Ультразвукова екстракція та її принцип роботи

Ультразвукова екстракція є кращим методом виділення біологічно активних сполук з рослинних компонентів. Ультразвукове дослідження забезпечує повну екстракцію і, тим самим, чудові виходи екстракту досягаються за дуже короткий час екстракції. Будучи таким ефективним методом екстракції, ультразвукова екстракція економить кошти та час, водночас забезпечуючи високоякісні екстракти, які використовуються для харчових продуктів, добавок та фармацевтичних препаратів.

Ультразвукова екстракція

Ультразвукова екстракція використовується в харчовій, харчовій та фармацевтичній промисловості для вивільнення біологічно активних сполук, таких як вітаміни, поліфеноли, полісахариди, канабіноїди та інші фітохімічні речовини з рослинних компонентів. Екстракція за допомогою ультразвуку заснована на робочому принципі акустичної або ультразвукової кавітації.

Як працює акустична кавітація?

Ультразвукова екстракція досягається при з'єднанні ультразвукових хвиль високої потужності низької частоти в суспензію, що складається з рослинного матеріалу в розчиннику. Ультразвукові хвилі високої потужності підключаються за допомогою ультразвукового процесора зондового типу в суспензію. Високоенергетичні ультразвукові хвилі проходять через рідину, створюючи чергування циклів високого / низького тиску, що призводить до явища акустичної кавітації. Акустична або ультразвукова кавітація локально призводить до екстремальних температур, тиску, швидкості нагрівання/охолодження, перепадів тиску та високих сил зсуву в середовищі. Коли кавітаційні бульбашки вибухають на поверхні твердих речовин (таких як частинки, рослинні клітини, тканини тощо), мікрострумені та міжчастинкове зіткнення породжують такі ефекти, як поверхневе лущення, ерозія, розпад частинок, сонопорація (перфорація клітинних стінок і клітинних мембран) та руйнування клітин. Крім того, імплозія кавітаційних бульбашок у рідких середовищах створює макротурбулентності та мікроперемішування. Ультразвукове опромінення є ефективним способом посилення процесів масообміну, оскільки ультразвукове випромінювання призводить до кавітації та пов'язаних з нею механізмів, таких як рух мікрос струменями рідини, стиснення та декомпресія в матеріалі з подальшим руйнуванням клітинних стінок, а також високою швидкістю нагрівання та охолодження.
Ультразвукові апарати зондового типу можуть генерувати дуже великі амплітуди, що необхідно для генерації ударної кавітації. Hielscher Ultrasonic виробляє високопродуктивні ультразвукові екстрактори, які можуть легко створювати амплітуди 200 мкм у безперервній роботі 24/7. Для ще більш високих амплітуд компанія Hielscher пропонує вказані високоамплітудні сонотроди (зонди).
Для посилення кавітації використовуються ультразвукові реактори та проточні комірки, що працюють під тиском. Зі збільшенням тиску кавітаційні та кавітаційні зсувні сили стають більш руйнівними і тим самим покращують ефекти ультразвукової екстракції.

Ультразвукова екстракція заснована на акустичній кавітації та її гідродинамічних силах зсуву

Ефекти ультразвукової екстракції

Руйнування ультразвукових клітин і збільшення масопереносу
Ультразвук може допомогти процесам екстракції як шляхом руйнування клітин, так і шляхом посилення масопереносу в прикордонному шарі, що оточує твердий матрикс.
Сонопорація, перфорація клітинних стінок і мембран, підвищує проникність клітинних стінок і мембран і часто є проміжним етапом перед тим, як клітини будуть повністю зруйновані ультразвуком.
Механічні ефекти кавітації, спричиненої ультразвуком, такі як різниця тепла та тиску, ударні хвилі, сили зсуву, струмені рідини та мікропотоки, інтенсифікують проникнення розчинника всередину клітини та покращують масообмін між клітиною та розчинником, завдяки чому міжклітинні матеріали переносяться в розчинник.

Ультразвукова екстракція з рослинних клітин: мікроскопічний поперечний розріз (ТС) показує механізм дії під час ультразвукової екстракції з клітин (збільшення 2000x) [джерело: Vilkhu et al. 2011]

Устаткування для ультразвукової екстракції

Процесори Hielscher Ultrasonics - це високопродуктивні системи екстракції, які прості і безпечні в експлуатації. Відповідно до вашої сировини, технологічних потужностей і цільової продуктивності, компанія Hielscher пропонує вам найбільш підходящий ультразвуковий пристрій. Наш асортимент продукції включає в себе компактні, потужні ручні ультразвукові апарати з настільною системою до повністю промислових ультразвукових установок, здатних обробляти кілька тонн на годину.
Екстрактори Hielscher Ultrasonics можуть використовуватися для періодичної та безперервної вбудованої екстракції та можуть використовуватися в комбінації з будь-яким розчинником.
Різні аксесуари, такі як сонотроди (зонди) різних розмірів і форм, ріжки-бустери, проточні комірки з різним об'ємом і геометрією, вставні датчики температури та тиску та багато інших гаджетів доступні для складання ідеальної ультразвукової установки для вашого процесу екстракції.
Всі наші цифрові моделі оснащені інтелектуальним програмним забезпеченням, яке дозволяє регулювати, контролювати та встановлювати параметри витяжки. Завдяки точному контролю амплітуди, часу ультразвуку та робочих циклів можна досягти оптимальних результатів процесу, таких як чудовий вихід та найвища якість екстракту. Автоматичний запис даних про процес ультразвукового апарату є основою для стандартизації процесу та відтворюваності/повторюваності, які необхідні для належної виробничої практики (GMP).

Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: