Ултразвучна екстракција и њен принцип рада

Ултразвучна екстракција је пожељна техника за изоловање биоактивних једињења из биљних сировина. Соникацијом се постиже потпуна екстракција, чиме се добијају изузетни приноси екстракта за веома кратко време екстракције. Као тако ефикасна метода екстракције, ултразвучна екстракција штеди трошкове и време, а истовремено даје висококвалитетне екстракте који се користе за храну, додатке исхрани и фармацеутске производе.

Ултразвучна екстракција

Ултразвучна екстракција користи се у прехрамбеној индустрији, индустрији додатака исхрани и фармацеутској индустрији за ослобађање биоактивних једињења као што су витамини, полифеноли, полисахариди, канабиноиди и друга фитохемијска једињења из биљних сировина. Екстракција потпомогнута ултразвуком заснива се на принципу деловања акустичне или ултразвучне кавитације.

Како делује акустична кавитација?

Ултразвучна екстракција постиже се када се ултразвучни таласи велике снаге и ниске фреквенције уводе у суспензију која се састоји од биљног материјала у растварачу. Ултразвучни таласи велике снаге уводе се у суспензију помоћу ултразвучног процесора са сондом. Ултразвучни таласи високе енергије пролазе кроз течност, стварајући наизменичне циклусе високог / ниског притиска, што доводи до појаве акустичне кавитације. Акустична или ултразвучна кавитација локално доводи до екстремних температура, притисака, брзина загревања/хлађења, разлика у притиску и великих сила смицања у медијуму. Када кавитациони мехурићи имплодирају на површини чврстих материја (као што су честице, биљне ћелије, ткива итд.), микромлазеви и судари између честица изазивају ефекте као што су љуштење површине, ерозија, уситњавање честица, сонопорација (перфорација ћелијских зидова и ћелијских мембрана) и разарање ћелија. Поред тога, имплозија кавитационих мехурића у течним медијумима ствара макротурбуленције и микромешање. Ултразвучно озрачивање представља ефикасан начин за побољшање процеса преноса масе, јер соникација доводи до кавитације и са њом повезаних механизама, као што су микропомерања изазвана течним млазевима, компресија и декомпресија у материјалу са накнадним разарањем ћелијских зидова, као и велике брзине загревања и хлађења.
Ултразвучни уређаји са сондом могу да генеришу веома велике амплитуде, што је неопходно за стварање кавитације снажног дејства. Hielscher Ultrasonic производи ултразвучне екстракторе високих перформанси који лако могу да остваре амплитуде од 200µm при непрекидном раду 24/7. За још веће амплитуде, Hielscher нуди посебне сонотроде (сонде) за велике амплитуде.
Ултразвучни реактори и проточне ћелије који могу да раде под притиском користе се за појачавање кавитације. Са повећањем притиска, кавитација и кавитационе силе смицања постају разорније и тиме побољшавају ефекте ултразвучне екстракције.

Ултразвучна екстракција заснива се на акустичној кавитацији и њеним хидродинамичким силама смицања

Ефекти ултразвучне екстракције

Ултразвучно разарање ћелија и повећање преноса масе
Ултразвук може да потпомогне процесе екстракције како разарањем ћелија тако и побољшањем преноса масе у граничном слоју који окружује чврсту матрицу.
Сонопорација, односно перфорација ћелијских зидова и мембрана, повећава пропустљивост ћелијских зидова и мембрана и често представља међукорак пре потпуног разарања ћелија соникацијом.
Механички ефекти кавитације изазване ултразвуком, као што су температурне разлике и разлике у притиску, ударни таласи, силе смицања, течни млазеви и микрострујање, појачавају продирање растварача у унутрашњост ћелије и побољшавају пренос масе између ћелије и растварача, тако да се међућелијске материје преносе у растварач.

Ултразвучна екстракција из биљних ћелија: микроскопски попречни пресек (TS) приказује механизам деловања током ултразвучне екстракције из ћелија (увећање 2000x) [извор: Vilkhu et al. 2011]

Опрема за ултразвучну екстракцију

Процесори Hielscher Ultrasonics су системи за екстракцију високих перформанси, којима се једноставно и безбедно рукује. У складу са вашом сировином, капацитетом процеса и циљаним обимом производње, Hielscher вам нуди најпогоднији ултразвучни уређај. Наш асортиман производа обухвата компактне, снажне ручне ултразвучне уређаје, стоне системе и потпуно индустријске ултразвучне јединице које могу да обраде неколико тона на сат.
Екстрактори Hielscher Ultrasonics могу да се користе за шаржну и континуалну екстракцију у проточној линији и могу да се користе у комбинацији са било којим растварачем.
Различита додатна опрема, као што су сонотроде (сонде) различитих величина и облика, појачивачи амплитуде, проточне ћелије различитих запремина и геометрија, прикључни сензори температуре и притиска и многа друга помагала, доступна је за састављање идеалног ултразвучног система за ваш процес екстракције.
Сви наши дигитални модели опремљени су интелигентним софтвером који вам омогућава да подешавате, пратите и задајете параметре екстракције. Захваљујући прецизној контроли амплитуде, времена соникације и радних циклуса, могу се постићи оптимални резултати процеса, као што су изузетан принос и највиши квалитет екстракта. Аутоматско бележење података о процесу соникације представља основу за стандардизацију процеса и репродуктивност / поновљивост, које су потребне за добру произвођачку праксу (GMP).

Индустријски ултразвучни процесори Hielscher Ultrasonics могу да остваре веома велике амплитуде. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати при непрекидном раду 24/7. За још веће амплитуде доступне су ултразвучне сонотроде израђене по мери. Робусност ултразвучне опреме Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: