Ultrasonik Ekstraksiyon ve Çalışma Prensibi

Ultrasonik ekstraksiyon, bitkisel kaynaklardan biyoaktif bileşikleri izole etmek için tercih edilen tekniktir. Sonikasyon tam ekstraksiyon gerçekleştirir ve böylece çok kısa bir ekstraksiyon süresinde üstün ekstrakt verimleri elde edilir. Böylesine verimli bir ekstraksiyon yöntemi olan ultrasonik ekstraksiyon, maliyet ve zaman tasarrufu sağlarken gıda, takviye ve ilaçlarda kullanılan yüksek kaliteli ekstraktlar elde edilmesini sağlar.

Ultrasonik Ekstraksiyon

Ultrasonik ekstraksiyon, gıda, besin takviyesi ve ilaç endüstrilerinde vitaminler, polifenoller, polisakkaritler, kannabinoidler ve diğer fitokimyasallar gibi biyoaktif bileşikleri bitkisel kaynaklardan açığa çıkarmak için kullanılır. Ultrason destekli ekstraksiyon, akustik veya ultrasonik kavitasyonun çalışma prensibine dayanır.

Akustik Kavitasyon Nasıl Çalışır?

Ultrasonik ekstraksiyon, yüksek güçlü, düşük frekanslı ultrason dalgaları, bir çözücü içindeki bitkisel materyalden oluşan bulamaca aktarıldığında gerçekleşir. Yüksek güçlü ultrasonik dalgalar, prob tipi bir ultrasonik işlemci aracılığıyla bulamaca aktarılır. Yüksek enerjili ultrason dalgaları sıvı içinde ilerleyerek dönüşümlü yüksek basınç / düşük basınç döngüleri oluşturur ve bu da akustik kavitasyon olgusuna yol açar. Akustik veya ultrasonik kavitasyon, ortamda yerel olarak aşırı sıcaklıklara, basınçlara, ısıtma/soğutma hızlarına, basınç farklarına ve yüksek kesme kuvvetlerine yol açar. Kavitasyon kabarcıkları katıların (parçacıklar, bitki hücreleri, dokular vb.) yüzeyinde içe doğru çöktüğünde, mikro jetler ve parçacıklar arası çarpışmalar yüzey soyulması, erozyon, parçacık parçalanması, sonoporasyon (hücre duvarlarının ve hücre zarlarının delinmesi) ve hücre parçalama gibi etkiler oluşturur. Ayrıca, sıvı ortamlarda kavitasyon kabarcıklarının içe doğru çökmesi makro türbülanslar ve mikro karışma oluşturur. Ultrasonik ışınlama, kütle aktarımı süreçlerini artırmanın verimli bir yoludur; çünkü sonikasyon, kavitasyona ve sıvı jetlerinin oluşturduğu mikro hareketler, materyalde sıkışma ve gevşeme ile bunları izleyen hücre duvarlarının parçalanması ve yüksek ısıtma ve soğutma hızları gibi kavitasyonla ilişkili mekanizmalara yol açar.
Prob tipi sonikatörler, etkili kavitasyon oluşturmak için gerekli olan çok yüksek genlikleri üretebilir. Hielscher Ultrasonic, kesintisiz 24/7 çalışmada kolaylıkla 200µm genlik oluşturabilen yüksek performanslı ultrasonik ekstraktörler üretir. Daha da yüksek genlikler için Hielscher, özel yüksek genlikli sonotrotlar (problar) sunar.
Kavitasyonu yoğunlaştırmak için basınçlandırılabilir ultrasonik reaktörler ve akış hücreleri kullanılır. Basınç arttıkça kavitasyon ve kavitasyon kaynaklı kesme kuvvetleri daha yıkıcı hâle gelir ve böylece ultrasonik ekstraksiyon etkilerini artırır.

Ultrasonik ekstraksiyon, akustik kavitasyona ve onun hidrodinamik kesme kuvvetlerine dayanır

Ultrasonik Ekstraksiyonun Etkileri

Ultrasonik Hücre Parçalama ve Kütle Aktarımının Artırılması
Ultrason, hem hücre parçalama yoluyla hem de katı matrisi çevreleyen sınır tabakasında kütle aktarımını artırarak ekstraksiyon süreçlerine yardımcı olabilir.
Hücre duvarlarının ve zarlarının delinmesi olan sonoporasyon, hücre duvarlarının ve zarlarının geçirgenliğini artırır ve çoğu zaman hücrelerin sonikasyonla tamamen parçalanmasından önceki bir ara adımdır.
Ultrason kaynaklı kavitasyonun ısı ve basınç farkları, şok dalgaları, kesme kuvvetleri, sıvı jetleri ve mikro akışlar gibi mekanik etkileri, çözücünün hücre içine nüfuz etmesini yoğunlaştırır ve hücre ile çözücü arasındaki kütle aktarımını artırır; böylece hücreler arası materyaller çözücüye aktarılır.

Bitki hücrelerinden ultrasonik ekstraksiyon: mikroskobik enine kesit (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasında gerçekleşen etki mekanizmasını gösterir (büyütme 2000x) [kaynak: Vilkhu et al. 2011]

Ultrasonik Ekstraksiyon Ekipmanı

Hielscher Ultrasonics işlemcileri, kullanımı kolay ve güvenli olan yüksek performanslı ekstraksiyon sistemleridir. Hielscher, ham maddenize, işlem kapasitelerinize ve çıktı hedefinize göre size en uygun sonikatörü sunar. Ürün portföyümüz, kompakt ve güçlü el tipi sonikatörlerden tezgâh üstü sistemlere ve saatte birkaç ton işleyebilen tamamen endüstriyel ultrasonik ünitelere kadar uzanır.
Hielscher Ultrasonics ekstraktörleri, kesikli ve sürekli hat içi ekstraksiyon için kullanılabilir ve her türlü çözücüyle birlikte kullanılabilir.
Ekstraksiyon işleminiz için ideal ultrasonik düzeneği kurmak üzere çeşitli boyut ve şekillerde sonotrotlar (problar), genlik artırıcı hornlar, çeşitli hacim ve geometrilerde akış hücreleri, takılabilir sıcaklık ve basınç sensörleri ve daha pek çok yardımcı donanım gibi çeşitli aksesuarlar mevcuttur.
Tüm dijital modellerimiz, ekstraksiyon parametrelerini ayarlamanıza, izlemenize ve belirlemenize olanak tanıyan akıllı yazılımla donatılmıştır. Genlik, sonikasyon süresi ve görev döngülerinin hassas kontrolü sayesinde üstün verim ve en yüksek ekstrakt kalitesi gibi optimum işlem sonuçları elde edilebilir. Sonikasyon işleminin otomatik veri kaydı, İyi Üretim Uygulamaları (GMP) için gerekli olan işlem standardizasyonunun ve yeniden üretilebilirliğin / tekrarlanabilirliğin temelini oluşturur.

Hielscher Ultrasonics endüstriyel ultrasonik işlemcileri çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerde 24/7 kesintisiz çalışma kolaylıkla gerçekleştirilebilir. Daha da yüksek genlikler için özelleştirilmiş ultrasonik sonotrotlar mevcuttur. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında bir fikir verir: