Ultrazvočna ekstrakcija in njeno načelo delovanja
Ultrazvočna ekstrakcija je prednostna tehnika za izolacijo bioaktivnih spojin iz rastlinskih surovin. Sonikacija omogoča popolno ekstrakcijo, s čimer se v zelo kratkem času ekstrakcije dosežejo izjemni izkoristki ekstraktov. Ultrazvočna ekstrakcija kot tako učinkovita metoda ekstrakcije prihrani stroške in čas ter omogoča pridobivanje visokokakovostnih ekstraktov, ki se uporabljajo v živilih, prehranskih dopolnilih in farmacevtskih izdelkih.
Ultrazvočna ekstrakcija
Ultrazvočna ekstrakcija se uporablja v živilski industriji, industriji prehranskih dopolnil in farmacevtski industriji za sproščanje bioaktivnih spojin, kot so vitamini, polifenoli, polisaharidi, kanabinoidi in druge fitokemikalije, iz rastlinskih surovin. Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka temelji na načelu delovanja akustične oziroma ultrazvočne kavitacije.
- Visoki izkoristki
- Vrhunska kakovost
- Ekstrakti s polnim spektrom
- Hiter postopek
- Združljivost s katerim koli topilom
- Enostavna in varna uporaba
- Linearno povečevanje obsega
- Okolju prijazno
- Hitra povrnitev naložbe
Ultrazvočna sonda UP400St za ekstrakcijo rastlinskih spojin za proizvodnjo tinktur in rastlinskih poparkov.
Kako deluje akustična kavitacija?
Ultrazvočna ekstrakcija poteka, ko se visokozmogljivi nizkofrekvenčni ultrazvočni valovi sklopijo v suspenzijo rastlinskega materiala v topilu. Visokozmogljivi ultrazvočni valovi se prek ultrazvočnega procesorja s sondo sklopijo v suspenzijo. Visokoenergijski ultrazvočni valovi potujejo skozi tekočino in ustvarjajo izmenjujoče se cikle visokega / nizkega tlaka, kar povzroči pojav akustične kavitacije. Akustična oziroma ultrazvočna kavitacija lokalno povzroča ekstremne temperature, tlake, hitrosti segrevanja/ohlajanja, razlike v tlaku in velike strižne sile v mediju. Ko kavitacijski mehurčki implodirajo na površini trdnih snovi (kot so delci, rastlinske celice, tkiva itd.), mikroc urki in trki med delci povzročajo učinke, kot so luščenje površine, erozija, razpad delcev, sonoporacija (preluknjanje celičnih sten in celičnih membran) ter razgradnja celic. Poleg tega implozija kavitacijskih mehurčkov v tekočih medijih ustvarja makroturbulenco in mikromešanje. Ultrazvočno obsevanje je učinkovit način za izboljšanje procesov prenosa snovi, saj sonikacija povzroča kavitacijo in z njo povezane mehanizme, kot so mikropremiki zaradi curkov tekočine, stiskanje in raztezanje materiala s posledično razgradnjo celičnih sten ter visoke hitrosti segrevanja in ohlajanja.
Ultrazvočne naprave s sondo lahko ustvarijo zelo visoke amplitude, ki so potrebne za ustvarjanje kavitacije z močnim učinkom. Hielscher Ultrasonic izdeluje visokozmogljive ultrazvočne ekstraktorje, ki lahko brez težav ustvarjajo amplitude 200µm pri neprekinjenem delovanju 24/7. Za še višje amplitude Hielscher ponuja posebne sonotrode (sonde) z visoko amplitudo.
Za intenziviranje kavitacije se uporabljajo ultrazvočni reaktorji in pretočne celice, ki omogočajo delovanje pod tlakom. Z naraščanjem tlaka postajajo kavitacija in kavitacijske strižne sile bolj uničujoče ter s tem izboljšujejo učinke ultrazvočne ekstrakcije.
Ultrazvočna ekstrakcija temelji na akustični kavitaciji in njenih hidrodinamičnih strižnih silah
Učinki ultrazvočne ekstrakcije
Ultrazvočna razgradnja celic in povečanje prenosa snovi
Ultrazvok lahko pomaga pri ekstrakcijskih procesih tako z razgradnjo celic kot s povečanjem prenosa snovi v mejni plasti, ki obdaja trdno matrico.
Sonoporacija, preluknjanje celičnih sten in membran, poveča prepustnost celičnih sten in membran ter je pogosto vmesni korak, preden se celice s sonikacijo popolnoma razgradijo.
Mehanski učinki kavitacije, ki jo povzroči ultrazvok, kot so razlike v temperaturi in tlaku, udarni valovi, strižne sile, curki tekočine in mikrostrujanje, okrepijo prodiranje topila v notranjost celice in izboljšajo prenos snovi med celico in topilom, tako da se medcelične snovi prenesejo v topilo.
Ultrazvočna ekstrakcija iz rastlinskih celic: mikroskopski prečni prerez (TS) prikazuje mehanizem delovanja med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x) [vir: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvočni homogenizator UIP2000hdT (2kW) s šaržnim reaktorjem z neprekinjenim mešanjem
Oprema za ultrazvočno ekstrakcijo
Procesorji Hielscher Ultrasonics so visokozmogljivi ekstrakcijski sistemi, ki so enostavni in varni za uporabo. Hielscher vam glede na vašo surovino, procesne zmogljivosti in ciljni rezultat ponuja najprimernejšo ultrazvočno napravo. Naš nabor izdelkov sega od kompaktnih, zmogljivih ročnih ultrazvočnih naprav prek namiznih sistemov do povsem industrijskih ultrazvočnih enot, ki lahko obdelajo več ton na uro.
Ekstraktorji Hielscher Ultrasonics se lahko uporabljajo za šaržno in neprekinjeno ekstrakcijo v pretočnem sistemu ter v kombinaciji s katerim koli topilom.
Za sestavo idealnega ultrazvočnega sistema za vaš ekstrakcijski proces je na voljo različna dodatna oprema, kot so sonotrode (sonde) različnih velikosti in oblik, ojačevalniki amplitude, pretočne celice različnih prostornin in geometrij, priključni senzorji temperature in tlaka ter številni drugi pripomočki.
Vsi naši digitalni modeli so opremljeni z inteligentno programsko opremo, ki vam omogoča prilagajanje, spremljanje in nastavljanje ekstrakcijskih parametrov. Zaradi natančnega nadzora amplitude, časa sonikacije in delovnih ciklov je mogoče doseči optimalne rezultate procesa, kot sta izjemen izkoristek in najvišja kakovost ekstrakta. Samodejno beleženje podatkov o procesu sonikacije je osnova za standardizacijo procesa in obnovljivost / ponovljivost, ki ju zahteva dobra proizvodna praksa (GMP).
Industrijski ultrazvočni procesorji Hielscher Ultrasonics lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200µm je mogoče brez težav vzdrževati pri neprekinjenem delovanju 24/7. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Robustnost ultrazvočne opreme Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Visokozmogljivi ultrazvočni homogenizatorji od laboratorijskega do pilotnega in industrijskega merila.
Literatura / Reference
- 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.
Koristna dejstva
Rastlinski ekstrakti
Rastlinski ekstrakti so bioaktivne spojine, izolirane iz rastlinskega materiala, kot so zelišča, cvetovi, listi, stebla, korenine in drugi rastlinski deli. Bioaktivne spojine, kot so vitamini, antioksidanti, polifenoli, polisaharidi, kanabinoidi in druge rastlinske molekule, se uporabljajo kot funkcionalni dodatki živilom, nutracevtiki, kozmecevtiki, farmacevtski izdelki in naravna barvila.