Ultraljudsextraktion och dess arbetsprincip

Ultraljud extraktion är den föredragna tekniken för att isolera bioaktiva föreningar från växter. Ultraljudsbehandling uppnår en fullständig extraktion och därmed överlägsen extrakt utbyten erhålls i en mycket kort extraktionstid. Att vara en sådan effektiv extraktionsmetod är ultraljud extraktion kostnads- och tidsbesparande, samtidigt som det resulterar i högkvalitativa extrakt, som används för livsmedel, kosttillskott och läkemedel.

Ultraljud extraktion

Ultraljudsextraktion används inom livsmedels-, näringstillskotts- och läkemedelsindustrin för att frigöra bioaktiva föreningar som vitaminer, polyfenoler, polysackarider, cannabinoider och andra fytokemikalier från växter. Den ultraljudsassisterade extraktionen är baserad på arbetsprincipen för akustisk eller ultraljudskavitation.

Hur fungerar akustisk kavitation?

Ultraljudsextraktion uppnås när ultraljudsvågor med hög effekt och låg frekvens kopplas samman till en slurry bestående av botaniskt material i ett lösningsmedel. Ultraljudsvågor med hög effekt kopplas via en ultraljudsprocessor av sondtyp in i uppslamningen. Högenergetiska ultraljudsvågor färdas genom vätskan och skapar omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler, vilket resulterar i fenomenet akustisk kavitation. Akustisk kavitation eller ultraljudskavitation leder lokalt till extrema temperaturer, tryck, uppvärmnings-/kylhastigheter, tryckskillnader och höga skjuvkrafter i mediet. När kavitationsbubblor imploderar på ytan av fasta ämnen (t.ex. partiklar, växtceller, vävnader etc.), genererar mikrostrålar och interpartiklulära kollisioner effekter som ytflagning, erosion, partikelnedbrytning, sonoporation (perforering av cellväggar och cellmembran) och cellstörningar. Dessutom skapar implosionen av kavitationsbubblor i flytande medier makroturbulens och mikroblandning. Ultraljudsbestrålning representerar ett effektivt sätt att förbättra massöverföringsprocesser, eftersom ultraljudsbehandling resulterar i kavitation och dess relaterade mekanismer såsom mikros-rörelse av flytande strålar, kompression och dekompression i materialet med påföljande störning av cellväggar, samt höga uppvärmnings- och kylningshastigheter.
Sond-typ ultraljudsapparater kan generera mycket höga amplituder, vilket är nödvändigt för att generera effektfull kavitation. Hielscher Ultrasonic tillverkar högpresterande ultraljudsutdrag, som enkelt kan skapa amplituder på 200 μm i kontinuerlig 24/7 drift. För ännu högre amplituder erbjuder Hielscher specificerade sonotroder (sonder) med hög amplitud.
Trycksättningsbara ultraljudsreaktorer och flödesceller används för att intensifiera kavitationen. Med ökande tryck blir kavitation och kavitationsskjuvkrafter mer destruktiva och förbättrar därmed ultraljudsextraktionseffekterna.

Ultraljudsextraktion är baserad på akustisk kavitation och dess hydrodynamiska skjuvkrafter

Effekter av ultraljud extraktion

Ultraljud cellstörning och ökning av massöverföring
Ultraljud kan hjälpa extraktionsprocesser både genom cellstörning och genom att förbättra massöverföringen i gränsskiktet som omger den fasta matrisen.
Sonoporation, perforering av cellväggar och membran, förbättrar permeabiliteten hos cellväggarna och membranen och är ofta ett mellansteg innan cellerna störs helt av ultraljudsbehandling.
De mekaniska effekterna av ultraljudsinducerad kavitation, såsom värme- och tryckskillnader, stötvågor, skjuvkrafter, vätskestrålar och mikroströmning, intensifierar penetrationen av lösningsmedlet i cellens inre och förbättrar massöverföringen mellan cell och lösningsmedel så att de intercellulära materialen överförs till lösningsmedlet.

Ultraljudsextraktion från växtceller: den mikroskopiska tvärsnittet (TS) visar verkningsmekanismen under ultraljudsextraktion från celler (förstoring 2000x) [resurs: Vilkhu et al. 2011]

Utrustning för extraktion med ultraljud

Hielscher Ultrasonics-processorer är högpresterande extraktionssystem, som är enkla och säkra att använda. I enlighet med ditt råmaterial, processkapacitet och produktionsmål, erbjuder Hielscher dig den mest lämpliga ultraljudsapparaten. Vår produktportfölj sträcker sig från kompakta, kraftfulla handhållna ultraljudsapparater över bänksystem till fullt industriella ultraljudsenheter som kan bearbeta flera ton per timme.
Hielscher Ultrasonics extraktorer kan användas för batch och kontinuerlig inline extraktion och kan användas i kombination med vilket lösningsmedel som helst.
Olika tillbehör som sonotroder (sonder) i olika storlekar och former, boosterhorn, flödesceller med olika volymer och geometrier, pluggbara temperatur- och trycksensorer och många andra prylar finns tillgängliga för att montera den perfekta ultraljudsinställningen för din extraktionsprocess.
Alla våra digitala modeller är utrustade med intelligent programvara som gör att du kan justera, övervaka och ställa in extraktionsparametrar. På grund av den exakta kontrollen över amplitud, ultraljudsbehandling tid och arbetscykler, kan optimala processresultat såsom överlägsen avkastning och högsta extraktkvalitet uppnås. Den automatiska dataregistreringen av ultraljudsbehandlingsprocessen är grunden för processstandardisering och reproducerbarhet / repeterbarhet, som krävs för Good Manufacturing Practices (GMP).

Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: