การสกัดด้วยน้ำที่มีประสิทธิภาพสูงโดยใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูง

การสกัดสารประกอบจากพืชด้วยน้ำ (เช่น การสกัดด้วยน้ำเย็นหรือน้ำร้อน การสกัดด้วยน้ำภายใต้ความดัน และการสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤต) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ด้วยการใช้อัลตราซาวนด์ การสกัดด้วยน้ำโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยไม่เพียงให้ผลผลิตสูงขึ้นและลดเวลาในการแปรรูป แต่ยังใช้พลังงานน้อยลง ใช้สภาวะการสกัดที่อ่อนโยนกว่า และให้สารสกัดคุณภาพสูงเมื่อเทียบกับเทคนิคการสกัดแบบดั้งเดิม การสกัดด้วยน้ำโดยใช้อัลตราซาวนด์ประสบความสำเร็จในการสกัดสารประกอบจากพืชจำนวนมาก รวมถึงแอลคาลอยด์ ฟลาโวนอยด์ ไกลโคไซด์ สารประกอบฟีนอลิก และพอลิแซ็กคาไรด์

การสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพด้วยน้ำโดยใช้อัลตราซาวนด์

น้ำเป็นตัวทำละลายที่มีขั้วมากที่สุด จึงเป็นตัวทำละลายที่ดีเยี่ยมสำหรับสารประกอบมีขั้ว ด้วยคุณสมบัติที่ไม่เป็นพิษและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม น้ำจึงน่าจะเป็นตัวทำละลายที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสารสกัดจากพืชทุกชนิด อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบที่มีขั้วน้อยและไม่มีขั้วละลายในน้ำได้ไม่ดีหรือไม่ละลายเลย นอกจากนี้ หากไม่มีการส่งเสริมการถ่ายเทมวล กระบวนการสกัดด้วยน้ำจะช้ามากจนไม่คุ้มค่าในเชิงเศรษฐกิจ อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงและความถี่ต่ำเป็นเทคนิคการสกัดที่มีประสิทธิภาพสูงมาก ซึ่งทำให้เกิดการผสมและการถ่ายเทมวลอย่างเข้มข้น ดังนั้น การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์จึงเป็นที่ทราบกันดีว่ามีข้อได้เปรียบอย่างมีนัยสำคัญเหนือวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม ข้อได้เปรียบเหล่านี้ได้แก่ ผลผลิตที่สูงขึ้น การแปรรูปที่รวดเร็ว การหมุนเวียนการผลิตแต่ละรุ่นอย่างรวดเร็ว รวมถึงการสกัดแบบต่อเนื่องในสายการผลิต การใช้ตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สภาวะการสกัดที่อ่อนโยนซึ่งช่วยรักษาสารประกอบในสารสกัด ความปลอดภัยในการใช้งาน และการขยายขนาดได้ง่ายเพื่อรองรับปริมาณการแปรรูปสูงในการผลิตเชิงพาณิชย์ (ดู Zabot et al., 2021)

การปรับปรุงการสกัดด้วยน้ำร้อนโดยใช้อัลตราซาวนด์

พารามิเตอร์ที่กำหนดการสกัดสารจากพืชระหว่างการสกัดด้วยน้ำ ได้แก่ อุณหภูมิ เวลา ความดัน และพื้นที่ผิวของวัสดุพืช สามารถเตรียมสารสกัดด้วยน้ำร้อนได้ในระยะเวลาค่อนข้างสั้นเนื่องจากน้ำมีอุณหภูมิสูง
วิธีแก้ไข: ผลผลิตและอัตราการสกัดสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้การกวนด้วยอัลตราซาวนด์ น้ำร้อนเพียงอย่างเดียวมีความสามารถในการทำลายโครงสร้างเซลล์จำกัดเท่านั้น และอุณหภูมิสูงมักทำให้สารประกอบที่ไม่เสถียรต่อความร้อนเสียหายหรือถูกทำลาย ส่งผลให้คุณภาพของสารสกัดลดลง เมื่อผสานการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์กับการสกัดด้วยน้ำร้อน จะสามารถลดอุณหภูมิลงได้อย่างมาก (เช่น จาก 100°C เป็น 50°C) ซึ่งป้องกันการเสื่อมสลายจากความร้อนขององค์ประกอบจากพืชที่สกัดได้ เพิ่มผลผลิตรวม และประหยัดพลังงาน คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์เป็นหลักการที่อยู่เบื้องหลังปรากฏการณ์การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ (หรือคาวิเทชันทางเสียง) เป็นแรงเชิงกลล้วน ๆ ซึ่งทำลายผนังเซลล์ ปลดปล่อยสารประกอบเป้าหมาย และปรับปรุงการถ่ายเทมวลระหว่างภายในเซลล์กับน้ำ (ตัวทำละลาย) ดังนั้น การสกัดด้วยน้ำโดยใช้อัลตราซาวนด์จึงให้ผลการสกัดที่ดีเยี่ยม

การปรับปรุงการสกัดด้วยน้ำเย็นโดยใช้อัลตราซาวนด์

การสกัดด้วยน้ำเย็น (การแช่สกัดด้วยน้ำเย็น) มีประสิทธิภาพต่ำกว่ามาก เนื่องจากหลีกเลี่ยงการใช้น้ำร้อน น้ำเย็นหรือน้ำที่อุณหภูมิห้องสกัดสารประกอบจากพืชได้ไม่ดีนัก เนื่องจากน้ำเย็นซึมเข้าสู่วัสดุพืชช้ามาก และการถ่ายเทมวลแทบไม่มีนัยสำคัญ ข้อดีของการสกัดด้วยน้ำเย็นคือการหลีกเลี่ยงการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ จึงป้องกันการเสื่อมสลายจากความร้อนของสารประกอบที่ไวต่อความร้อน อย่างไรก็ตาม พลวัตการสกัดที่ต่ำมากทำให้การสกัดด้วยน้ำเย็นแบบดั้งเดิมไม่สามารถนำไปใช้ได้จริงในการผลิตเชิงพาณิชย์ ด้วยเหตุนี้ การแช่สกัดด้วยน้ำเย็นจึงใช้เกือบเฉพาะในขั้นการทดลอง เนื่องจากความช้าและความไม่มีประสิทธิภาพ
วิธีแก้ไข: เมื่อนำอัลตราซาวนด์มาใช้ในการสกัดด้วยน้ำเย็น จะสามารถเอาชนะความช้าและความไม่มีประสิทธิภาพของการแช่น้ำเย็นได้อย่างง่ายดาย การสกัดด้วยน้ำเย็นที่เพิ่มความเข้มข้นด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยคงอุณหภูมิการสกัดให้เย็น ขณะเดียวกันก็ส่งแรงเฉือนที่เข้มข้นเข้าสู่ตัวกลางของแข็ง–ของเหลว กลไกการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ทำให้ผนังเซลล์เปิดออกและสารประกอบจากพืชถูกปลดปล่อยสู่น้ำอย่างรวดเร็ว การสกัดและการแช่สกัดด้วยน้ำเย็นโดยใช้อัลตราซาวนด์เปลี่ยนการแช่เย็นให้เป็นกระบวนการที่มีประสิทธิผลสูง ให้ผลผลิตสูงและสารสกัดคุณภาพสูงภายในเวลาสกัดสั้น

การสกัดด้วยน้ำภายใต้ความดันร่วมกับอัลตราซาวนด์

การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์มีลักษณะเด่นคือการผสมระดับจุลภาค ซึ่งการสั่นสะเทือนช่วยส่งเสริมให้ตัวทำละลายแพร่เข้าสู่อนุภาคและจากภายในอนุภาคสู่พื้นผิวได้มากขึ้น ทำให้การถ่ายเทมวลเข้มข้นขึ้น นอกจากนี้ การใช้อัลตราซาวนด์ยังลดขนาดอนุภาคของวัสดุเซลล์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิผลของการสกัดด้วยของเหลวภายใต้ความดันโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย อนุภาคขนาดเล็กประมาณ 0.68 mm ให้ผลผลิตสูงกว่าอนุภาคขนาดใหญ่ (ประมาณ 1.05 mm) เนื่องจากพื้นที่ผิวที่มากกว่าช่วยเพิ่มการถ่ายเทมวลได้อย่างมีนัยสำคัญ จึงเพิ่มผลผลิตจากการสกัด (ดู Zabot et al., 2021)

การสกัดด้วยน้ำเย็นภายใต้ความดันอย่างมีประสิทธิผลด้วยอัลตราซาวนด์กำลังสูง

ภายใต้ความดันสูง น้ำเย็นสามารถแทรกซึมเข้าสู่เนื้อเยื่อพืชได้ง่ายขึ้น และสารพฤกษเคมีที่ละลายน้ำจะละลายโดยไม่เกิดการสลายตัวจากความร้อน วิธีการสกัดด้วยน้ำเย็นภายใต้ความดันสูงสามารถผสานกับอัลตราซาวนด์เพื่อปรับปรุงการแยกองค์ประกอบจากพืชทั้งที่มีขั้วและไม่มีขั้ว น้ำเป็นตัวทำละลายที่ไม่เป็นพิษ ราคาถูก และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนตัวทำละลายอินทรีย์ โดยเฉพาะในการผลิตอาหาร ผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษา และผลิตภัณฑ์เสริมอาหารจากพืช
สำหรับการสกัดด้วยน้ำเย็นภายใต้ความดันที่เพิ่มความเข้มข้นด้วยอัลตราซาวนด์ จะติดตั้งโพรบอัลตราซาวนด์ (โซโนโทรด) ไว้ในถังสกัดหรือเซลล์การไหล โดยปกติถังหรือเซลล์การไหลจะเพิ่มความดันให้อยู่ระหว่าง 5 และ 100 barg ขึ้นอยู่กับสารประกอบเป้าหมายที่ต้องการสกัด Hielscher Ultrasonics ยังจัดหาเครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์และเซลล์การไหลระดับอุตสาหกรรมที่ปรับแต่งตามความต้องการ ซึ่งสามารถเพิ่มความดันได้สูงถึง 300barg ทำให้สามารถกำหนดความดันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการสกัดของคุณได้
 

การปรับปรุงการสกัดด้วยน้ำภาวะเหนือวิกฤตโดยใช้อัลตราซาวนด์

การสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤตที่เสริมประสิทธิภาพด้วยอัลตราซาวนด์เป็นอีกเทคนิคหนึ่งที่ให้ผลเสริมฤทธิ์ โดยอัลตราซาวนด์กำลังสูงช่วยปรับปรุงการถ่ายเทมวลระหว่างของแข็งและของเหลว การสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤต (SWE) – หรือที่เรียกว่าการสกัดด้วยน้ำร้อนภายใต้ความดันหรือการสกัดด้วยน้ำร้อนยวดยิ่ง – เป็นเทคนิคที่ใช้ไม่แพร่หลายนักสำหรับการสกัดสารประกอบจากพืชที่มีขั้วต่ำกว่า ในการสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤต จะใช้น้ำในภาวะเหนือวิกฤตเป็นตัวทำละลาย
น้ำภาวะกึ่งวิกฤตคืออะไร และเหตุใดจึงเป็นตัวทำละลายที่ดีสำหรับการสกัดสารประกอบจากพืชที่มีขั้วน้อย? “น้ำมีสมบัติทางอุณหพลศาสตร์หลายประการที่ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากอุณหภูมิและความดัน สถานะทางกายภาพ (ของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส) พฤติกรรมทางความร้อน ความหนาแน่น หรือความหนืดของน้ำสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามสภาวะ เมื่อเพิ่มอุณหภูมิและความดันให้สูงกว่าจุดที่เรียกว่าจุดวิกฤต (กำหนดที่ 221 bar และ 374 °C) น้ำจะสามารถเข้าสู่ภาวะเหนือวิกฤตได้ ในสภาวะกึ่งวิกฤต ซึ่งมีอุณหภูมิระหว่าง 100°C และอุณหภูมิวิกฤต (374°C) และความดันระหว่าง 1 bar และความดันวิกฤต (221 bar) เพื่อหลีกเลี่ยงการกลายเป็นไอ ความมีขั้วของน้ำจะลดลง ทำให้น้ำเป็นตัวทำละลายที่ดีขึ้นสำหรับการสกัดสารประกอบอินทรีย์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพหลากหลายชนิด” (Li and Chemat, 2019)
เมื่อผสานอัลตราซาวนด์กับการสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤต จะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการสกัดได้โดยเพิ่มผลผลิตของสารสกัดและลดเวลาสกัด เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุด ความดันในเครื่องปฏิกรณ์แบบรุ่นผลิตที่ปิดและอยู่ภายใต้ความดัน หรือเครื่องปฏิกรณ์แบบเซลล์การไหล ควรสูงอย่างน้อยสองเท่าของความดันไอของน้ำ (คุณสามารถดูตารางความดันไอของน้ำได้ที่ท้ายหน้านี้)
Huang et al. (2010) ศึกษาผลการสกัดของอัลตราซาวนด์ความถี่ต่ำและกำลังสูงร่วมกับการสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤต โดยเชื่อมต่อโพรบอัลตราซาวนด์เข้ากับหม้อต้มของอุปกรณ์สกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤตเพื่อสกัดน้ำมันระเหยง่ายจาก Lithospermum erythrorhizon ผลการศึกษาพบว่าผลการเสริมประสิทธิภาพด้วยอัลตราซาวนด์ที่ 20 KHz ดีกว่าที่ 36 KHz และเพิ่มขึ้นตามกำลังขาออก (จาก 0 ถึง 250 W) ผลผลิตจากการสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤตเพิ่มขึ้นจาก 1.87% เป็น 2.39% ด้วยการสั่นของอัลตราซาวนด์ (250 W, 20 KHz) ที่อุณหภูมิ 160°C และความดัน 5 MPa ในระหว่างกระบวนการสกัด 25 นาที การใช้อัลตราซาวนด์สามารถปรับปรุงได้ทั้งผลผลิตจากการสกัดและอัตราการสกัด จึงช่วยประหยัดเวลา
การสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤตโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยสามารถดำเนินการที่ความดันต่ำกว่า (เช่น 5barg) การสกัดด้วยน้ำภาวะกึ่งวิกฤตแบบดั้งเดิม (เช่น 10MPa) ซึ่งช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานและทำให้กระบวนการสกัดปลอดภัยยิ่งขึ้น

ข้อดีของการสกัดสารจากพืชด้วยอัลตราซาวนด์

ทั้งงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่า การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยเป็นเทคนิคที่เชื่อถือได้และใช้งานง่าย ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีพื้นฐานทางเทคนิคหรือผ่านการฝึกอบรมอย่างเข้มข้น ประสิทธิภาพการสกัดที่สูงมาก ผลผลิตสูง ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ รวมถึงต้นทุนการลงทุนต่ำ (โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับเทคนิคอื่น เช่น เครื่องสกัดด้วย CO₂ ) และค่าใช้จ่ายด้านพลังงานต่ำ เป็นข้อดีหลักของเครื่องสกัดอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบ
ประโยชน์เพิ่มเติมที่ทำให้เทคโนโลยีการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่ได้รับความนิยม ได้แก่ สารสกัดคุณภาพสูงจากการใช้อุณหภูมิสกัดต่ำ ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ (ความสามารถในการทำซ้ำ / ความสามารถในการให้ผลซ้ำ) การขยายขนาดแบบเชิงเส้นอย่างสมบูรณ์ไปสู่การผลิตทุกระดับ และความต้องการบำรุงรักษาต่ำ
„ข้อดีอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบ ได้แก่ การจัดการสารสกัดที่ง่าย การดำเนินการที่รวดเร็ว ไม่มีสารตกค้าง ผลผลิตสูง เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม คุณภาพที่ดีขึ้น และการป้องกันการเสื่อมสลายของสารสกัด”
(ดู Chemat and Khan, 2011)

ชุดอุปกรณ์สกัดสำหรับแยกสารจากพืช: เครื่องอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบ UP400St, เครื่องกรองสุญญากาศ Büchi และเครื่องระเหยแบบหมุนสำหรับการสกัดสารพฤกษเคมี

เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการสกัดด้วยน้ำ

เครื่องสกัดของ Hielscher Ultrasonics เป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลายในวงการสกัดสารจากพืช ไม่ว่าจะใช้ตัวทำละลายชนิดใด ผู้ผลิตสารสกัด – ทั้งผู้ผลิตรายเล็กที่ผลิตสารสกัดเฉพาะสำหรับตลาดเฉพาะกลุ่ม และผู้ผลิตปริมาณมากในขนาดใหญ่ – สามารถค้นหาอุปกรณ์สกัดด้วยอัลตราซาวนด์ที่เหมาะอย่างยิ่งกับข้อกำหนดการผลิตของตนจากกลุ่มอุปกรณ์ที่หลากหลายของ Hielscher ชุดระบบกระบวนการทั้งแบบรุ่นผลิตและแบบต่อเนื่องในสายการผลิตมีพร้อมจำหน่ายและสามารถจัดส่งจากสต็อกได้ การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เหมาะกับตัวทำละลายทุกชนิด จึงนำไปใช้สกัดวัสดุพืชทุกชนิดได้อย่างยืดหยุ่น การใช้น้ำเป็นตัวทำละลายช่วยให้ผลิตสารสกัดที่ได้รับการรับรองออร์แกนิกได้โดยไม่ต้องใช้เอทานอล “ออร์แกนิก” ที่มีราคาแพงมาก (แน่นอนว่าวัสดุพืชต้องปลูกแบบออร์แกนิกเพื่อผลิตสารสกัดออร์แกนิกด้วยน้ำ)

การสกัดประสิทธิภาพสูงด้วย Hielscher Ultrasonics

เครื่องสกัดอัลตราซาวนด์ของ Hielscher ทำลายเซลล์พืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพิ่มพื้นที่ผิวของวัสดุพืชเพื่อให้ตัวทำละลายแทรกซึม และเพิ่มการถ่ายเทมวลเพื่อปลดปล่อยสารพฤกษเคมี (สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ) เครื่องสกัดของ Hielscher ออกแบบโดยคำนึงถึงความสะดวกในการใช้งาน จึงติดตั้งได้รวดเร็วและสามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยและเข้าใจง่าย

เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพสูงสุด – ออกแบบและผลิตในเยอรมนี

ฮาร์ดแวร์ที่ล้ำสมัยและซอฟต์แวร์อัจฉริยะของเครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher ออกแบบมาเพื่อรับประกันผลการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์จากวัตถุดิบพืชของคุณที่เชื่อถือได้ ให้ผลซ้ำได้ และใช้งานได้อย่างสะดวกและปลอดภัย ความทนทาน ความเชื่อถือได้ การทำงาน 24/7 ภายใต้โหลดเต็มกำลัง และการใช้งานที่ง่ายจากมุมมองของผู้ปฏิบัติงาน เป็นปัจจัยด้านคุณภาพเพิ่มเติมที่ทำให้เครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher เป็นที่นิยม
เครื่องสกัดของ Hielscher Ultrasonics ใช้ทั่วโลกในการสกัดสารพฤกษเคมีคุณภาพสูง เครื่องสกัดอัลตราซาวนด์ Hielscher ได้รับการพิสูจน์ว่าให้สารประกอบจากพืชคุณภาพสูง และไม่ได้ใช้เฉพาะโดยผู้ผลิตรายเล็กที่ผลิตสารสกัดเฉพาะทางและสารสกัดสำหรับตลาดบูติกเท่านั้น แต่ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตระดับอุตสาหกรรมสำหรับสารสกัด ผลิตภัณฑ์เสริมโภชนาการ และผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษาที่มีจำหน่ายอย่างแพร่หลายในเชิงพาณิชย์ ด้วยฮาร์ดแวร์ที่ทนทานและซอฟต์แวร์อัจฉริยะ เครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ของ Hielscher จึงใช้งานและติดตามตรวจสอบได้ง่าย

การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติ

เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการผลิตอาหาร ผลิตภัณฑ์เสริมโภชนาการ และผลิตภัณฑ์เพื่อการรักษา กระบวนการผลิตต้องได้รับการติดตามตรวจสอบและบันทึกอย่างละเอียด อุปกรณ์อัลตราซาวนด์ดิจิทัลของ Hielscher Ultrasonics มีระบบบันทึกข้อมูลอัตโนมัติ ด้วยคุณสมบัติอัจฉริยะนี้ พารามิเตอร์สำคัญทั้งหมดของกระบวนการ เช่น พลังงานอัลตราซาวนด์ (พลังงานรวมและพลังงานสุทธิ) อุณหภูมิ ความดัน และเวลา จะถูกบันทึกโดยอัตโนมัติลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งอยู่ภายในทันทีที่เปิดเครื่อง การติดตามตรวจสอบกระบวนการและการบันทึกข้อมูลมีความสำคัญต่อการรักษามาตรฐานกระบวนการอย่างต่อเนื่องและคุณภาพผลิตภัณฑ์ การเข้าถึงข้อมูลกระบวนการที่บันทึกโดยอัตโนมัติช่วยให้คุณทบทวนการใช้อัลตราซาวนด์ครั้งก่อน ๆ และประเมินผลลัพธ์ได้
อีกคุณสมบัติหนึ่งที่สะดวกต่อผู้ใช้คือการควบคุมระบบอัลตราซาวนด์ดิจิทัลของเราจากระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ ด้วยการควบคุมระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ คุณสามารถเริ่ม หยุด ปรับ และติดตามตรวจสอบเครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ของคุณจากระยะไกลได้จากทุกที่
ต้องการทราบเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อดีของการสกัดวัสดุพืชด้วยน้ำโดยใช้อัลตราซาวนด์หรือไม่? ติดต่อเราตอนนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับกระบวนการผลิตสารสกัดจากพืชของคุณ! ทีมงานที่มีประสบการณ์สูงของเรายินดีให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ ระบบอัลตราซาวนด์ของเรา และราคา!

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา:

ข้อมูลทางเทคนิคเกี่ยวกับการสกัดด้วยน้ำโดยใช้อัลตราซาวนด์

วิธีการสกัดแบบดั้งเดิม เช่น การหมักแช่ การแช่สกัด การสกัดแบบไหลซึม การต้มสกัด การสกัดแบบรีฟลักซ์ การกลั่นด้วยไอน้ำ การระเหิด และการบีบอัด มักใช้ในการสกัดสารประกอบทางยาจากพืช ข้อเสียของวิธีการเหล่านี้ ได้แก่ กระบวนการที่ใช้เวลานาน ความบริสุทธิ์ต่ำ และประสิทธิภาพต่ำ

พารามิเตอร์ของกระบวนการที่มีอิทธิพลต่อการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์

การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยเป็นที่รู้จักจากคุณสมบัติและข้อดีเฉพาะตัว ซึ่งทำให้การใช้อัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคการสกัดที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการสกัดสารประกอบจากพืชแบบดั้งเดิม ข้อดีสำคัญของการสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยคือความสามารถในการปรับปัจจัยการแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์ได้อย่างแม่นยำ (เช่น แอมพลิจูด เวลา อุณหภูมิ ความดัน) ซึ่งช่วยให้ปรับกระบวนการอัลตราซาวนด์ให้เหมาะสมที่สุดกับสารประกอบเป้าหมายได้ วัสดุพืชแต่ละชนิดมีพารามิเตอร์การสกัดที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งให้ผลผลิต คุณภาพ และอัตราการสกัดดีที่สุด กระบวนการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้ปรับใช้สภาวะการสกัดที่เหมาะสมที่สุดเหล่านี้ได้อย่างสมบูรณ์

แอมพลิจูดอัลตราซาวนด์

แอมพลิจูดคือระยะการกระจัดในการสั่นของโพรบอัลตราซาวนด์ (โซโนโทรด) ยิ่งแอมพลิจูดสูง การสั่นและคาวิเทชันในของเหลวที่ได้รับอัลตราซาวนด์ก็ยิ่งเข้มข้น Hielscher Ultrasonics เชี่ยวชาญด้านเครื่องอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบสมรรถนะสูง ซึ่งสามารถให้แอมพลิจูดที่ปรับได้อย่างแม่นยำ โพรบที่ปรับแต่งตามความต้องการซึ่งให้แอมพลิจูดได้สูงถึง 200µm ในการทำงานต่อเนื่อง 24/7 มีพร้อมจำหน่ายจากสต็อก สำหรับแอมพลิจูดที่สูงยิ่งขึ้น ก็สามารถผลิตโซโนโทรดอัลตราซาวนด์ที่ปรับแต่งตามความต้องการได้อย่างง่ายดายเช่นกัน
แอมพลิจูดเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด – หากไม่ใช่พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียว – สำหรับการสกัดพืชอย่างมีประสิทธิภาพ แอมพลิจูดสูงสร้างแรงที่จำเป็นในการทำลายผนังเซลล์และปลดปล่อยวัสดุภายในเซลล์ ด้วยเหตุนี้ การใช้อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงจึงมีประสิทธิผลอย่างมากในการสกัดสารจากพืช

เวลา / ระยะเวลาการใช้อัลตราซาวนด์

การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยมักใช้เวลาสั้นกว่าวิธีดั้งเดิมมาก เนื่องจากการใช้อัลตราซาวนด์ปลดปล่อยสารประกอบจากพืชด้วยอัตราการสกัดที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ การใช้อัลตราซาวนด์ช่วยให้กระบวนการสกัดสั้นลง ซึ่งปกป้องสารประกอบที่สกัดได้จากการแปรรูปมากเกินไป การแปรรูปที่สั้นลงด้วยอัลตราซาวนด์หมายถึงปริมาณการแปรรูปที่สูงขึ้นและคุณภาพสารสกัดที่สูงขึ้น

การใช้อัลตราซาวนด์แบบพัลส์

การส่งอัลตราซาวนด์แบบพัลส์เป็นโหมดการแปรรูปที่หยุดการใช้อัลตราซาวนด์ตามรอบพักที่กำหนด (เช่น รอบการทำงาน 50%: เปิด 30 วินาที ปิด 30 วินาที; รอบการทำงาน 100%: ใช้อัลตราซาวนด์ต่อเนื่องโดยไม่มีช่วงพัก) รอบการทำงานของอัลตราซาวนด์ (หรือที่เรียกว่าโหมดพัลส์หรือรอบพัลส์อัลตราซาวนด์) หมายถึงร้อยละของเวลาที่ส่งอัลตราซาวนด์เข้าสู่ตัวกลาง (ระยะเวลาพัลส์) ภายในคาบพัลส์หนึ่งคาบ ตัวอย่างเช่น โหมดรอบการทำงาน 50% จะเปิด 30 วินาที และปิด 30 วินาที ในช่วงพักของรอบการทำงาน ของเหลวที่ได้รับอัลตราซาวนด์จะกลับสู่สภาวะที่ไม่ถูกรบกวนเป็นเวลาที่กำหนด (เช่น 30 วินาที) ซึ่งเอื้อต่อการระบายความร้อนเพื่อรักษาอุณหภูมิการแปรรูปเป้าหมาย รอบการทำงานของการใช้อัลตราซาวนด์มีความสำคัญน้อยกว่าต่อประสิทธิภาพการสกัด แต่ใช้เพื่อรักษาอุณหภูมิของกระบวนการให้อยู่ที่ค่าหนึ่ง

ความดันอุทกสถิต

ความดันเป็นอีกพารามิเตอร์หนึ่งที่สำคัญมากสำหรับกระบวนการอัลตราซาวนด์ การใช้ความดันอุทกสถิตกับตัวกลางที่ได้รับอัลตราซาวนด์มีผลต่อความเข้มของคาวิเทชัน ภายใต้สภาวะความดันที่สูงขึ้น ความเข้มของคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ (คาวิเทชันทางเสียง) จะเพิ่มขึ้น Hielscher Ultrasonics มีเครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์แบบรุ่นผลิตและเซลล์การไหลหลากหลายชนิด ซึ่งสามารถเพิ่มความดันเพื่อให้ผลการใช้อัลตราซาวนด์เข้มข้นขึ้นได้

อุณหภูมิการสกัด

เช่นเดียวกับการแปรรูปเชิงกลทุกชนิด การใช้อัลตราซาวนด์ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ อย่างไรก็ตาม การใช้อัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคการแปรรูปที่ไม่อาศัยความร้อน เนื่องจากการแปรรูปโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยอาศัยแรงเชิงกลล้วน ๆ (หรือที่เรียกว่าแรงเชิงกลจากเสียง) อุณหภูมิการสกัดระหว่างการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์สามารถควบคุมและรักษาให้อยู่ภายในช่วงอุณหภูมิที่เลือกได้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ดิจิทัลของ Hielscher ทุกเครื่องติดตั้งเซนเซอร์อุณหภูมิแบบเสียบต่อและซอฟต์แวร์อัจฉริยะ ซึ่งสามารถตั้งช่วงอุณหภูมิสำหรับกระบวนการได้ เมื่อใดก็ตามที่อุณหภูมิเกินช่วงนี้ เครื่องอัลตราซาวนด์จะหยุดพักจนกว่าอุณหภูมิจะกลับเข้าสู่ช่วงที่เลือก แล้วจึงดำเนินกระบวนการอัลตราซาวนด์ต่อโดยอัตโนมัติ คุณสมบัติอัจฉริยะนี้ของเครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher ช่วยให้ควบคุมกระบวนการอัลตราซาวนด์ได้อย่างแม่นยำและให้ผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุด
เนื่องจากอุณหภูมิการสกัดอาจแตกต่างกันสำหรับสารประกอบจากพืชและพืชแต่ละชนิด อุณหภูมิจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ไม่ควรละเลยระหว่างการปรับกระบวนการอัลตราซาวนด์ให้เหมาะสมที่สุด ตัวอย่างเช่น พบว่า 80°C เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการให้ผลผลิตฟลาโวนอยด์สูงสุดจาก Sophora flavescens ขณะที่การสกัดอะราบิโนไซแลนจากรำข้าวสาลีให้ผลดีที่สุดที่ 50°C

ใช้ตัวทำละลายชนิดใดก็ได้สำหรับการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์

สารประกอบจากพืชแต่ละชนิดมีความมีขั้วแตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อความสามารถในการละลายในตัวทำละลายชนิดต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น ซาโปนินและพอลิแซ็กคาไรด์มีขั้วมากกว่า จึงละลายในน้ำได้ดี เนื่องจากน้ำมีขั้วสูง ในทางกลับกัน สารประกอบฟีนอลิก เช่น แอนโทไซยานินและกรดคลอโรจีนิก ค่อนข้างไม่มีขั้ว จึงละลายได้ดีกว่าในตัวทำละลายที่มีขั้วน้อยกว่า เช่น เอทานอล ดังนั้น ควรเลือกตัวทำละลายให้สอดคล้องกับความสามารถในการละลายของสารประกอบเป้าหมาย เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการสกัดสูง ตัวอย่างเช่น น้ำเป็นตัวทำละลายที่ดีสำหรับการสกัดสารประกอบมีขั้ว เช่น ไซโลไซบินจากเห็ด รวมถึงโอลิโกแซ็กคาไรด์ ไกลโคไซด์ และฟลาโวนอยด์ ขณะที่ส่วนผสมเอทานอล–น้ำที่มีความเข้มข้นเอทานอล 60% (v/v) เหมาะสำหรับการสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย เช่น สารประกอบอะพิจีนิน ไบคาลิน และลูทีโอลิน
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวทำละลาย ความมีขั้วของตัวทำละลาย และตัวทำละลายที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์!

น้ำในฐานะตัวทำละลายในการสกัด

น้ำเป็นตัวทำละลายที่มีขั้วมากที่สุด และเหมาะสำหรับการสกัดสารประกอบมีขั้วหลากหลายชนิด ข้อดีหลักของน้ำ ได้แก่ ความสามารถในการละลายสารหลากหลายชนิด นอกจากนี้ น้ำยังมีราคาถูก ไม่เป็นพิษ ปลอดภัย และไม่ติดไฟ ข้อเสียของน้ำคือการเลือกละลายสารประกอบมีขั้วอย่างมากเนื่องจากมีขั้วสูง เนื่องจากน้ำมีจุดเดือดสูงที่ 100°C การทำสารสกัดให้เข้มข้น (เช่น ด้วยการกลั่นหรือการระเหยแบบหมุน) จึงต้องใช้พลังงานจำนวนมาก นอกจากนี้ น้ำยังเอื้อต่อการเจริญของแบคทีเรียและเชื้อรา

ความถี่อัลตราซาวนด์

ความถี่อัลตราซาวนด์ประมาณ 20kHz ได้รับการยอมรับว่ามีความแรงและประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการสกัดสารจากพืช ความถี่อัลตราซาวนด์มีผลต่อประสิทธิภาพของการสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยในการสกัดสารประกอบทางยาจากพืช โดยทั่วไป ความถี่อัลตราซาวนด์ต่ำ (กล่าวคือประมาณ 20kHz) ทำให้เกิดคาวิเทชันที่เข้มข้นกว่า (ผลเชิงกลจากเสียง) ซึ่งส่งผลให้กระบวนการสกัดมีประสิทธิผลสูงขึ้น

วัสดุพืช

วัสดุพืชอาจมีโครงสร้างและความแข็งของเซลล์แตกต่างกันอย่างมาก ผนังเซลล์อาจแข็งแรงหรืออ่อนนุ่ม ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของผนังเซลล์ ซึ่งอาจประกอบด้วยเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส ลิกนิน พอลิแซ็กคาไรด์กลุ่มเพกทิน โปรตีน สารประกอบฟีนอลิกและสารประกอบที่ไม่ใช่เซลลูโลส และน้ำ พืชแต่ละชนิดและแต่ละส่วนมีองค์ประกอบผนังเซลล์เหล่านี้ในชนิดและปริมาณที่แตกต่างกัน ด้วยเหตุนี้ พืชแต่ละชนิดจึงต้องใช้พารามิเตอร์การแปรรูปเฉพาะเพื่อให้ได้ผลการสกัดที่เหมาะสมที่สุด
เนื่องจากสามารถปรับความเข้มได้อย่างแม่นยำ เครื่องสกัดอัลตราซาวนด์ Hielscher จึงสามารถทำลายผนังเซลล์ทั้งชนิดอ่อนและชนิดแข็งได้อย่างเชื่อถือได้ ผนังเซลล์อ่อนอาจต้องใช้อัลตราซาวนด์ที่มีความเข้มต่ำกว่า ขณะที่โครงสร้างเซลล์ที่แข็งแรงได้รับประโยชน์จากการแปรรูปที่เข้มข้นกว่า
วัตถุดิบสำหรับการสกัดสารจากพืชอาจเป็นพืชที่เพิ่งเก็บเกี่ยว (เปียก) หรือพืชแห้ง การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เหมาะสำหรับทั้งพืชสด/เปียกและพืชแห้ง ขนาดอนุภาคของของแข็งจากพืชเป็นอีกปัจจัยสำคัญ พื้นที่ผิวสูง (กล่าวคือขนาดอนุภาคเล็ก) เป็นประโยชน์ เนื่องจากให้พื้นที่สัมผัสขนาดใหญ่สำหรับแรงเฉือนจากคาวิเทชันของอัลตราซาวนด์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น ดังนั้น วัสดุพืชจึงผ่านการหมักแช่หรือบดให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ (ประมาณ 3–5mm)

เหตุใดการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์จึงเป็นวิธีที่ดีที่สุด?

ประสิทธิภาพ

• ผลผลิตสูงขึ้น
• กระบวนการสกัดรวดเร็ว – ภายในไม่กี่นาที
• สารสกัดคุณภาพสูง – การสกัดที่อ่อนโยนและไม่อาศัยความร้อน
• ตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (น้ำ เอทานอล กลีเซอรีน น้ำมันพืช NADES เป็นต้น)

ความเรียบง่าย

• เสียบแล้วใช้งานได้ทันที – ติดตั้งและใช้งานภายในไม่กี่นาที
• ปริมาณการแปรรูปสูง – สำหรับการผลิตสารสกัดขนาดใหญ่
• การทำงานแบบรุ่นผลิตหรือแบบต่อเนื่องในสายการผลิต
• ติดตั้งและเริ่มใช้งานง่าย
• พกพาได้ / เคลื่อนย้ายได้ – เครื่องแบบพกพาหรือติดตั้งบนล้อ
• ขยายขนาดแบบเชิงเส้น – เพิ่มระบบอัลตราซาวนด์อีกระบบให้ทำงานขนานกันเพื่อเพิ่มกำลังการผลิต
• ติดตามตรวจสอบและควบคุมจากระยะไกล – ผ่านคอมพิวเตอร์ สมาร์ตโฟน หรือแท็บเล็ต
• ไม่ต้องเฝ้าดูกระบวนการ – ติดตั้งแล้วเดินเครื่อง
• สมรรถนะสูง – ออกแบบสำหรับการผลิตต่อเนื่อง 24/7
• ทนทานและต้องการการบำรุงรักษาต่ำ
• คุณภาพสูง – ออกแบบและผลิตในเยอรมนี
• ป้อนและถ่ายวัสดุออกได้รวดเร็วระหว่างล็อต
• ทำความสะอาดง่าย

ความปลอดภัย

• ใช้งานง่ายและปลอดภัย
• การสกัดแบบไม่ใช้ตัวทำละลายหรือแบบใช้ตัวทำละลาย (น้ำ เอทานอล น้ำมันพืช กลีเซอรีน เป็นต้น)
• ไม่มีความดันและอุณหภูมิสูง
• มีระบบป้องกันการระเบิดที่ได้รับการรับรอง ATEX
• ควบคุมง่าย (รวมถึงการควบคุมจากระยะไกล)

วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง

• Ping-ping Huang, Ri-fu Yang, Tai-qiu Qiu, Wei Zhang & Chun-mei Li (2010): Ultrasound-Enhanced Subcritical Water Extraction of Volatile Oil from Lithospermum erythrorhizon. Separation Science and Technology, 45:10, 1433-1439.
• Zabot, G. L., Viganó, J., & Silva, E. K. (2021): Low-Frequency Ultrasound Coupled with High-Pressure Technologies: Impact of Hybridized Techniques on the Recovery of Phytochemical Compounds. Molecules, 26(17), 2021. 5117.
• Li, Ying; Chemat, Farid (2019): Plant Based “Green Chemistry 2.0”: Moving from Evolutionary to Revolutionary. Springer Science 2019.
• 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.