Ультразвуковая экстракция и принцип её действия
Ультразвуковая экстракция является предпочтительным методом выделения биоактивных соединений из растительного сырья. Обработка ультразвуком обеспечивает полную экстракцию, благодаря чему за очень короткое время достигается превосходный выход экстракта. Будучи столь эффективным методом экстракции, ультразвуковая экстракция экономит средства и время и позволяет получать высококачественные экстракты, используемые в пищевых продуктах, пищевых добавках и фармацевтических препаратах.
Ультразвуковая экстракция
Ультразвуковая экстракция применяется в пищевой промышленности, производстве пищевых добавок и фармацевтической промышленности для высвобождения из растительного сырья биоактивных соединений, таких как витамины, полифенолы, полисахариды, каннабиноиды и другие фитохимические вещества. Экстракция с применением ультразвука основана на принципе действия акустической, или ультразвуковой, кавитации.
- Высокий выход
- Превосходное качество
- Экстракты полного спектра
- Быстрый процесс
- Совместимость с любым растворителем
- Простота и безопасность эксплуатации
- Линейная масштабируемость
- Экологичность
- Быстрая окупаемость инвестиций
Ультразвуковой зонд UP400St для экстракции растительных соединений при производстве настоек и растительных настоев.
Как действует акустическая кавитация?
Ультразвуковая экстракция осуществляется при передаче мощных низкочастотных ультразвуковых волн в суспензию, состоящую из растительного сырья в растворителе. Мощные ультразвуковые волны передаются в суспензию посредством ультразвукового процессора зондового типа. Ультразвуковые волны высокой энергии распространяются через жидкость, создавая чередующиеся циклы высокого / низкого давления, что приводит к возникновению акустической кавитации. Акустическая, или ультразвуковая, кавитация локально вызывает экстремальные температуры, давления, скорости нагрева/охлаждения, перепады давления и высокие силы сдвига в среде. Когда кавитационные пузырьки схлопываются на поверхности твёрдых тел (таких как частицы, растительные клетки, ткани и т. д.), микроструи и столкновения между частицами вызывают такие эффекты, как отслаивание поверхностного слоя, эрозия, разрушение частиц, сонопорация (перфорация клеточных стенок и клеточных мембран) и разрушение клеток. Кроме того, схлопывание кавитационных пузырьков в жидких средах вызывает макротурбулентность и микроперемешивание. Ультразвуковое облучение представляет собой эффективный способ интенсификации процессов массопереноса, поскольку обработка ультразвуком вызывает кавитацию и связанные с ней механизмы, такие как микроперемещения под действием струй жидкости, сжатие и декомпрессия в материале с последующим разрушением клеточных стенок, а также высокие скорости нагрева и охлаждения.
Ультразвуковые аппараты зондового типа могут обеспечивать очень высокие амплитуды, необходимые для создания интенсивной кавитации. Hielscher Ultrasonic производит высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы, которые легко обеспечивают амплитуды 200µm при непрерывной работе в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд Hielscher предлагает специальные высокоамплитудные сонотроды (зонды).
Для интенсификации кавитации используются ультразвуковые реакторы и проточные ячейки, допускающие работу под давлением. При повышении давления кавитация и кавитационные силы сдвига становятся более разрушительными, тем самым усиливая эффекты ультразвуковой экстракции.
Ультразвуковая экстракция основана на акустической кавитации и создаваемых ею гидродинамических силах сдвига
Эффекты ультразвуковой экстракции
Ультразвуковое разрушение клеток и усиление массопереноса
Ультразвук может способствовать процессам экстракции как за счёт разрушения клеток, так и за счёт усиления массопереноса в пограничном слое, окружающем твёрдую матрицу.
Сонопорация, то есть перфорация клеточных стенок и мембран, повышает их проницаемость и часто является промежуточным этапом перед полным разрушением клеток при обработке ультразвуком.
Механические эффекты кавитации, вызванной ультразвуком, такие как перепады температуры и давления, ударные волны, силы сдвига, струи жидкости и микропотоки, усиливают проникновение растворителя внутрь клетки и улучшают массоперенос между клеткой и растворителем, благодаря чему межклеточные вещества переходят в растворитель.
Ультразвуковая экстракция из растительных клеток: микроскопический поперечный срез (TS) показывает механизм действия при ультразвуковой экстракции из клеток (увеличение 2000x) [источник: Vilkhu et al. 2011]
Ультразвуковой гомогенизатор UIP2000hdT (2kW) с реактором периодического действия с непрерывным перемешиванием
Оборудование для ультразвуковой экстракции
Процессоры Hielscher Ultrasonics представляют собой высокопроизводительные системы экстракции, простые и безопасные в эксплуатации. В зависимости от вашего сырья, производительности процесса и целевого объёма выпуска Hielscher предлагает наиболее подходящий ультразвуковой аппарат. Наш ассортимент включает компактные мощные ручные ультразвуковые аппараты, настольные системы и полностью промышленные ультразвуковые установки, способные обрабатывать несколько тонн в час.
Экстракторы Hielscher Ultrasonics могут использоваться для периодической и непрерывной поточной экстракции, а также в сочетании с любым растворителем.
Для создания идеальной ультразвуковой установки для вашего процесса экстракции доступны различные принадлежности, такие как сонотроды (зонды) различных размеров и форм, усилители амплитуды, проточные ячейки различных объёмов и геометрии, подключаемые датчики температуры и давления и множество других приспособлений.
Все наши цифровые модели оснащены интеллектуальным программным обеспечением, которое позволяет регулировать, контролировать и задавать параметры экстракции. Благодаря точному контролю амплитуды, времени обработки ультразвуком и коэффициентов заполнения импульсных циклов можно достичь оптимальных результатов процесса, таких как превосходный выход и наивысшее качество экстракта. Автоматическая регистрация данных процесса обработки ультразвуком служит основой для стандартизации процесса и обеспечения воспроизводимости / повторяемости, необходимых в соответствии с надлежащей производственной практикой (GMP).
Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics могут обеспечивать очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200µm легко поддерживаются непрерывно в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
В приведённой ниже таблице указана приблизительная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500mL | от 10 до 200mL/min | UP100H |
| от 10 до 2000mL | от 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| от 0,1 до 20L | от 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| от 10 до 100L | от 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | выше | кластер из UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Мощные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторного до пилотного и промышленного масштаба.
Литература / Ссылки
- 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.
Полезные сведения
Растительные экстракты
Растительные экстракты представляют собой биоактивные соединения, выделенные из растительного сырья, такого как травы, цветки, листья, стебли, корни и другие части растений. Биоактивные соединения, такие как витамины, антиоксиданты, полифенолы, полисахариды, каннабиноиды и другие растительные молекулы, используются в качестве функциональных пищевых добавок, нутрицевтиков, космецевтиков, фармацевтических препаратов, а также натуральных красителей.