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Modernstes Hochleistungs-Ultraschall Extraktionsverfahren
Um die ultraschall-assistierte Extraktion zu verstehen, muss man die Wirkung von Ultraschall in Flüssigkeiten kennen. Ultraschall – in Flüssigkeiten eingetragen – resultiert in lokal extremen Effekten. Wenn Flüssigkeiten bei hohen Intensitäten beschallt werden, erzeugen die Schallwellen, die sich im flüssigen Medium ausbreiten, alternierende Hochdruck- (Kompressions-) und Niederdruck- (Rarefaktions-) Zyklen, deren Zyklenrate von der Frequenz bestimmt wird. Während des Niederdruckzyklusses erzeugen hochintensive Ultraschallwellen kleine Vakuumblasen bzw. Hohlräume in der Flüssigkeit. Diese Kaviationsblasen werden während mehrerer Niederdruckphasen größer. Wenn die Blasen eine Größe erreichen, mit der sie keine zusätzliche Energie absorbieren können, implodieren sie während eines Hochdruckzyklusses. Dieses Phänomen nennt man Kavitation. Während der Implosion werden lokal sehr hohe Temperaturen (ca. 5000K) und Drück (ca. 2000atm) erreicht. Die Implosion der Kavitationsblasen erzeugt zudem Flüssigkeits-Jets mit Geschwindigkeiten bis zu 280 m/s . (Suslick 1998) Durch diese extremen Kräfte treten Effekte wie die Sonolyse, die Zerstörung von Zellmembranen und die Extraktion intrazellulären Material auf. Ultraschallkavitation in Flüssigkeit Im Vergleich zu konventionellen Extraktionstechniken ist die ultraschallgestützte Extraktion ist eine einfache, effiziente und kostengünstige Methode. Zu den wichtigsten Vorteilen des Ultraschalleinsatzes in der Fest-Flüssig-Extraktion zählen die Steigerung der Extraktionsausbeute sowie der schnellere Massetransfer. Die Ultraschallextraktion ist eine häufig anwendete Technik für die Extraktion von Pflanzenmaterial in Lösungsmitteln. Es ist erwiesen, dass Ultraschall im Vergleich zu traditionellen Methoden für eine schnellere und vollständigere Extraktion liefert, da die Transferfläche zwischen der festen und flüssigen Phase aufgrund des effizienten Zellaufschlusses und der feinen Partikeldispersion deutlich größer ist. Die Ultraschallextraktion kann auch bei gensenkten Prozesstemperaturen durchgeführt werden, so dass die Extraktion temperaturempfindlicher Komponenten problemlosmöglich ist. Im Vergleich mit anderen neuartigen Extraktionstechniken wie z.B. der Mikrowellenextraktion, sind Ultraschallgeräte kostengünstiger und einfacher handzuhaben. Darüber hinaus kann die ultraschallgestützte Extraktion auch mit Lösungsmitteln, z.B. der Soxhlet-Extraktion, kombiniert werden, wodurch zahlreiche Naturstoffe extrahiert werden können. [Wang Et Al. 2006] Explosionssichere Ultraschallsysteme sind für Installationen im Technikum und in der Industrie verfügbar. Der grundlegende Vorteil des Ultraschallverfahrens gegenüber anderen Methoden ist die vollständige Kontrolle der wichtigsten Parameter: Amplitude, Zeit, Temperatur, Druck und Konzentration/ Viskosität. Dadurch kann der Extraktionsprozess optimiert und somit sichergestellt werden, dass die Struktur der Extrakte nicht beschädigt wird.