Extracția cu ultrasunete și principiul său de funcționare

Extracția cu ultrasunete este tehnica preferată pentru a izola compușii bioactivi din botanice. Sonicare realizează o extracție completă și, prin urmare, randamentele superioare ale extractului sunt obținute într-un timp de extracție foarte scurt. Fiind o metodă de extracție atât de eficientă, extracția cu ultrasunete este de economisire a costurilor și a timpului, rezultând în același timp extracte de înaltă calitate, care sunt utilizate pentru alimente, suplimente și produse farmaceutice.

extracție cu ultrasunete

Extracția cu ultrasunete este utilizat în industria alimentară, supliment nutritiv și industria farmaceutică pentru a elibera compuși bioactivi, ar fi vitamine, polifenoli, polizaharide, canabinoide și alte substanțe fitochimice din botanice. Extracția asistată cu ultrasunete se bazează pe principiul de lucru al cavitației acustice sau ultrasonice.

Cum funcționează cavitația acustică?

Extracția cu ultrasunete se realizează atunci când undele cu ultrasunete de mare putere, de joasă frecvență, sunt cuplate într-o suspensie constând din material botanic într-un solvent. Undele ultrasonice de mare putere sunt cuplate printr-un procesor cu ultrasunete de tip sondă în suspensie. Undele cu ultrasunete de înaltă energie călătoresc prin lichid creând cicluri alternative de înaltă presiune / joasă presiune, ceea ce duce la fenomenul de cavitație acustică. Cavitația acustică sau cu ultrasunete conduce local la temperaturi extreme, presiuni, rate de încălzire / răcire, diferențe de presiune și forțe mari de forfecare în mediu. Atunci când bulele de cavitație fac implozie pe suprafața solidelor (cum ar fi particulele, celulele vegetale, țesuturile etc.), microjeturile și coliziunea interparticlulară generează efecte precum peelingul suprafeței, eroziunea, descompunerea particulelor, sonoporația (perforarea pereților celulari și a membranelor celulare) și perturbarea celulelor. În plus, implozia bulelor de cavitație în medii lichide creează macro-turbulențe și micro-amestecare. Iradierea cu ultrasunete reprezintă o modalitate eficientă de a spori procesele de transfer de masă, deoarece sonicare are ca rezultat cavitație și mecanismele sale conexe, ar fi micros-mișcare prin jeturi lichide, compresie și decompresie în material cu întreruperea ulterioară a pereților celulari, precum și rate ridicate de încălzire și răcire.
Sonda de tip ultrasonicators poate genera amplitudini foarte mari, care este necesar pentru a genera cavitație impact. Hielscher Ultrasonic produce extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță, care pot crea cu ușurință amplitudini de 200μm în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, Hielscher oferă sonotrodes specificate de mare amplitudine (sonde).
Reactoare cu ultrasunete presurizabile și celule de flux sunt folosite pentru a intensifica cavitația. Cu presiuni în creștere, cavitație și forțele de forfecare cavitaționale devin mai distructive și de a îmbunătăți astfel efectele de extracție cu ultrasunete.

Extracția cu ultrasunete se bazează pe cavitație acustică și forțele sale hidrodinamice de forfecare

Efectele extracției cu ultrasunete

Întreruperea celulelor cu ultrasunete și creșterea transferului de masă
Ultrasunetele pot ajuta procesele de extracție atât prin întreruperea celulelor, cât și prin îmbunătățirea transferului de masă în stratul limită care înconjoară matricea solidă.
Sonoporation, perforarea pereților celulari și a membranelor, îmbunătățește permeabilitatea pereților celulari și a membranelor și este adesea un pas intermediar înainte ca celulele să fie perturbate complet prin sonicare.
Efectele mecanice ale cavitației induse de ultrasunete, cum ar fi diferențele de căldură și presiune, undele de șoc, forțele de forfecare, jeturile lichide și microfluxul, intensifică penetrarea solventului în interiorul celulei și îmbunătățește transferul de masă între celulă și solvent, astfel încât materialele intercelulare sunt transferate în solvent.

Extracția cu ultrasunete din celulele vegetale: secțiunea transversală microscopică (TS) arată mecanismul acțiunilor în timpul extracției cu ultrasunete din celule (mărire 2000x) [resursă: Vilkhu et al. 2011]

Echipamente de extracție cu ultrasunete

Hielscher procesoare cu ultrasunete sunt sisteme de extracție de înaltă performanță, care sunt simple și sigure de operat. În funcție de materia primă, capacitățile de proces și ținta de ieșire, Hielscher vă oferă ultrasonicator cel mai potrivit. Portofoliul nostru de produse variază de la compact, ultrasonicators portabile puternice peste sistemul bench-top la unități cu ultrasunete complet industriale capabile să proceseze mai multe tone pe oră.
Hielscher Ultrasonics extractoare pot fi utilizate pentru extracția în linie lot și continuă și pot fi utilizate în combinație cu orice solvent.
Diverse accesorii, ar fi sonotrodes (sonde) de diferite dimensiuni și forme, coarne de rapel, celule de curgere cu diferite volume și geometrii, senzori de temperatură și presiune conectabile și multe alte gadget-uri sunt disponibile pentru a asambla configurația cu ultrasunete ideală pentru procesul de extracție.
Toate modelele noastre digitale sunt echipate cu software inteligent, care vă permite să reglați, 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, cum ar fi randamentul superior și cea mai înaltă calitate a extractului. Înregistrarea automată a datelor procesului de sonicare sunt bazele pentru standardizarea procesului și reproductibilitatea / repetabilitatea, care sunt necesare pentru bunele practici de fabricație (GMP).

Hielscher Ultrasonics procesoare industriale cu ultrasunete pot livra amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: