Principiul de funcționare și avantajele tehnologiei de extracție cu ultrasunete

Tehnologia de extracție cu ultrasunete este tehnica preferată pentru izolarea compușilor bioactivi din plante. Ultrasunetele se referă la acele unde sonore mecanice cu frecvențe mai mari de 20 kHz, dar mai mici de 10 MHz. Extracția cu ultrasunete utilizează de obicei un interval de frecvență mai mic (16 kHz-100 kHz), deoarece frecvențele mai mari pot duce la exces de energie, ceea ce poate duce la degradarea componentelor active din structurile plantelor.

Sonicarea permite extracția completă, rezultând randamente mari de extracție în timpi de extracție foarte scurti. Ca metodă de extracție eficientă, extracția cu ultrasunete economisește atât costuri, cât și timp, oferind în același timp extracte de-înaltă calitate pentru utilizare în alimente, suplimente și produse farmaceutice.

01

Principiul de funcționare

Extracția cu ultrasunete se bazează pe principiul de funcționare al cavitației ultrasonice și este un tratament pur mecanic. Similar cu mixerele cu forfecare mare, sonotrodele generează forțe mecanice de forfecare numai în mediul de proces. Extracția cu ultrasunete în sine este o tehnică de extracție non{-termică, fără substanțe chimice-.

Cavitația cu ultrasunete este cavitația sonică sau ultrasonică care are loc la putere mare, pe baza ciclurilor repetate de presiune înaltă și joasă{0}}. Ciclurile alternante de-presiune înaltă și joasă de sonicare de 20,000 ori pe secundă creează forțe de forfecare intense și jeturi de lichid. Acest stres extrem depășește selectivitatea membranei, perforează și perturbă peretele celular și are ca rezultat un transport de înaltă calitate-între celula interioară și solventul din jur. Cu extracția cu ultrasunete, se pot obține randamente mai mari și timpi de extracție mai scurti. Deoarece extracția cu ultrasunete este un proces repetabil, rezultatele extracției pot fi repetate pentru o calitate standardizată a extracției.

Cavitația cu ultrasunete poate duce la nivel local la condiții extreme, cum ar fi presiuni diferențiale foarte mari și forțe de forfecare mari. Când bulele de cavitație izbucnesc pe suprafața solidelor (de exemplu, particule, celule vegetale, țesuturi etc.), microjeturile și coliziunile între particule pot produce efecte precum ruptura particulelor, sonoporația (perforarea pereților celulari și a membranelor), și celularitatea. În plus, izbucnirea bulelor de cavitație în mediul lichid creează turbulențe și agitație, ceea ce facilitează transferul de masă între interiorul celulei și solventul din jur. Radiația cu ultrasunete este o modalitate eficientă de a îmbunătăți procesele de transfer de masă, deoarece ultrasunetele induc cavitația și mecanismele asociate acesteia, cum ar fi micromișcarea indusă de jeturile de lichid, compresia și decompresia în materiale și distrugerea ulterioară a peretelui celular.

02

avantaj

Extracția cu ultrasunete poate reduce cantitatea de solvent și poate face cantitatea de solvent mai blândă. Aceasta înseamnă că extracția cu ultrasunete crește randamentul de extracție și are ca rezultat extracte mai sănătoase. Acest lucru se datorează caracteristicii sale de funcționare la temperatură scăzută, care poate nu numai să reducă pierderile de căldură din cauza factorilor de temperatură, dar și să evite vaporizarea substanțelor din cauza punctelor de fierbere scăzute și să mențină substanțele biologic active. Extracția cu ultrasunete este o aplicație simplă, sigură și controlată cu precizie. Ca metodă de extracție non-termică, sonicarea poate fi efectuată la temperaturi scăzute, evitând astfel degradarea substanțelor sensibile termic, instabile termic. Extracția cu ultrasunete este, de asemenea, capabilă să reducă mult timpul de producție, deoarece undele ultrasonice care călătoresc perturbă pereții celulari, reducând astfel timpul de transfer al ingredientului activ de la materialul vegetal la solvent.

03

Efectele extracției cu ultrasunete

Perturbarea cu ultrasunete a celulelor și creșterea transferului de masă Ultrasunetele pot ajuta procesul de extracție prin distrugerea celulelor și transferul de masă îmbunătățit în stratul limită din jurul matricei solide. Ca o perforare a pereților celulari și a membranelor, ultrasunetele pot îmbunătăți permeabilitatea pereților și membranelor celulare, adesea un pas intermediar înainte ca celulele să fie complet distruse de ultrasunete.

Efectele mecanice ale cavitației induse de ultrasunete-, cum ar fi diferențele de căldură și presiune, undele de șoc, forțele de forfecare, jeturile de lichid și microfluidica, îmbunătățesc penetrarea solventului în interiorul celulelor și îmbunătățesc transferul de masă între celule și solvenți, permițând materialul intercelular care urmează să fie transferat la solvent.

04

Rezuma

Tehnologia de extracție cu ultrasunete folosește cavitația produsă de undele ultrasonice pentru a extrage ingrediente active din plante. În comparație cu metodele convenționale de extracție, metodele de extracție-asistată cu ultrasunete devin mai atractive datorită diverselor avantaje ale acestora, cum ar fi consumul redus de energie, timpii scurti de extracție, distrugerea mai puțină a compușilor activi și randamentele mari de extracție.