Η αρχή λειτουργίας και τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας εξαγωγής υπερήχων

Η τεχνολογία εξαγωγής με υπερήχους είναι η προτιμώμενη τεχνική για την απομόνωση βιοδραστικών ενώσεων από φυτά. Ο υπέρηχος αναφέρεται σε εκείνα τα μηχανικά ηχητικά κύματα με συχνότητες πάνω από 20 kHz αλλά μικρότερες από 10 MHz. Η εξαγωγή με υπερήχους συνήθως χρησιμοποιεί μικρότερο εύρος συχνοτήτων (16 kHz-100 kHz), καθώς οι υψηλότερες συχνότητες μπορεί να οδηγήσουν σε υπερβολική ενέργεια, η οποία μπορεί να οδηγήσει στην υποβάθμιση των ενεργών συστατικών στις δομές των φυτών.

Η επεξεργασία με υπερήχους επιτρέπει την πλήρη εκχύλιση, με αποτέλεσμα υψηλές αποδόσεις εκχύλισης σε πολύ σύντομους χρόνους εκχύλισης. Ως αποτελεσματική μέθοδος εκχύλισης, η εξαγωγή με υπερήχους εξοικονομεί κόστος και χρόνο, ενώ αποδίδει εκχυλίσματα υψηλής ποιότητας για χρήση σε τρόφιμα, συμπληρώματα και φαρμακευτικά προϊόντα.

01 Πώς λειτουργεί

Η εξαγωγή με υπερήχους βασίζεται στην αρχή λειτουργίας της σπηλαίωσης με υπερήχους και είναι μια καθαρά μηχανική επεξεργασία. Παρόμοια με τους αναμικτήρες υψηλής διάτμησης, τα sonotrodes δημιουργούν μηχανικές δυνάμεις διάτμησης μόνο στο μέσο διεργασίας. Η ίδια η εξαγωγή με υπερήχους είναι μια μη θερμική τεχνική εκχύλισης χωρίς χημικά.

Η σπηλαίωση υπερήχων είναι η ηχητική ή υπερηχητική σπηλαίωση που συμβαίνει σε υψηλή ισχύ, με βάση επαναλαμβανόμενους κύκλους υψηλής και χαμηλής πίεσης. Οι εναλλασσόμενοι κύκλοι υπερήχων υψηλής και χαμηλής πίεσης 20.000 φορές ανά δευτερόλεπτο δημιουργούν έντονες δυνάμεις διάτμησης και πίδακες υγρού. Αυτή η ακραία πίεση υπερνικά την επιλεκτικότητα της μεμβράνης, διατρυπά και διαταράσσει το κυτταρικό τοίχωμα και έχει ως αποτέλεσμα τη μεταφορά υψηλής ποιότητας μεταξύ του εσωτερικού κυττάρου και του περιβάλλοντος διαλύτη. Με την εξαγωγή υπερήχων, μπορούν να επιτευχθούν υψηλότερες αποδόσεις και μικρότεροι χρόνοι εκχύλισης. Δεδομένου ότι η εξαγωγή με υπερήχους είναι μια επαναλαμβανόμενη διαδικασία, τα αποτελέσματα της εκχύλισης μπορούν να επαναληφθούν για τυποποιημένη ποιότητα εκχύλισης.

Η σπηλαίωση με υπερήχους μπορεί τοπικά να οδηγήσει σε ακραίες συνθήκες όπως πολύ υψηλές διαφορικές πιέσεις και υψηλές δυνάμεις διάτμησης. Όταν οι φυσαλίδες σπηλαίωσης σκάνε στην επιφάνεια των στερεών (π.χ. σωματίδια, φυτικά κύτταρα, ιστοί κ.λπ.), οι μικρο-εκροές και οι συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων μπορούν να προκαλέσουν αποτελέσματα όπως ρήξη σωματιδίων, ηχητική διάτρηση (διάτρηση κυτταρικών τοιχωμάτων και μεμβρανών) και κυτταρικότητα . Επιπλέον, το σκάσιμο των φυσαλίδων σπηλαίωσης σε υγρά μέσα δημιουργεί στροβιλισμό και ανάδευση, που διευκολύνει τη μεταφορά μάζας μεταξύ του εσωτερικού της κυψέλης και του περιβάλλοντος διαλύτη. Η ακτινοβολία υπερήχων είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για την ενίσχυση των διαδικασιών μεταφοράς μάζας, καθώς ο υπέρηχος προκαλεί τη σπηλαίωση και τους σχετικούς μηχανισμούς της, όπως η μικροκίνηση που προκαλείται από πίδακες υγρού, η συμπίεση και η αποσυμπίεση σε υλικά και η επακόλουθη διάρρηξη του κυτταρικού τοιχώματος.

02 Πλεονεκτήματα

Η εξαγωγή με υπερήχους μπορεί να μειώσει την ποσότητα του διαλύτη και να κάνει την ποσότητα του διαλύτη πιο ήπια. Αυτό σημαίνει ότι η εξαγωγή με υπερήχους βελτιώνει τις αποδόσεις εκχύλισης και έχει ως αποτέλεσμα πιο υγιεινά εκχυλίσματα. Αυτό οφείλεται στο χαρακτηριστικό της λειτουργίας σε χαμηλή θερμοκρασία, η οποία όχι μόνο μπορεί να μειώσει την απώλεια θερμότητας λόγω παραγόντων θερμοκρασίας, αλλά και να αποφύγει την εξάτμιση των ουσιών λόγω χαμηλών σημείων βρασμού και να διατηρήσει τις βιολογικά δραστικές ουσίες. Η εξαγωγή με υπερήχους είναι μια απλή, ασφαλής και με ακρίβεια ελεγχόμενη εφαρμογή. Ως μέθοδος μη θερμικής εκχύλισης, η υπερήχηση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε χαμηλή θερμοκρασία, αποφεύγοντας έτσι την αποικοδόμηση θερμικά ευαίσθητων, θερμικά ασταθών ουσιών. Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί επίσης να μειώσει σημαντικά τον χρόνο παραγωγής, καθώς ο ταξιδευτικός υπέρηχος διαταράσσει τα κυτταρικά τοιχώματα, μειώνοντας έτσι τον χρόνο μεταφοράς των δραστικών συστατικών από το φυτικό υλικό στον διαλύτη.

03 Η επίδραση της εξαγωγής με υπερήχους

Διαταραχή κυττάρων υπερήχων και αυξημένη μεταφορά μάζας Ο υπέρηχος μπορεί να βοηθήσει τη διαδικασία εξαγωγής με διάσπαση κυττάρων και ενισχυμένη μεταφορά μάζας στο οριακό στρώμα γύρω από τη στερεά μήτρα. Ως διάτρηση κυτταρικών τοιχωμάτων και μεμβρανών, ο υπέρηχος μπορεί να ενισχύσει τη διαπερατότητα των κυτταρικών τοιχωμάτων και μεμβρανών, συχνά ένα ενδιάμεσο βήμα πριν τα κύτταρα καταστραφούν πλήρως από τον υπέρηχο.

Μηχανικές επιδράσεις της σπηλαίωσης που προκαλείται από υπερήχους, όπως διαφορές θερμότητας και πίεσης, κρουστικά κύματα, δυνάμεις διάτμησης, πίδακες υγρών και μικρορευστήματα, ενισχύουν τη διείσδυση του διαλύτη στο εσωτερικό των κυττάρων και βελτιώνουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ των κυττάρων και των διαλυτών, επιτρέποντας τη μεταφορά του μεσοκυττάριου υλικού στον διαλύτη.

04 Περίληψη

Η τεχνολογία εξαγωγής με υπερήχους χρησιμοποιεί τη σπηλαίωση που παράγεται από τα υπερηχητικά κύματα για την εξαγωγή ενεργών συστατικών από τα φυτά. Σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους εκχύλισης, οι μέθοδοι εκχύλισης με τη βοήθεια υπερήχων γίνονται πιο ελκυστικές λόγω των διαφόρων πλεονεκτημάτων τους, όπως χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, σύντομοι χρόνοι εκχύλισης, μικρότερη καταστροφή δραστικών ενώσεων και υψηλές αποδόσεις εκχύλισης.