الاستخلاص فائق السرعة للقرفة بالموجات فوق الصوتية

يستغرق استخلاص القرفة بالطرق التقليدية وقتًا طويلًا، وهو غير فعّال نسبيًا. ويُعدّ الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية بسيطة، لكنها عالية الكفاءة لتكثيف العمليات، إذ تقلّل زمن الاستخلاص إلى بضع ساعات وتزيد في الوقت نفسه مردود الزيت العطري للقرفة.

تحسين استخلاص القرفة بالموجات فوق الصوتية

يُستخلص الزيت العطري للقرفة تقليديًا بالتقطير بالبخار للحاء القرفة وأوراقها. والتقطير التقليدي بالبخار بطيء جدًا ويستغرق وقتًا طويلًا. وكلما ارتفع المردود المستهدف من زيت القرفة، طالت مدة التقطير بالبخار، ما يعني أن تقطير قدر من أوراق القرفة بالبخار قد يستغرق ما يصل إلى 12 ساعة، بينما قد يستغرق تقطير لحاء القرفة بالبخار أكثر من 24 ساعة. ويفكّك الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية البنى الخلوية للحاء القرفة وأوراقها، بحيث يتحرّر زيت القرفة بسرعة وبالكامل. ويسرّع الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التقطير بالبخار بدرجة كبيرة، فيختصر زمن المعالجة من يوم كامل إلى بضع ساعات، مع زيادة مردود الزيت العطري للقرفة.
يحرّر الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الطيف الكامل من المركّبات العطرية للقرفة، بما فيها سينامالدهيد ولينالول وأوجينول وحمض السيناميك. ويعود تفوّق جودة زيوت القرفة المستخلصة بالموجات فوق الصوتية إلى الحصول على مستخلص كامل الطيف من مركّبات الزيوت العطرية عالية الجودة. ويمنح سينامالدهيد، وهو المركّب العضوي الرئيسي، القرفةَ على وجه الخصوص نكهتها ورائحتها المميّزتين. وبما أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية معالجة غير حرارية، فإنها تمنع التحلّل الحراري لمركّبات الزيوت العطرية. لذلك ينتج الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية زيوتًا عطرية قوية الرائحة تلبّي أعلى معايير الجودة.
يمكن تطبيق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على لحاء القرفة وأوراقها. وتكون رائحة زيت أوراق القرفة أقوى مقارنة بزيت اللحاء. وتحتوي أوراق القرفة على كميات كبيرة من الأوجينول.

لماذا يتفوّق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على التقطير بالبخار

لإنتاج الزيوت العطرية من القرفة بالتقطير بالبخار، يجب أولًا تحرير الزيوت العطرية من المصفوفة النباتية (أي الخلايا النباتية في أوراق القرفة أو لحائها). وفي التقطير بالبخار، تُغلى المادة النباتية للقرفة في قدور لمدة تصل إلى 24 ساعة. وتكون الحرارة وحدها غير فعّالة نسبيًا في تفكيك البنى الخلوية وتحرير الزيوت العطرية المحتجزة. وعمومًا، لا يحرّر الغليان الزيوت العطرية المحتجزة بالكامل، وتُهدر كميات أكبر من الزيوت المتبقية لعدم استخلاصها. وبعد عملية الاستخلاص الحراري، يُجرى التقطير بالبخار. ولهذا، يُغلى مزيج من سائلين غير قابلين للامتزاج (أي الزيت العطري والماء). ويبدأ المزيج بالغليان عندما يساوي مجموع ضغطي بخارهما 760 mm Hg. ولذلك تكون درجة غليان مزيج الماء والزيت العطري أقل من درجة غليان أيّ من المكوّنين منفردًا. وللتقطير المائي التقليدي عيوب كبيرة: فعملية الغليان والتبخير الطويلة تستهلك الكثير من الوقت والطاقة.
يعمل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عن طريق التجويف الصوتي. ويحدث التجويف الصوتي عند اقتران موجات فوق صوتية عالية القدرة بسائل (مثل معلّق يتكوّن من مادة نباتية في مذيب أو ماء). وتنتقل الموجات فوق الصوتية عبر السائل، فتُحدث دورات متناوبة من الضغط المرتفع / الضغط المنخفض. وخلال دورات الضغط المنخفض، تتكوّن فقاعات فراغية دقيقة (تُسمّى فقاعات التجويف)، وتنمو على مدى عدة دورات ضغط. وعندما تصل الفقاعات إلى حجم معيّن وتعجز عن امتصاص المزيد من الطاقة، تنهار بعنف إلى الداخل خلال دورة ضغط مرتفع. ويتميّز انهيار الفقاعات بقوى تجويف شديدة، تشمل اضطرابات دقيقة وتيارات سائلة بسرعات تصل إلى 100m/s. وتُعرف تأثيرات القص الناتجة عن التجويف هذه أيضًا بالتأثيرات الميكانيكية الصوتية. وينتج استخلاص الجزيئات النشطة حيويًا بالموجات فوق الصوتية أساسًا عن التأثيرات الميكانيكية الصوتية: إذ تؤدي الحركة والاضطرابات إلى تفكيك الخلايا وتعزيز انتقال الكتلة. وهذا يعني أن الجزيئات النشطة حيويًا، مثل الزيوت العطرية والبوليفينولات والتربينات والقنّبيات، تتحرّر من مصفوفة الخلايا النباتية إلى المذيب.
تتمثّل ميزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية مقارنة بالطريقة التقليدية للغليان والتقطير بالبخار في استخلاص كميات أكبر نسبيًا من الزيوت العطرية والمركّبات العضوية الأخرى خلال وقت أقصر بكثير. ويمنع مردود الاستخلاص الأعلى هدر المواد الخام ويجعل الاستخلاص أكثر ربحية. ويحقّق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية وفورات كبيرة في الوقت والطاقة. وبوصفه طريقة غير حرارية، فإنه يمنع تحلّل المركّبات الحساسة للحرارة بفعل التسخين.
تُعدّ درجات الحرارة المعتدلة وقِصر زمن المعالجة من المزايا الرئيسية للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية، لأنهما يمنعان التحلّل الحراري للمستخلصات الطبيعية. وهذا يجعل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عالي الكفاءة، ولذلك تُنتج المعالجة بالموجات فوق الصوتية زيوتًا عطرية فائقة الجودة.

دراسات حالة لاستخلاص القرفة بالموجات فوق الصوتية

اعتمد قطاعا البحث والصناعة بالفعل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لإنتاج زيوت عطرية عالية الجودة من العديد من المواد النباتية، بما فيها أوراق القرفة ولحاؤها.

التقطير المائي للقرفة بالموجات فوق الصوتية

درس Chen وآخرون (2020) التقطير المائي المعزّز بالموجات فوق الصوتية، وخلصوا إلى أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية حسّنت عملية التقطير بدرجة كبيرة. وقد حقّق التقطير بالبخار بالموجات فوق الصوتية مردودًا أعلى من زيت القرفة خلال زمن استخلاص انخفض بدرجة كبيرة جدًا. وباستخدام تحليل GC-MS، أظهروا أن التقطير المائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية أنتج زيتًا عطريًا أعلى قيمة، ذا محتوى مرتفع من المركّب الرئيسي ترانس-سينامالدهيد، مقارنة بالتقطير المائي التقليدي. وأكّدت صورة مجهرية إلكترونية ماسحة (SEM) كفاءة المعالجة بالموجات فوق الصوتية في استخلاص زيت القرفة. بالإضافة إلى ذلك، يُظهر تحليل استهلاك الكهرباء وانبعاثات CO2 أن عملية التقطير المائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية هي النهج الأكثر اقتصادية والأكثر مراعاة للبيئة. ولذلك يلخّص Chen وآخرون نتائجهم بأن التقطير المائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية تقنية فعّالة وخضراء لاستخلاص الزيت العطري للقرفة، ويمكنها تحسين كمية زيوت القرفة وجودتها.

استخلاص القرفة بالموجات فوق الصوتية باستخدام المذيبات اليوتكتيكية العميقة

ثبت أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام المذيبات اليوتكتيكية العميقة تقنية متفوّقة لاستخلاص ترانس-سينامالدهيد والكومارين من لحاء القرفة بمردود مرتفع.
أعطت هذه الطريقة في الظروف المثلى محتوى أعلى من ترانس-سينامالدهيد والكومارين مقارنة بما تم الحصول عليه بالطرق التقليدية (الاستخلاص بالارتجاع وسوكسليت والنقع) باستخدام المذيبات العضوية (إيثانول 96%). وتبيّن أن الظروف المثلى للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية تتمثّل في كلوريد الكولين–حمض الستريك (ChCl-CA)، مع إضافة 40% من الماء وزمن استخلاص قدره 30 دقيقة، لاستخلاص ترانس-سينامالدهيد (9.24 ± 0.01 mg/g) والكومارين (11.6 ± 0.11 mg/g) من لحاء القرفة (C. burmannii Blume). وينبغي إجراء مزيد من الدراسات لاستكشاف النشاط الدوائي لترانس-سينامالدهيد والكومارين المستخلصين من لحاء القرفة. (راجع Aryati وآخرين 2020)

صورة سطح لحاء القرفة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح بتكبير 1000x؛ المسحوق المجفّف (a)؛ بعد الاستخلاص بالنقع (b)؛ بعد الاستخلاص بالارتجاع (c)؛ بعد الاستخلاص بسوكسليت (d)؛ بعد الاستخلاص باستخدام NADES-UAE ChCl-CA (e).
الدراسة والصورة من إعداد Aryati وآخرين 2020

أجهزة استخلاص عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية

الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية معالجة موثوقة تُسهّل إنتاج الزيوت العطرية عالية الجودة وتسرّعه. وتشمل مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics النطاق الكامل، من أجهزة المعالجة المختبرية المدمجة بالموجات فوق الصوتية إلى أنظمة الاستخلاص الصناعية. وبذلك يمكننا في Hielscher أن نقدّم لكم جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية الأنسب لطاقة المعالجة التي تستهدفونها. وسيساعدكم فريقنا ذو الخبرة الطويلة بدءًا من اختبارات الجدوى وتحسين العملية، وصولًا إلى تركيب نظام الموجات فوق الصوتية لديكم على مستوى الإنتاج النهائي.
تتيح المساحة الصغيرة التي تشغلها أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لدينا، إلى جانب تنوّع خيارات تركيبها، ملاءمتها حتى لمنشآت المعالجة محدودة المساحة. وتُركّب معالجات الموجات فوق الصوتية في منشآت إنتاج الأغذية والأدوية والمكمّلات الغذائية حول العالم.

Hielscher Ultrasonics – معدّات استخلاص متطوّرة

تشمل مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics النطاق الكامل من أجهزة الاستخلاص عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية، من المقاييس الصغيرة إلى الكبيرة. وتتيح الملحقات الإضافية تجميع التكوين الأنسب لجهاز الموجات فوق الصوتية لعملية الاستخلاص لديكم بسهولة. ويعتمد التكوين الأمثل لنظام الموجات فوق الصوتية على الطاقة المستهدفة والحجم والمواد الخام، وما إذا كانت العملية على دفعات أو ضمن خط الإنتاج، والجدول الزمني.

المعالجة على دفعات وضمن خط الإنتاج

يمكن استخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher للمعالجة على دفعات وللمعالجة المستمرة بالتدفق عبر الجهاز. وتُعدّ المعالجة على دفعات بالموجات فوق الصوتية مثالية لاختبار العمليات وتحسينها وللإنتاج على نطاق صغير إلى متوسط. وعند إنتاج كميات كبيرة من المواد النباتية (مثل أوراق القرفة ولحائها)، قد تكون المعالجة ضمن خط الإنتاج أكثر فائدة. وفي حين لا تتطلّب المعالجة على دفعات سوى تجهيز بسيط جدًا، فإنها تستلزم وقتًا وعملًا أكثر. وتتطلّب عملية الاستخلاص المستمرة ضمن خط الإنتاج تجهيزًا متطوّرًا – يتكوّن من مضخة وخراطيم أو أنابيب وخزانات – لكنها أكثر كفاءة وأسرع وتتطلّب عملًا أقل بكثير. وتوفّر Hielscher Ultrasonics تجهيز الاستخلاص الأنسب لحجم الاستخلاص لديكم وأهداف العملية.

أجهزة استخلاص بالموجات فوق الصوتية لكل طاقة إنتاجية

تغطّي مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics النطاق الكامل من معالجات الموجات فوق الصوتية، بدءًا من أجهزة المعالجة المختبرية المدمجة بالموجات فوق الصوتية، مرورًا بالأنظمة المنضدية والتجريبية، وصولًا إلى معالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل، القادرة على معالجة حمولات شاحنات في الساعة. وتتيح لنا مجموعة المنتجات الكاملة أن نقدّم لكم جهاز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الأنسب للمواد الخام وطاقة المعالجة وأهداف الإنتاج لديكم.
تُعدّ أنظمة الموجات فوق الصوتية المنضدية مثالية لاختبارات الجدوى وتحسين العمليات. ويجعل التوسّع الخطي في النطاق، استنادًا إلى معلمات العملية المعتمدة، زيادة طاقات المعالجة من دفعات صغيرة إلى الإنتاج التجاري الكامل أمرًا سهلًا للغاية. ويمكن التوسّع إما بتركيب وحدة استخلاص بالموجات فوق الصوتية أعلى قدرة، أو بتجميع عدة أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية تعمل بالتوازي. ومن خلال UIP16000، تقدّم Hielscher أقوى جهاز استخلاص بالموجات فوق الصوتية في العالم.

سعات اهتزاز قابلة للتحكّم الدقيق لتحقيق نتائج مثلى

يمكن التحكّم بدقة في جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher، مما يجعلها أدوات عمل موثوقة في الإنتاج. وتُعدّ سعة الاهتزاز إحدى معلمات العملية الحاسمة التي تؤثّر في كفاءة وفعالية استخلاص الزيوت العطرية من القرفة بالموجات فوق الصوتية.
تتيح جميع معالجات Hielscher Ultrasonics ضبط سعة الاهتزاز بدقة. وتُعدّ السونوترودات وأبواق تعزيز الاهتزاز ملحقات تتيح تعديل سعة الاهتزاز ضمن نطاق أوسع. ويمكن لمعالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية من Hielscher توفير سعات اهتزاز عالية جدًا وشدة الموجات فوق الصوتية المطلوبة للتطبيقات الصعبة. ويمكن بسهولة التشغيل المستمر بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm بنظام تشغيل 24/7.
يتيح لكم الضبط الدقيق لسعة الاهتزاز والمراقبة الدائمة لمعلمات عملية الموجات فوق الصوتية عبر برمجيات ذكية معالجة أوراق القرفة ولحائها بأكثر ظروف الموجات فوق الصوتية فعالية. معالجة مثلى بالموجات فوق الصوتية لتحقيق أفضل نتائج الاستخلاص!
تتيح متانة معدّات الموجات فوق الصوتية من Hielscher التشغيل بنظام 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات الصعبة. وهذا يجعل معدّات الموجات فوق الصوتية من Hielscher أداة عمل موثوقة تلبّي متطلّبات الاستخلاص لديكم.

اختبارات سهلة وخالية من المخاطر

يمكن توسيع نطاق عمليات الموجات فوق الصوتية بصورة خطية تمامًا. وهذا يعني أن كل نتيجة حقّقتموها باستخدام جهاز مختبري أو منضدي للمعالجة بالموجات فوق الصوتية يمكن توسيع نطاقها للحصول على الناتج نفسه تمامًا باستخدام معلمات العملية نفسها تمامًا. وهذا يجعل المعالجة بالموجات فوق الصوتية مثالية لاختبارات الجدوى الخالية من المخاطر، وتحسين العمليات، وتنفيذها لاحقًا في التصنيع التجاري. اتصلوا بنا لمعرفة كيف يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية زيادة إنتاج مستخلص القرفة لديكم.

أعلى جودة – تصميم وتصنيع في ألمانيا

بصفتها شركة عائلية الملكية والإدارة، تعطي Hielscher الأولوية لأعلى معايير الجودة في معالجات الموجات فوق الصوتية لديها. وتُصمَّم جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتُصنَّع وتُختبر بدقة في مقرّنا الرئيسي في Teltow قرب برلين، ألمانيا. وتجعل متانة معدّات الموجات فوق الصوتية من Hielscher وموثوقيتها منها أداة عمل قوية في الإنتاج لديكم. ويُعدّ التشغيل بنظام 24/7 تحت الحمل الكامل وفي البيئات الصعبة سمة أصيلة لخلاطات Hielscher عالية الأداء.

يقدّم الجدول أدناه مؤشرًا على طاقة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا: