Ultraljudsextraktion och dess funktionsprincip

Ultraljudsextraktion är den föredragna tekniken för att isolera bioaktiva föreningar från växtmaterial. Ultraljudsbehandling ger fullständig extraktion och därmed överlägsna extraktutbyten på mycket kort extraktionstid. Eftersom ultraljudsextraktion är en så effektiv extraktionsmetod sparar den både kostnader och tid och ger samtidigt extrakt av hög kvalitet som används i livsmedel, kosttillskott och läkemedel.

Ultraljudsextraktion

Ultraljudsextraktion används inom livsmedels-, kosttillskotts- och läkemedelsindustrin för att frigöra bioaktiva föreningar som vitaminer, polyfenoler, polysackarider, cannabinoider och andra fytokemikalier från växtmaterial. Ultraljudsassisterad extraktion bygger på funktionsprincipen för akustisk kavitation eller ultraljudskavitation.

Hur fungerar akustisk kavitation?

Ultraljudsextraktion sker när lågfrekventa ultraljudsvågor med hög effekt kopplas in i en suspension bestående av växtmaterial i ett lösningsmedel. Ultraljudsvågor med hög effekt kopplas in i suspensionen via en ultraljudsprocessor med sond. Mycket energirika ultraljudsvågor färdas genom vätskan och skapar omväxlande högtrycks- / lågtryckscykler, vilket resulterar i fenomenet akustisk kavitation. Akustisk kavitation eller ultraljudskavitation leder lokalt till extrema temperaturer, tryck, uppvärmnings-/kylningshastigheter, tryckskillnader och höga skjuvkrafter i mediet. När kavitationsbubblor imploderar på ytan av fasta ämnen (som partiklar, växtceller, vävnader osv.) ger mikrostrålar och kollisioner mellan partiklar upphov till effekter som avskalning av ytor, erosion, partikelsönderdelning, sonoporation (perforering av cellväggar och cellmembran) och cellsönderdelning. Dessutom skapar implosionen av kavitationsbubblor i flytande medier makroturbulens och mikroblandning. Ultraljudsbestrålning är ett effektivt sätt att förbättra massöverföringsprocesser, eftersom ultraljudsbehandling ger upphov till kavitation och tillhörande mekanismer som mikrorörelser orsakade av vätskestrålar, kompression och dekompression i materialet med efterföljande sönderdelning av cellväggar samt höga uppvärmnings- och kylningshastigheter.
Ultraljudsapparater med sond kan generera mycket höga amplituder, vilket krävs för att skapa kraftfull kavitation. Hielscher Ultrasonic tillverkar högpresterande ultraljudsextraktorer som enkelt kan skapa amplituder på 200µm vid kontinuerlig drift dygnet runt, alla veckans dagar. För ännu högre amplituder erbjuder Hielscher särskilda sonotroder (sonder) för höga amplituder.
Trycksättningsbara ultraljudsreaktorer och flödesceller används för att intensifiera kavitationen. Med ökande tryck blir kavitationen och de skjuvkrafter den skapar mer destruktiva och förbättrar därmed ultraljudsextraktionens effekter.

Ultraljudsextraktion bygger på akustisk kavitation och dess hydrodynamiska skjuvkrafter

Effekter av ultraljudsextraktion

Cellsönderdelning med ultraljud och ökad massöverföring
Ultraljud kan underlätta extraktionsprocesser både genom cellsönderdelning och genom att förbättra massöverföringen i gränsskiktet som omger den fasta matrisen.
Sonoporation, perforering av cellväggar och membran, ökar cellväggarnas och membranens genomsläpplighet och är ofta ett mellansteg innan cellerna sönderdelas fullständigt genom ultraljudsbehandling.
De mekaniska effekterna av ultraljudsinducerad kavitation, som värme- och tryckskillnader, stötvågor, skjuvkrafter, vätskestrålar och mikroströmning, intensifierar lösningsmedlets inträngning i cellens inre och förbättrar massöverföringen mellan cell och lösningsmedel så att de intercellulära materialen överförs till lösningsmedlet.

Ultraljudsextraktion från växtceller: det mikroskopiska tvärsnittet (TS) visar verkningsmekanismen vid ultraljudsextraktion från celler (förstoring 2000x) [källa: Vilkhu et al. 2011]

Utrustning för ultraljudsextraktion

Hielscher Ultrasonics processorer är högpresterande extraktionssystem som är enkla och säkra att använda. Utifrån din råvara, processkapacitet och ditt produktionsmål erbjuder Hielscher den ultraljudsapparat som är mest lämplig för dig. Vårt produktsortiment sträcker sig från kompakta, kraftfulla handhållna ultraljudsapparater via bänksystem till fullt industriella ultraljudsenheter som kan bearbeta flera ton per timme.
Hielscher Ultrasonics extraktorer kan användas för satsvis och kontinuerlig inline-extraktion och kan användas i kombination med alla lösningsmedel.
Olika tillbehör som sonotroder (sonder) i olika storlekar och former, amplitudförstärkare, flödesceller med olika volymer och geometrier, anslutningsbara temperatur- och tryckgivare och många andra tillbehör finns tillgängliga för att sätta samman den idealiska ultraljudsutrustningen för din extraktionsprocess.
Alla våra digitala modeller är utrustade med intelligent programvara som låter dig justera, övervaka och ställa in extraktionsparametrar. Tack vare den precisa kontrollen över amplitud, ultraljudsbehandlingstid och arbetscykler kan optimala processresultat som överlägset utbyte och högsta extraktkvalitet uppnås. Den automatiska dataregistreringen av ultraljudsprocessen utgör grunden för processtandardisering och reproducerbarhet / repeterbarhet, vilket krävs för god tillverkningssed (GMP).

Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, alla veckans dagar. För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder. Hielschers ultraljudsutrustning är så robust att den möjliggör drift dygnet runt, alla veckans dagar, vid hög belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: