Das Funktionsprinzip und die Vorteile der Ultraschall-Extraktionstechnologie

Die Ultraschall-Extraktionstechnologie ist die bevorzugte Technik zur Isolierung bioaktiver Verbindungen aus Pflanzen. Ultraschall bezieht sich auf mechanische Schallwellen mit Frequenzen über 20 kHz, aber weniger als 10 MHz. Die Ultraschallextraktion verwendet typischerweise einen kleineren Frequenzbereich (16 kHz-100 kHz), da höhere Frequenzen zu überschüssiger Energie führen können, was zum Abbau aktiver Komponenten in Pflanzenstrukturen führen kann.

Die Beschallung ermöglicht eine vollständige Extraktion, was zu hohen Extraktionsausbeuten in sehr kurzen Extraktionszeiten führt. Als effiziente Extraktionsmethode spart die Ultraschallextraktion sowohl Kosten als auch Zeit und liefert hochwertige Extrakte zur Verwendung in Lebensmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln und Arzneimitteln.

01 Wie es funktioniert

Die Ultraschallextraktion basiert auf dem Wirkprinzip der Ultraschallkavitation und ist eine rein mechanische Behandlung. Ähnlich wie High-Shear-Mischer erzeugen Sonotroden mechanische Scherkräfte nur im Prozessmedium. Die Ultraschallextraktion selbst ist eine nicht-thermische, chemikalienfreie Extraktionstechnik.

Ultraschallkavitation ist eine Schall- oder Ultraschallkavitation, die bei hoher Leistung auftritt, basierend auf wiederholten Hoch- und Niederdruckzyklen. Die abwechselnden Hoch- und Niederdruckzyklen der Beschallung 20.000 Mal pro Sekunde erzeugen intensive Scherkräfte und Flüssigkeitsstrahlen. Diese extreme Belastung überwindet die Selektivität der Membran, perforiert und zerstört die Zellwand und führt zu einem qualitativ hochwertigen Transport zwischen der inneren Zelle und dem umgebenden Lösungsmittel. Mit der Ultraschallextraktion können höhere Ausbeuten und kürzere Extraktionszeiten erzielt werden. Da die Ultraschallextraktion ein wiederholbarer Prozess ist, können die Extraktionsergebnisse für eine standardisierte Extraktionsqualität wiederholt werden.

Ultraschallkavitation kann lokal zu extremen Bedingungen wie sehr hohen Differenzdrücken und hohen Scherkräften führen. Wenn Kavitationsblasen auf die Oberfläche von Festkörpern (z. B. Partikeln, Pflanzenzellen, Geweben usw.) platzen, können Mikrostrahlen und Kollisionen zwischen Partikeln Effekte wie Partikelbruch, Sonoporation (Perforation von Zellwänden und Membranen) und Zellularität hervorrufen . Darüber hinaus erzeugt das Platzen von Kavitationsblasen in flüssigen Medien Turbulenzen und Agitation, was den Stoffaustausch zwischen dem Inneren der Zelle und dem umgebenden Lösungsmittel erleichtert. Ultraschallstrahlung ist eine effiziente Methode zur Verbesserung von Stoffaustauschprozessen, da Ultraschall Kavitation und die damit verbundenen Mechanismen induziert, wie z. B. durch Flüssigkeitsstrahlen induzierte Mikrobewegungen, Kompression und Dekompression in Materialien und anschließende Zerstörung der Zellwand.

02Vorteile

Die Ultraschallextraktion kann die Lösungsmittelmenge reduzieren und die Lösungsmittelmenge schonender machen. Das bedeutet, dass die Ultraschallextraktion die Extraktionsausbeute verbessert und zu gesünderen Extrakten führt. Dies liegt an seiner Eigenschaft, bei niedriger Temperatur zu arbeiten, wodurch nicht nur der Wärmeverlust aufgrund von Temperaturfaktoren reduziert, sondern auch das Verdampfen von Substanzen aufgrund niedriger Siedepunkte vermieden und biologisch aktive Substanzen erhalten werden können. Die Ultraschallextraktion ist eine einfache, sichere und genau kontrollierbare Anwendung. Als nicht-thermisches Extraktionsverfahren kann die Beschallung bei niedriger Temperatur durchgeführt werden, wodurch der Abbau von thermisch empfindlichen, thermisch instabilen Substanzen vermieden wird. Die Ultraschallextraktion kann auch die Produktionszeit erheblich verkürzen, da der wandernde Ultraschall die Zellwände zerstört und dadurch die Transferzeit der Wirkstoffe vom Pflanzenmaterial zum Lösungsmittel verkürzt.

03 Die Wirkung der Ultraschallextraktion

Zellaufschluss und erhöhter Stofftransport durch Ultraschall Ultraschall kann den Extraktionsprozess durch Zellaufschluss und verstärkten Stofftransport in der Grenzschicht um die feste Matrix herum unterstützen. Als Perforation von Zellwänden und Membranen kann Ultraschall die Durchlässigkeit von Zellwänden und Membranen erhöhen, oft ein Zwischenschritt, bevor Zellen durch Ultraschall vollständig zerstört werden.

Mechanische Effekte von ultraschallinduzierter Kavitation, wie Wärme- und Druckunterschiede, Stoßwellen, Scherkräfte, Flüssigkeitsstrahlen und Mikrofluidik, verbessern das Eindringen von Lösungsmittel in das Innere von Zellen und verbessern den Stoffaustausch zwischen Zellen und Lösungsmittel, wodurch das interzelluläre Material übertragen wird zum Lösungsmittel.

04Zusammenfassung

Die Ultraschall-Extraktionstechnologie nutzt die durch Ultraschallwellen erzeugte Kavitation, um Wirkstoffe aus Pflanzen zu extrahieren. Gegenüber konventionellen Extraktionsverfahren gewinnen ultraschallunterstützte Extraktionsverfahren an Attraktivität aufgrund verschiedener Vorteile, wie geringer Energieverbrauch, kurze Extraktionszeiten, geringere Wirkstoffzerstörung und hohe Extraktionsausbeute.