Estrazione vegetale

Ultrasuoni per estrazione vegetale


Le piante contengono innumerevoli fitocomplessi di interesse per il settore farmaceutico, erboristico, cosmetico, salutistico ed alimentare ad uso umano e animale.
I sistemi estrattivi sono esaustivi quando si effettua la giusta combinazione di tre importanti elementi: preparazione del vegetale, solvente estrattivo e metodo di estrazione. Alcune tecniche di estrazione tradizionali prevedono l’uso di solventi organici, elevate temperature e lunghi tempi di macerazione con gli esiti negativi che si possono immaginare: danni alla salute, all’ambiente e deterioramento dei principi attivi e delle matrici vegetali.
La tecnica estrattiva ad ultrasuoni, grazie al fenomeno della cavitazione, rompe la parete della cellula vegetale, incrementando il trasferimento di massa e la penetrazione del solvente, permettendo di accelerare i tempi di estrazione solo grazie ad un’azione fisica.

L’associazione degli US ai sistemi di estrazione tradizionali permette di:
Ridurre i tempi di lavoro;
Ridurre le temperature di processo;
Limitare l’uso di solventi.

In un’ottica di prodotti certificati "Bio", ci sono vantaggi in termini di:
Resa;
Ecologia;
Consumo energetico;
Mantenimento delle proprietà native dell’estratto.

Riassumendo, è possibile sfruttare i seguenti vantaggi dati dagli ultrasuoni:

Utilizzo di qualsiasi tipo di solvente liquido, compreso l’olio, (a seconda del prodotto da trattare, in alcuni casi è superfluo l’uso di solventi organici);
Temperature di estrazione basse: prevenzione degli inconvenienti causati da estrazione a temperature elevate (come il deterioramento di ingredienti termolabili);
Riduzione dei tempi di estrazione rispetto alle tecniche tradizionali (i tempi di estrazione con US sono dell’ordine di 10 minuti -1ora);
Totale compatibilità della tecnologia con tutti i metodi tradizionali di estrazione (in qualsiasi fase);
Controllo dei parametri di processo (modulando tempo, frequenza e potenza ultrasoniche).

Cenni sui sistemi di estrazione vegetale industriali


I principali metodi di estrazione vegetale, basati sui fenomeni di osmosi e diffusione, utilizzati da laboratori ed aziende, sono generalmente riassumibili in:
Distillazione;
Macerazione;
Percolazione;
Estrazione con solventi.
Le tre principali tecnologie estrattive industriali alternative, performanti in termini di ecologia e di rispetto della materia, sono:
Fluidi supercritici (CO2): adatta a principi attivi apolari (oli), non inquinante, molto costosa;
Estrattori dinamici (Naviglio estrattore):
dispositivo meccanico a pistoni che induce (in fase di "rilascio") un gradiente di pressione negativa nella matrice solida, permettendo l’estrazione a temperatura ambiente in pochi cicli, quindi tempi brevi (1-2 h);
Ultrasuoni: adatto per il pretrattamento delle matrici vegetali, non inquinante e relativamente economico.

Estrazione di polifenoli da Timo (thimus vulgaris) mediante reattore a ultrasuoni

E' stato condotto un test sperimentale per ottenere una rapida e completa estrazione di polifenoli, ottimizzando il sistema in termini di :

  • potenza ultrasonica specifica (W/litro)
  • quantità di vegetale / diluizione
  • tipo di solvente : acqua , acqua e cosolvente EtOH (etanolo)
  • tempo e modalità di sonicazione (continuo / intermittente)

Le analisi chimiche sono indirizzate ad individuare la resa in polifenoli totali , perchè facili da individuare, di grande interesse per applicazioni farmaceutiche e nutriceutiche, confrontabili con molti dati di letteratura.

Non è prevista miscelazione per l’estrazione con ultrasuoni, in quanto viene utilizzata una cella di sonicazione molto compatta (100mL).
Il reattore EW20S è costituito da un corpo principale che termina con un sonotrodo del tipo ‘barbell horn’ e da una cella di flusso compatta, da circa 100mL di volume utile per il solvente.

Per quanto riguarda la prova di riferimento (macerazione tradizionale) il vegetale è stato tenuto in immersione nel solvente a circa 25°C per 24h.

Date le possibilità di elevate potenze specifiche in gioco è stato misurato l’innalzamento della temperatura nel corso dei test e la durata massima di estrazione è stata limitata in tutte le prove per non superare i 40°C per la miscela vegetale/ solvente.

Parametri principali per la prova ottimizzata :

  • Matrici: TIMO secco : densità 0,21 g/l , 2/3mm , taglio tisana
  • pretrattamento della matrice: 10 minuti di pre-immersione in acqua per far imbibire i vegetali
  • solvente : H2O (60%) / EtOH (40%)
  • Diluizione vegetale / solvente : 1/20 
  • Potenza 60 W , pulsato 5s ON / 5s OFF
  • aumento temperatura : circa 15°C
  • tipo di Processo : BATCH senza miscelazione
  • volume cella di reazione : 100mL
  • tempo di sonicazione : 10min.

Risultati delle analisi chimiche

Seguono i risultati delle analisi chimiche sugli estratti delle prove più significative . La prova di riferimento di macerazione 24h in è la N 1 , mentre la prova ottimizzata con ultrasuoni è la N 11.

L'analisi è stata condotta con HPLC ad una lunghezza d'onda di 280 nm (caratteristica per questa classe di composti). L'andamento dei grafici (quantità ed altezza dei picchi) evidenzia l'efficienza degli ultrasuoni di estrarre in pochi minuti vari tipi di polifenoli (tra questi , vari antiossidanti: flavonoidi noti come proantocianidine, leucoantocianidine, piconogenoli, tannini, ecc.).

Le analisi dei campioni ottenuti sono state eseguite dall’Istituto di Chimica Biomolecolare del C.N.R. di Padova, nei giorni immediatamente successivi a quello delle prove.

Conclusioni

In sintesi, dai risultati appare un’ estrazione equivalente o maggiore di polifenoli per la prova con ultrasuoni 11 (durata 10min.) , rispetto all’estrazione per macerazione tradizionale in 24 ore (prova 1).

Sistemi speciali Everywave per estrazione a ultrasuoni


Everywave ha progettato ed ottimizzato due serie di sistemi a ultrasuoni:

Grazie alla scalabilità dei processi ad ultrasuoni è possibile trasferire i risultati dalla scala di ricerca a processi a scala industriale.

Sistemi da laboratorio

Everywave produce sistemi a ultrasuoni compatti EW20S, EW20L, che permettono di sonicare preparati liquidi in recipienti di vario tipo variando con facilità la potenza specifica di sonicazione (Watt/litro), in base alle esigenze dell’utilizzatore.

Sistemi industriali speciali

Per l’applicazione degli US per estrazioni o macerazioni vegetali, dove si necessita di una potenza elevata o di lavorare in flusso continuo, Everywave ha progettato sistemi speciali a cella di flusso e a reattore tubolare, quali TRD1L e UDS4L / TBL4L
Questi sistemi sono utilizzabili in sonochimica industriale specializzata grazie a:
Potenze elevate, possono arrivare fino a 1000W/L;
Lavoro in sovrapressione;
Temperature elevate, fino a 150°C.

Vasche di estrazione standard


Per qualsiasi applicazione di estrazione vegetale tradizionale, Everywave ed Unitech hanno messo a punto una linea di vasche di estrazione US E-tank® per il trattamento delle diverse parti vegetali (foglie, fiori, gemme, semi, frutta, radici e cortecce) sia fresche che essiccate, anche attraverso l'utilizzo di solventi polari ed apolari.

Modelli disponibili con serbatoio da: 5 litri (per estrazioni da 2 a 5 litri), 20 litri (per estrazioni da 5 a 20 litri), 100-250 litri (per estrazioni da 20 a 250 litri).

Queste vasche possono lavorare alle frequenze di 25, 38, 50 kHz e sono dotate di:
Dispositivi di miscelazione lenta, con possibilità di direzionare la forza di miscelazione (verso l’alto oppure verso il basso, a seconda del solvente di estrazione utilizzato);
Controllo della potenza ultrasonica e temperatura di estrazione.

Scopri i prodotti

Everywave progetta prodotti tecnologicamente avanzati basandosi su knowhow acquisito
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