară
- Ecologică
- Recuperare rapidă a investiției (RoI)
Sonicatorul cu sondă UP400St pentru extracția compușilor botanici în vederea producerii de tincturi și infuzii botanice.
Cum funcționează cavitația acustică?
Extracția cu ultrasunete se realizează atunci când unde ultrasonice de mare putere și frecvență joasă sunt cuplate într-o suspensie formată din material botanic într-un solvent. Undele ultrasonice de mare putere sunt cuplate în suspensie prin intermediul unui procesor ultrasonic cu sondă. Undele ultrasonice de înaltă energie se propagă prin lichid, creând cicluri alternante de presiune înaltă / presiune joasă, ceea ce duce la fenomenul de cavitație acustică. Cavitația acustică sau ultrasonică produce local temperaturi, presiuni, viteze de încălzire/răcire și diferențe de presiune extreme, precum și forțe de forfecare ridicate în mediu. Când bulele de cavitație implodează pe suprafața solidelor (precum particule, celule vegetale, țesuturi etc.), microjeturile și coliziunile dintre particule generează efecte precum exfolierea suprafeței, eroziunea, fragmentarea particulelor, sonoporarea (perforarea pereților celulari și a membranelor celulare) și dezintegrarea celulelor. În plus, implozia bulelor de cavitație în medii lichide creează macroturbulențe și micro-amestecare. Iradierea cu ultrasunete reprezintă o modalitate eficientă de a intensifica procesele de transfer de masă, deoarece sonicarea produce cavitație și mecanismele asociate acesteia, precum micromișcările generate de jeturile de lichid, compresia și decompresia în material, cu dezintegrarea ulterioară a pereților celulari, precum și viteze ridicate de încălzire și răcire.
Sonicatoarele cu sondă pot genera amplitudini foarte mari, necesare pentru a produce o cavitație eficace. Hielscher Ultrasonic produce extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță, care pot crea cu ușurință amplitudini de 200µm în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, Hielscher oferă sonotrode (sonde) speciale de amplitudine înaltă.
Reactoarele cu ultrasunete presurizabile și celulele de flux sunt utilizate pentru intensificarea cavitației. Odată cu creșterea presiunii, cavitația și forțele de forfecare cavitaționale devin mai distructive și îmbunătățesc astfel efectele extracției cu ultrasunete.
Extracția cu ultrasunete se bazează pe cavitația acustică și pe forțele sale de forfecare hidrodinamice
Efectele extracției cu ultrasunete
Dezintegrarea celulelor cu ultrasunete și intensificarea transferului de masă
Ultrasunetele pot sprijini procesele de extracție atât prin dezintegrarea celulelor, cât și prin intensificarea transferului de masă în stratul limită din jurul matricei solide.
Sonoporarea, adică perforarea pereților celulari și a membranelor, crește permeabilitatea pereților celulari și a membranelor și reprezintă adesea o etapă intermediară înainte ca celulele să fie dezintegrate complet prin sonicare.
Efectele mecanice ale cavitației induse de ultrasunete, precum diferențele de temperatură și de presiune, undele de șoc, forțele de forfecare, jeturile de lichid și microcurenții, intensifică pătrunderea solventului în interiorul celulei și îmbunătățesc transferul de masă dintre celulă și solvent, astfel încât materialele intercelulare sunt transferate în solvent.
Extracția cu ultrasunete din celulele vegetale: secțiunea transversală microscopică (TS) arată mecanismul de acțiune în timpul extracției cu ultrasunete din celule (mărire 2000x) [sursă: Vilkhu et al. 2011]
Omogenizatorul cu ultrasunete UIP2000hdT (2kW) cu reactor în șarjă cu agitare continuă
Echipamente pentru extracția cu ultrasunete
Procesoarele Hielscher Ultrasonics sunt sisteme de extracție de înaltă performanță, simplu și sigur de operat. În funcție de materia primă, de capacitățile de proces și de obiectivul de producție ale dumneavoastră, Hielscher vă oferă cel mai potrivit sonicator. Portofoliul nostru de produse cuprinde sonicatoare compacte și puternice ținute în mână, sisteme de masă și până la unități cu ultrasunete complet industriale, capabile să proceseze mai multe tone pe oră.
Extractoarele Hielscher Ultrasonics pot fi utilizate pentru extracția în șarjă și pentru extracția continuă în flux (inline) și pot fi folosite în combinație cu orice solvent.
Diverse accesorii, precum sonotrode (sonde) de diferite dimensiuni și forme, boostere de amplitudine, celule de flux cu diferite volume și geometrii, senzori de temperatură și presiune conectabili și multe alte dispozitive, sunt disponibile pentru asamblarea configurației cu ultrasunete ideale pentru procesul dumneavoastră de extracție.
Toate modelele noastre digitale sunt echipate cu software inteligent, care vă permite să ajustați, să monitorizați și să setați parametrii de extracție. Datorită controlului precis asupra amplitudinii, timpului de sonicare și ciclurilor de funcționare, se pot obține rezultate optime ale procesului, precum un randament superior și cea mai înaltă calitate a extractului. Înregistrarea automată a datelor procesului de sonicare constituie baza pentru standardizarea procesului și pentru reproductibilitate / repetabilitate, care sunt necesare pentru Bunele Practici de Fabricație (GMP).
Procesoarele cu ultrasunete industriale Hielscher Ultrasonics pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute cu ușurință în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, sunt disponibile sonotrode cu ultrasunete personalizate. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim de solicitare intensă și în medii dificile.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a sonicatoarelor noastre:
| Volumul șarjei | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500mL | 10 până la 200mL/min | UP100H |
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 până la 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | cluster de UIP16000 |
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Omogenizatoare cu ultrasunete de mare putere, de la scara de laborator la scara pilot și industrială de procesare.
Literatură / Referințe
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
Fapte demne de știut
Extracte botanice
Extractele botanice sunt compuși bioactivi care sunt izolați din material vegetal, precum plante aromatice, flori, frunze, tulpini, rădăcini și alte părți ale plantelor. Compușii bioactivi precum vitaminele, antioxidanții, polifenolii, polizaharidele, canabinoizii și alte molecule vegetale sunt utilizați ca aditivi alimentari funcționali, nutraceutice, cosmeceutice, produse farmaceutice, precum și coloranți naturali.