Ultrazvuková extrakcia a princíp jej fungovania
Ultrazvuková extrakcia je preferovanou technikou na izoláciu bioaktívnych zlúčenín z rastlinných surovín. Sonikácia zabezpečuje úplnú extrakciu, vďaka čomu sa dosahujú mimoriadne vysoké výťažky extraktu za veľmi krátky čas extrakcie. Ako vysoko účinná extrakčná metóda šetrí ultrazvuková extrakcia náklady aj čas a zároveň poskytuje vysokokvalitné extrakty, ktoré sa používajú v potravinách, výživových doplnkoch a liečivách.
Ultrazvuková extrakcia
Ultrazvuková extrakcia sa používa v potravinárskom a farmaceutickom priemysle a pri výrobe výživových doplnkov na uvoľňovanie bioaktívnych zlúčenín, ako sú vitamíny, polyfenoly, polysacharidy, kanabinoidy a ďalšie fytochemikálie, z rastlinných surovín. Extrakcia podporovaná ultrazvukom je založená na princípe akustickej alebo ultrazvukovej kavitácie.
- Vysoké výťažky
- Špičková kvalita
- Plnospektrálne extrakty
- Rýchly proces
- Kompatibilita s akýmkoľvek rozpúšťadlom
- Jednoduchá a bezpečná obsluha
- Lineárna škálovateľnosť
- Šetrnosť k životnému prostrediu
- Rýchla návratnosť investície
Ultrazvuková sonda UP400St na extrakciu rastlinných zlúčenín na výrobu tinktúr a rastlinných nálevov.
Ako funguje akustická kavitácia?
Ultrazvuková extrakcia sa dosahuje vnášaním vysokovýkonných nízkofrekvenčných ultrazvukových vĺn do suspenzie tvorenej rastlinným materiálom v rozpúšťadle. Vysokovýkonné ultrazvukové vlny sa do suspenzie vnášajú pomocou ultrazvukového procesora so sondou. Ultrazvukové vlny s vysokou energiou sa šíria kvapalinou a vytvárajú striedajúce sa cykly vysokého a nízkeho tlaku, čo vedie k javu akustickej kavitácie. Akustická alebo ultrazvuková kavitácia spôsobuje lokálne extrémne teploty, tlaky, rýchlosti ohrevu/ochladzovania, tlakové rozdiely a vysoké šmykové sily v médiu. Keď kavitačné bubliny implodujú na povrchu pevných látok (ako sú častice, rastlinné bunky, tkanivá atď.), mikroprúdy a zrážky medzi časticami vyvolávajú účinky, ako sú odlupovanie povrchu, erózia, rozpad častíc, sonoporácia (perforácia bunkových stien a bunkových membrán) a narušenie buniek. Implózia kavitačných bublín v kvapalných médiách navyše vytvára makroturbulencie a mikromiešanie. Pôsobenie ultrazvuku predstavuje účinný spôsob zintenzívnenia procesov prenosu hmoty, pretože sonikácia vyvoláva kavitáciu a s ňou súvisiace mechanizmy, ako sú mikropohyby spôsobené prúdmi kvapaliny, kompresia a dekompresia v materiáli s následným narušením bunkových stien, ako aj vysoké rýchlosti ohrevu a ochladzovania.
Ultrazvukové zariadenia so sondou dokážu vytvárať veľmi vysoké amplitúdy, ktoré sú potrebné na vytvorenie účinnej kavitácie. Hielscher Ultrasonic vyrába vysokovýkonné ultrazvukové extraktory, ktoré dokážu ľahko vytvárať amplitúdy 200µm pri nepretržitej prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy ponúka Hielscher špeciálne sonotródy (sondy) s vysokou amplitúdou.
Na zintenzívnenie kavitácie sa používajú ultrazvukové reaktory a prietokové cely, ktoré možno natlakovať. So zvyšujúcim sa tlakom sa kavitácia a kavitačné šmykové sily stávajú deštruktívnejšími, čím zlepšujú účinky ultrazvukovej extrakcie.
Ultrazvuková extrakcia je založená na akustickej kavitácii a jej hydrodynamických šmykových silách
Účinky ultrazvukovej extrakcie
Ultrazvukové narušenie buniek a zvýšenie prenosu hmoty
Ultrazvuk môže podporovať extrakčné procesy narušením buniek aj zintenzívnením prenosu hmoty v medznej vrstve obklopujúcej pevnú matricu.
Sonoporácia, teda perforácia bunkových stien a membrán, zvyšuje priepustnosť bunkových stien a membrán a často predstavuje medzikrok pred úplným narušením buniek sonikáciou.
Mechanické účinky kavitácie vyvolanej ultrazvukom, ako sú tepelné a tlakové rozdiely, rázové vlny, šmykové sily, prúdy kvapaliny a mikroprúdenie, zintenzívňujú prenikanie rozpúšťadla do vnútra bunky a zlepšujú prenos hmoty medzi bunkou a rozpúšťadlom, takže sa medzibunkové látky prenášajú do rozpúšťadla.
Ultrazvuková extrakcia z rastlinných buniek: mikroskopický priečny rez (TS) znázorňuje mechanizmus pôsobenia pri ultrazvukovej extrakcii z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvukový homogenizátor UIP2000hdT (2kW) s nepretržite miešaným vsádzkovým reaktorom
Zariadenia na ultrazvukovú extrakciu
Procesory Hielscher Ultrasonics sú vysokovýkonné extrakčné systémy s jednoduchou a bezpečnou obsluhou. Podľa vašej suroviny, spracovateľskej kapacity a cieľového výstupu vám Hielscher ponúka najvhodnejšie ultrazvukové zariadenie. Naše produktové portfólio siaha od kompaktných, výkonných ručných ultrazvukových zariadení cez stolové systémy až po plne priemyselné ultrazvukové jednotky schopné spracovať niekoľko ton za hodinu.
Extraktory Hielscher Ultrasonics možno používať na vsádzkovú aj kontinuálnu prietokovú extrakciu a možno ich kombinovať s akýmkoľvek rozpúšťadlom.
Na zostavenie ideálnej ultrazvukovej zostavy pre váš extrakčný proces je k dispozícii rozmanité príslušenstvo, ako sú sonotródy (sondy) rôznych veľkostí a tvarov, zosilňovacie nadstavce, prietokové cely rôznych objemov a geometrických tvarov, pripojiteľné snímače teploty a tlaku a mnohé ďalšie pomôcky.
Všetky naše digitálne modely sú vybavené inteligentným softvérom, ktorý umožňuje upravovať, monitorovať a nastavovať parametre extrakcie. Vďaka presnému riadeniu amplitúdy, času sonikácie a pracovných cyklov možno dosiahnuť optimálne výsledky procesu, ako sú mimoriadne vysoký výťažok a najvyššia kvalita extraktu. Automatický záznam údajov o procese sonikácie je základom štandardizácie procesu a reprodukovateľnosti / opakovateľnosti, ktoré sa vyžadujú v rámci správnej výrobnej praxe (GMP).
Priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200µm možno ľahko udržiavať nepretržite pri prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení:
| Objem vsádzky | Objemový prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zostava zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnej cez poloprevádzkovú až po priemyselnú mierku.
Literatúra / Referencie
- 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.
Užitočné informácie
Rastlinné extrakty
Rastlinné extrakty sú bioaktívne zlúčeniny izolované z rastlinného materiálu, ako sú byliny, kvety, listy, stonky, korene a ďalšie časti rastlín. Bioaktívne zlúčeniny, ako sú vitamíny, antioxidanty, polyfenoly, polysacharidy, kanabinoidy a ďalšie rastlinné molekuly, sa používajú ako funkčné potravinárske prísady, nutraceutiká, kozmeceutiká, liečivá, ako aj prírodné farbivá.