Pracovný princíp a výhody ultrazvukovej extrakčnej technológie

Ultrazvuková extrakčná technológia je preferovanou technikou na izoláciu bioaktívnych zlúčenín z rastlín. Ultrazvuk sa vzťahuje na tie mechanické zvukové vlny s frekvenciami nad 20 kHz, ale menej ako 10 MHz. Ultrazvuková extrakcia zvyčajne používa menší frekvenčný rozsah (16 kHz-100 kHz), pretože vyššie frekvencie môžu viesť k nadmernej energii, čo môže viesť k degradácii aktívnych zložiek v štruktúrach rastlín.

Ultrazvukom umožňuje kompletnú extrakciu, čo má za následok vysoké extrakčné výnosy vo veľmi krátkych časoch extrakcie. Ako efektívna extrakčná metóda, ultrazvuková extrakcia šetrí náklady aj čas a zároveň poskytuje vysoko kvalitné extrakty pre použitie v potravinách, doplnkoch a farmaceutikách.

01

pracovný princíp

Ultrazvuková extrakcia je založená na pracovnom princípe ultrazvukovej kavitácie a je čisto mechanickou úpravou. Podobne ako vysoké šmykové mixéry, sonotródy vytvárajú mechanické šmykové sily len v procesnom médiu. Ultrazvuková extrakcia sama o sebe je netepelná extrakčná technika bez chemikálií.

Ultrazvuková kavitácia je zvuková alebo ultrazvuková kavitácia, ktorá sa vyskytuje pri vysokom výkone, na základe opakovaných vysokotlakových a nízkotlakových cyklov. Striedanie vysokotlakových a nízkotlakových cyklov ultrazvukom 20 000 krát za sekundu vytvára intenzívne šmykové sily a kvapalné trysky. Tento extrémny stres prekonáva selektívnosť membrány, perforuje a narúša bunkovú stenu a vedie k vysoko kvalitnému transportu medzi vnútornou bunkou a okolitým rozpúšťadlom. S ultrazvukovou extrakciou je možné dosiahnuť vyššie výnosy a kratšie časy extrakcie. Vzhľadom k tomu, ultrazvuková extrakcia je opakovateľný proces, extrakčné výsledky môžu byť opakovať pre štandardizovanú kvalitu extrakcie.

Ultrazvuková kavitácia môže lokálne viesť k extrémnym podmienkam, ako sú veľmi vysoké diferenciálne tlaky a vysoké šmykové sily. Keď kavitačné bubliny prasknú na povrch tuhých látok (napr. častíc, rastlinných buniek, tkanív atď.), mikrojety a zrážky medzi časticami môžu spôsobiť účinky, ako je prasknutie častíc, sonoporácia (perforácia bunkových stien a membrán) a bunkovosť. Okrem toho prasknutie kavitačných bublín v kvapalných médiách vytvára turbulencie a miešanie, čo uľahčuje prenos hmoty medzi interiérom bunky a okolitým rozpúšťadlom. Ultrazvukové žiarenie je efektívny spôsob, ako zlepšiť procesy prenosu hmoty, pretože ultrazvuk indukuje kavitáciu a jej súvisiace mechanizmy, ako je mikromotion vyvolaný kvapalnými tryskami, kompresia a dekompresia v materiáloch a následné narušenie bunkovej steny.

02

výhoda

Ultrazvuková extrakcia môže znížiť množstvo rozpúšťadla a urobiť množstvo rozpúšťadla jemnejším. To znamená, že ultrazvuková extrakcia zvyšuje extrakčné výnosy a vedie k zdravším extraktom. Je to spôsobené jeho charakteristikou prevádzky pri nízkej teplote, ktorá môže nielen znížiť tepelné straty v dôsledku teplotných faktorov, ale tiež zabrániť odparovaniu látok v dôsledku nízkych bodov varu a udržiavať biologicky aktívne látky. Ultrazvuková extrakcia je jednoduchá, bezpečná a presne kontrolovaná aplikácia. Ako netepelná extrakčná metóda sa ultrazvukom môže vykonávať pri nízkych teplotách, čím sa zabráni degradácii tepelne citlivých, tepelne nestabilných látok. Ultrazvuková extrakcia je tiež schopná výrazne znížiť výrobný čas, pretože cestovné ultrazvukové vlny narušujú bunkové steny, čím sa znižuje čas prenosu účinnej zložky z rastlinného materiálu do rozpúšťadla.

03

Účinky ultrazvukovej extrakcie

Ultrazvukové narušenie buniek a zvýšený prenos hmoty Ultrazvuk môže pomôcť extrakčnému procesu narušením buniek a zvýšeným prenosom hmoty v hraničnej vrstve okolo pevnej matrice. Ako perforácia bunkových stien a membrán môže ultrazvuk zvýšiť priepustnosť bunkových stien a membrán, často medzistupeň predtým, ako sú bunky úplne zničené ultrazvukom.

Mechanické účinky ultrazvukom vyvolanej kavitácie, ako sú teplotné a tlakové rozdiely, rázové vlny, šmykové sily, kvapalné trysky a mikrofluidy, zvyšujú penetráciu rozpúšťadiel do vnútra buniek a zlepšujú prenos hmoty medzi bunkami a rozpúšťadlami, čo umožňuje prenos medzibunkového materiálu do rozpúšťadla.

04

Zhrnúť

Ultrazvuková extrakčná technológia využíva kavitáciu produkovanú ultrazvukovými vlnami na extrakciu aktívnych zložiek z rastlín. V porovnaní s konvenčnými extrakčnými metódami sa metódy extrakcie s pomocou ultrazvuku stávajú atraktívnejšími kvôli ich rôznym výhodám, ako je nízka spotreba energie, krátke časy extrakcie, menšia deštrukcia aktívnych zlúčenín a vysoké extrakčné výnosy.