L’estrazione ad ultrasuoni è una tecnica ampiamente utilizzata per rilasciare e isolare composti bioattivi come antiossidanti, polifenoli, polisaccaridi, proteine, lipidi, cannabinoidi e altri fitochimici da materiali vegetali. La sonicazione è il metodo preferito per i numerosi vantaggi come rese di estrazione elevate/complete, lavorazione rapida e non termica, compatibilità con quasi tutti i solventi (ad esempio acqua, etanolo, metanolo, isopropanolo, oli vegetali, glicerina ecc.), semplice e sicuro funzionamento, minima manutenzione.

 

Perché l’estrazione ad ultrasuoni è così efficiente?

Il meccanismo di intensificazione dell’estrazione degli ultrasuoni di potenza è principalmente attribuito al fenomeno della cavitazione ultrasonica che provoca collisioni tra particelle della biomassa, che si traduce in frazionamento interparticolare e riduzione della dimensione delle particelle.

Quando le bolle di cavitazione collassano in prossimità delle cellule vegetali, si ottiene la rottura delle membrane cellulari.

Il trasferimento di massa così intensificato facilita il rilascio di molecole come proteine, lipidi, zuccheri, vitamine, antiossidanti, sostanze fitochimiche e fibre alimentari. Le forze di taglio generate ad ultrasuoni migliorano rispettivamente la penetrazione del solvente nella matrice cellulare della materia botanica e migliorano la permeabilità delle membrane cellulari.

 

Ultrasuoni come sistema chimico sintetico ad alta velocità

Rispetto ai tradizionali percorsi di reazione che richiedono diverse ore o giorni a reflusso, i reattori di sintesi possono ridurre al minimo la durata della reazione a pochi minuti.

L’intensificazione della sintesi ultrasonica si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica e delle sue forze correlate, incluso il surriscaldamento confinato localmente.

 

Cavitazione ultrasonica e i suoi effetti sonomichimici

La cavitazione ultrasonica o acustica si verifica quando gli ultrasuoni di potenza vengono applicati a liquidi o fanghi, è un fenomeno che consiste nella formazione di zone di vapore all’interno di un fluido con la loro conseguente implosione che produce un rumore caratteristico.

Ciò avviene a causa dell’abbassamento locale di pressione, la quale raggiunge la tensione di vapore del liquido che subisce un cambiamento di fase a gas.

La cavitazione ultrasonica crea forze di taglio molto elevate e getti di liquido fino a 1000 m/s, i quali accelerano le particelle, provocando collisioni tra le stesse.

Il vantaggio dell’ultrasonicazione e della sonochimica risiede negli effetti della temperatura controllabili durante la lavorazione, attraverso serbatoi con camicie di raffreddamento e sonicazione pulsata.

Hielscher consente di mettere in pausa gli ultrasuoni al raggiungimento di un limite di temperatura superiore, caratteristica fondamentale per l’impiego di reagenti sensibili al calore.

 

Estratti botanici premium con Power Ultrasound

Quando si estrae uno specifico composto bioattivo o una frazione bioattiva da un botanico, vari fattori influenzano il processo di estrazione. Oltre alla tecnologia di estrazione (ad es. estrazione ad ultrasuoni), la polarità del solvente, la materia prima e il suo pretrattamento, il rapporto solido/liquido (ad es. rapporto materia vegetale/solvente), il tempo di estrazione e la temperatura sono importanti fattori di processo che devono essere attentamente considerato. L’estrazione assistita ad ultrasuoni consente condizioni di lavorazione ideali, caratterizzate da alta efficienza.

La possibilità di estrazione con acqua fredda, basse temperature e tempi di lavorazione brevi impediscono la degradazione termica o chimica delle molecole bioattive.

Inoltre, gli ultrasuoni possono rilasciare l’intera quantità disponibile di molecole bioattive dalla materia prima vegetale. Questo è il motivo per cui l’ultrasonicazione è la tecnologia di estrazione più utilizzata per la produzione di estratti botanici senza l’utilizzo di solventi chimici.

 

Precisione per i risultati riproducibili

Per la preparazione dei campioni, così come per lo sviluppo di nuove applicazioni, è fondamentale avere un buon controllo su tutti i parametri di sonicazione al fine di ottenere risultati riproducibili.

L’ampiezza meccanica viene monitorata costantemente nel dispositivo per eliminare qualsiasi deviazione dal valore regolato. Ciò rende l’ampiezza indipendente da altri fattori: la profondità di immersione, la temperatura del liquido o la viscosità.

I dispositivi da laboratorio Hielscher

Compatti, facili da utilizzare ed estremamente versatili trovano impiego per la lavorazione di una varietà di materiali organici e inorganici in un’ampia gamma di volumi.

Le applicazioni tipiche degli omogeneizzatori ad ultrasuoni includono la preparazione del campione, la lisi cellulare, l’omogeizzazione, la dispersione e la disaggregazione, la riduzione delle dimensioni delle particelle e l’accelerazione delle reazioni chimiche.