Ultrazvočna ekstrakcija in njeno načelo delovanja
Ultrazvočna ekstrakcija je najprimernejša tehnika za izolacijo bioaktivnih spojin iz rastlin. Sonication doseže popolno ekstrakcijo, s tem pa se v zelo kratkem času ekstrakcije dosežejo vrhunski izkoristki ekstrakta. Kot tako učinkovita metoda ekstrakcije je ultrazvočna ekstrakcija prihranek stroškov in časa, hkrati pa ima za posledico visokokakovostne izvlečke, ki se uporabljajo za hrano, dodatke in farmacevtske izdelke.
Ultrazvočna ekstrakcija
Ultrazvočna ekstrakcija se uporablja v živilski, prehranski in farmacevtski industriji za sproščanje bioaktivnih spojin, kot so vitamini, polifenoli, polisaharidi, kanabinoidi in druge fitokemikalije iz rastlin. Ekstrakcija z ultrazvokom temelji na principu delovanja akustične ali ultrazvočne kavitacije.
- Visoki donosi
- Vrhunska kakovost
- Izvlečki celotnega spektra
- Hiter postopek
- Združljiv z vsemi topili
- enostaven in varen za uporabo
- linearna razširljivost
- okolju prijazen
- Hitra donosnost naložbe
Ultrazvočna sonda UP400St za ekstrakcijo botaničnih spojin za proizvodnjo tinktur in botaničnih infuzij.
Kako deluje akustična kavitacija?
Ultrazvočna ekstrakcija se doseže, ko se visokofrekvenčni ultrazvočni valovi visoke moči povežejo v gnojevko, ki jo sestavlja botanični material v topilu. Ultrazvočni valovi visoke moči so povezani z ultrazvočnim procesorjem tipa sonde v gnojevko. Visoko energijski ultrazvočni valovi potujejo skozi tekočino in ustvarjajo izmenične visokotlačne? nizkotlačne cikle, kar ima za posledico pojav akustične kavitacije. Akustična ali ultrazvočna kavitacija lokalno vodi do ekstremnih temperatur, tlakov, hitrosti ogrevanja? hlajenja, razlik v tlaku in visokih strižnih sil v mediju. Ko kavitacijski mehurčki implodirajo na površini trdnih snovi (kot so delci, rastlinske celice, tkiva itd.), mikro-curki in interpartikularni trki ustvarjajo učinke, kot so luščenje površine, erozija, razgradnja delcev, sonoporacija (perforacija celičnih sten in celičnih membran) in motnje celic. Poleg tega implozija kavitacijskih mehurčkov v tekočih medijih ustvarja makroturbulence in mikro-mešanje. Ultrazvočno obsevanje predstavlja učinkovit način za izboljšanje procesov prenosa mase, saj ultrazvočno razbijanje povzroči kavitacijo in z njo povezane mehanizme, kot so mikros-gibanje s tekočimi curki, stiskanje in dekompresija v materialu s posledičnimi motnjami celičnih sten ter visoke stopnje ogrevanja in hlajenja.
Ultrazvočni aparati tipa sonde lahko ustvarijo zelo visoke amplitude, ki so potrebne za ustvarjanje vplivne kavitacije. Hielscher Ultrasonic proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne ekstraktorje, ki lahko zlahka ustvarijo amplitude 200 μm v neprekinjenem 24/7 delovanju. Za še višje amplitude Hielscher ponuja določene sonotrode (sonde) z visoko amplitudo.
Za intenziviranje kavitacije se uporabljajo ultrazvočni reaktorji in pretočne celice pod tlakom. Z naraščajočimi pritiski postanejo kavitacijske in kavitacijske strižne sile bolj uničujoče in s tem izboljšajo učinke ultrazvočne ekstrakcije.
Ultrazvočna ekstrakcija temelji na akustični kavitaciji in njenih hidrodinamičnih strižnih silah
Učinki ultrazvočne ekstrakcije
Ultrazvočna motnja celic in povečanje prenosa mase
Ultrazvok lahko pomaga pri procesih ekstrakcije tako z motnjami celic kot s povečanjem prenosa mase v mejni plasti, ki obdaja trdno matrico.
Sonoporacija, perforacija celičnih sten in membran, poveča prepustnost celičnih sten in membran in je pogosto vmesni korak, preden se celice popolnoma motijo s ultrazvočno razbijanjem.
Mehanski učinki ultrazvočne kavitacije, kot so razlike v toploti in tlaku, udarni valovi, strižne sile, tekoči curki in mikro tokovi, okrepijo prodiranje topila v notranjost celice in izboljšajo prenos mase med celico in topilom, tako da se medcelični materiali 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 (2 kW) s šaržnim reaktorjem z neprekinjenim mešanjem
Ultrazvočna ekstrakcijska oprema
Hielscher Ultrasonics procesorji so visoko zmogljivi sistemi za ekstrakcijo, ki so enostavni in varni za uporabo. V skladu z vašimi surovinami, procesnimi zmogljivostmi in ciljnim izhodom vam Hielscher ponuja najprimernejši ultrazvočni aparat. Naš portfelj izdelkov sega od kompaktnih, zmogljivih ročnih ultrazvočnih naprav preko namiznega sistema do popolnoma industrijskih ultrazvočnih enot, ki lahko obdelajo več ton na uro.
Hielscher ultrazvočni ekstraktorji se lahko uporabljajo za šaržno in kontinuirano inline ekstrakcijo in se lahko uporabljajo v kombinaciji s katerim koli topilom.
Na voljo so različni dodatki, kot so sonotrode (sonde) različnih velikosti in oblik, ojačevalni rogovi, pretočne celice z različnimi volumni in geometrijami, priključni senzorji temperature in tlaka ter številni drugi pripomočki za sestavljanje idealne ultrazvočne nastavitve za vaš postopek ekstrakcije.
Vsi naši digitalni modeli so opremljeni z inteligentno programsko opremo, ki vam omogoča prilagajanje, spremljanje in nastavitev parametrov ekstrakcije. Zaradi natančnega nadzora nad amplitudo, časom ultrazvočne obdelave in delovnimi cikli je mogoče doseči optimalne rezultate procesa, kot sta vrhunski donos in najvišja kakovost ekstrakta. Avtomatsko beleženje podatkov o postopku ultrazvočne obdelave je osnova za standardizacijo procesov in obnovljivost? ponovljivost, ki so potrebni za dobro proizvodno prakso (GMP).
Industrijski ultrazvočni procesorji Hielscher Ultrasonics lahko zagotovijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Robustnost Hielscher ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml? min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml? min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas!? Vprašajte nas!
Ultrazvočni homogenizatorji visoke moči iz laboratorij k Pilot in industrijska lestvica.
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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Botanični izvlečki
Botanični izvlečki so bioaktivne spojine, ki so izolirane iz rastlinskega materiala, kot so zelišča, cvetovi, listi, stebla, korenine in drugi deli rastlin. Bioaktivne spojine, kot so vitamini, antioksidanti, polifenoli, polisaharidi, kanabinoidi in druge rastlinske molekule, se uporabljajo kot funkcionalni aditivi za živila, nutracevtiki, kozmecevtiki, farmacevtski izdelki in naravna barvila.