Efir yağlarının ultrasəs hidrodistillasiyası

Efir yağlarının ənənəvi ekstraksiyası bahalıdır və çox vaxt tələb edir. Ultrasəslə emal ekstraksiyanı intensivləşdirərək daha yüksək çıxım və daha üstün ekstrakt keyfiyyəti təmin edir. Səmərəliliyi və keyfiyyəti artırmaq üçün Hielscher sonikatorları istənilən ənənəvi hidrodistillasiya sisteminə asanlıqla inteqrasiya edilə bilər.

Bitkilərdən efir yağlarının hidrodistillasiyası

Hidrodistillasiya bitki materialından fitokimyəvi birləşmələri ekstraksiya etmək üçün istifadə olunan buxar distillasiyasının bir variantıdır. Bu prosesdə bitki materialı müəyyən müddət ərzində suda isladılır, sonra qarışıq qızdırılır. Uçucu birləşmələr buxarla daşınır, sonra kondensasiya olunur və ayrılır. Hidrodistillasiyanın əsaslandığı buxar distillasiyası üsulu efir yağlarının ayrılması üçün, məsələn, ətriyyatda geniş istifadə olunur.
Bir çox üzvi birləşmə uzun müddət yüksək temperaturun təsiri altında parçalanmağa meyilli olduğundan, sənayedə daha yaxşı nəticələr verən (daha üstün keyfiyyət və daha yüksək çıxım) yumşaq alternativ emal üsulları getdikcə daha çox tətbiq olunur. Ultrasəs hidrodistillasiyası belə üsullardan biridir – yüksək keyfiyyətli efir yağlarının istehsalında istifadə olunan yumşaq, lakin yüksək səmərəli ekstraksiya üsuludur.

Ənənəvi efir yağı istehsalının çətinlikləri

Buxar distillasiyası kimi ənənəvi ekstraksiya üsullarının problemləri kommersiya miqyasında efir yağlarının ekstraksiyası üçün çox böyük miqdarda bitki materialının tələb olunması ilə bağlıdır. 1kg (2 1/4 lb) lavanda efir yağı üçün təxminən 200kg (440lb) təzə lavanda çiçəyi, 1kg qızılgül yağı üçün 2,5 ilə 5 metrik ton arasında qızılgül ləçəyi tələb olunur, 1kg limon efir yağı üçün isə xammal təxminən 3.000 limondan ibarətdir. Buna görə də efir yağları çox bahalıdır. Qızılgül absolyutunun qiyməti litr başına təxminən 20.000€ (21,000US$) təşkil edir.
Rentabellik və rəqabət qabiliyyəti baxımından üstünlük qazanmaq üçün efir yağı istehsalçıları daha səmərəli və effektiv ekstraksiya üsulları tətbiq etməlidirlər. Ultrasəs ekstraksiyasının əlverişli üsulları yumşaq ekstraksiya şəraiti, yüksək çıxım və daha üstün ekstrakt keyfiyyəti ilə ənənəvi ekstraksiya üsullarını üstələyir. Ultrasəslə emal həlledici əsaslı və ya həlledicisiz ekstraksiya kimi həyata keçirilə bilər. Alternativ olaraq, zond tipli ultrasəs ekstraksiyası geniş istifadə olunan ekstraksiya sistemləri ilə birləşdirilə bilər, məsələn, Soxhlet ekstraksiyası, Clevenger ekstraksiyası, superkritik CO2, omik hidrodistillasiya və s. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultrasəsli omik hidrodistillasiya).

UP200S ultrasəs zondu ilə Sono-Clevenger: efir yağlarının yüksək səmərəliliklə ayrılması üçün ultrasəslə intensivləşdirilmiş hidrodistillasiya qurğusu.
(©Rasouli et al. 2021)

Ultrasəs ekstraksiyası ilə hidrodistillasiyanın birləşdirilməsinin üstünlükləri

Ultrasəs dəstəkli ekstraksiya və hidrodistillasiya hazırda yüksək keyfiyyətli efir yağlarının istehsalı üçün qəbul edilmiş bir üsuldur. Qeyri-termik ekstraksiya üsulu kimi ultrasəslə emal istiliyə həssas birləşmələrin termik parçalanmasının qarşısını alır. Eyni zamanda ekstraksiya səmərəliliyi və efir yağlarının çıxımı əhəmiyyətli dərəcədə artır. Efir yağlarının ultrasəslə istehsalının üstünlükləri aşağıda göstərilir:

1. Yüksək ekstraksiya səmərəliliyi: Zond tipli ultrasəs cihazı ilə ekstraksiya efir yağlarını buxar distillasiyası və ya həlledici ilə ekstraksiya kimi ənənəvi ekstraksiya üsullarından daha səmərəli ayırır. Bunun səbəbi səs dalğalarının mayedə kavitasiya yaratmasıdır; bu, bitki materialının hüceyrə divarlarının dağılmasına və daha çox efir yağının sərbəstləşməsinə kömək edir.
2. Daha qısa ekstraksiya müddəti: Ultrasəs ekstraksiyası efir yağlarını ənənəvi ekstraksiya üsullarından xeyli daha qısa müddətdə ekstraksiya edə bilər. Bunun səbəbi ultrasəs zondunun yaratdığı intensiv səs dalğalarının bitki materialına daha dərindən nüfuz edə, bitki hüceyrəsini daha yüksək səmərəliliklə dağıda və beləliklə efir yağını daha tez və daha effektiv ekstraksiya edə bilməsidir.
3. Efir yağının yaxşılaşdırılmış keyfiyyəti: Ultrasəs ekstraksiyası qeyri-termik emal olduğundan, ənənəvi ekstraksiya üsulları ilə müqayisədə daha yüksək keyfiyyətli efir yağları əldə etməyə imkan verə bilər. Bunun səbəbi ultrasəs dalğalarının yağa qoxu və müalicəvi xüsusiyyətlər verən həssas aromatik birləşmələri zədələmədən efir yağını ekstraksiya edə bilməsidir.
4. Enerjiyə qənaət: Ultrasəs ekstraksiyası buxar istehsalı üçün çox enerji tələb edən buxar distillasiyası kimi ənənəvi üsullarla müqayisədə enerjiyə qənaət edən ekstraksiya üsuludur.
5. Ətraf mühitə uyğunluq: Ultrasəslə emal təmiz və ətraf mühitə uyğun ekstraksiya üsuludur, çünki ətraf mühitə zərər verə bilən həlledicilərin və ya kimyəvi maddələrin istifadəsini tələb etmir.

Bu üstünlüklər efir yağlarının ultrasəs ekstraksiyasını ənənəvi ekstraksiya üsulları ilə müqayisədə çoxsaylı üstünlüklər təklif edən yüksək səmərəli və iqtisadi cəhətdən sərfəli üsula çevirir.

Superkritik karbon dioksid (sCO₂), ultrasəs dəstəkli ekstraksiya (UAE), təzyiqin dövri dəyişdirilməsi üsulu ilə birləşdirilmiş superkritik karbon dioksidlə ekstraksiya (SCE-PST) və Soxhlet ekstraksiyasının müqayisəsi göstərir ki, UAE ən səmərəli və ən sürətli ekstraksiya üsuludur.

Elmi tədqiqat: efir yağlarının ultrasəs hidrodistillasiyası

• Ekstraksiya xammalı: Kəklikotu, adaçayı, limonotu, lavanda və oreqanonun qurudulmuş yarpaqları
• Efir yağlarının artmış çıxımı: 29,58%-ə qədər daha çox efir yağı
• Daha qısa emal müddəti

Nenciu et al. (2026) tərəfindən aparılmış son tədqiqat kəklikotu, adaçayı, limonotu, lavanda və oreqanodan efir yağlarının alınmasında ultrasəs dəstəkli hidrodistillasiyanın üstünlüklərini nümayiş etdirdi. Qurudulmuş bitki materialı su ilə qarışdırıldı, Hielscher UP400St zond tipli sonikatorundan istifadə edilərək ilkin emaldan keçirildi və sonra buxarla distillə edildi. Akustik kavitasiya bitki toxumasını və yağ daşıyan vəzili strukturları dağıdaraq distillasiyadan əvvəl uçucu birləşmələrin sərbəstləşməsini asanlaşdırır. Optimallaşdırılmış şəraitdə – 1 cm ölçülü biokütlə hissəcikləri, 150 W ultrasəs gücü və 85 dəqiqəlik ekstraksiya – efir yağının çıxımı 1,42-dən 1,84% v/w-ə yüksəldi; bu, ənənəvi 120 dəqiqəlik hidrodistillasiya ilə müqayisədə 29,58%-ə qədər artım deməkdir. GC-MS analizi hər bir yağın səciyyəvi birləşmələrini, o cümlədən oreqanoda karvakrolu, kəklikotunda timolu, limonotunda sitral və geranialı, adaçayında sineol və kamforanı, lavandada isə linalool və linalil asetatı təsdiqlədi. Nəticələr göstərir ki, ultrasəslə ilkin emal efir yağının çıxımını artıra və hidrodistillasiya müddətini qısalda bilər, bununla da efir yağı istehsalının ümumi səmərəliliyini yaxşılaşdırır.

Ultrasəs dəstəkli hidrodistillasiya (UAHD) qurğusu: (a) UP400St sonikatoru (b) hidrodistillasiya qurğusu; (c) buxarın kondensasiyası + soyutma sistemi
Şəkil və tədqiqat: Nenciu et al., 2026

Daha yüksək efir yağı çıxımı: hidrodistillasiyadan əvvəl ultrasəs ekstraksiyası

Bitki materialından (məsələn, lavandin, adaçayı, sitrus və s.) efir yağının ultrasəs ekstraksiyası üçün UIP2000hdT kimi zond tipli ultrasəslə emal sistemi laboratoriya masası, pilot və istehsal miqyasında ekstraksiya üçün istifadə oluna bilər. Ekstraksiya sistemi partiyalı və ya axın xəttində işləyən sistem kimi qurula bilər.
Partiyalı ultrasəs ekstraksiyası üçün ətrafında soyuq su vannası olan qab tövsiyə olunur. Su vannası arzuolunmaz temperatur artımının və bunun nəticəsində yaranan parçalanmanın qarşısını almağa imkan verir. Lavandin efir yağının ekstraksiyası üçün lavanda çiçəkləri, məsələn, 2L distillə edilmiş su ilə 30 min müddətində ekstraksiya olunur. Ultrasəs amplitudası 60%-ə təyin edilir. Ultrasəslə ilkin emaldan sonra lavanda çiçəyi çıxarılır və efir yağını ekstraksiya etmək üçün ənənəvi buxar distillasiyası aparılır.
Axın xəttində ekstraksiya qurğusunda ultrasəs prosessoru sonotrod və axın hüceyrəsi ilə təchiz edilir. Soyutma məqsədilə axın hüceyrəsi reaktoru soyutma köynəyi ilə təchiz edilir. Ultrasəslə ilkin emal üçün maserasiya edilmiş bitki materialı reaksiya kamerasından nasosla keçirilir və orada birbaşa kavitasiya zonasından keçir. Axın xəttində ultrasəs ekstraksiyasının əlavə üstünlüyü ekstraksiya təsirini artırmaq üçün reaksiya kamerasında təzyiqi yüksəltmək imkanının olmasıdır.
Hidrodistillasiyadan əvvəl ultrasəslə ilkin emal ekstraksiya olunan efir yağlarının çıxımını artırır və ekstraksiya sürətini yaxşılaşdırır – nəticədə bütövlükdə daha səmərəli prosedur əldə olunur.

Praktiki tədqiqat: Satureja khuzistanica bitkisindən efir yağının ultrasəs hidrodistillasiyası

Rasouli et al. (2021) ənənəvi hidrodistillasiya ilə ultrasəslə intensivləşdirilmiş Clevenger üsulunu (Sono-Clevenger) müqayisə edərək Satureja khuzistanica Jamzad ot bitkisindən efir yağlarının ekstraksiya səmərəliliyini araşdırdılar. Onlar hər iki ekstraksiya üsulunu, hidrodistillasiyanı və ultrasəsli Clevenger üsulunu, alınan efir yağlarının ayrılma müddəti, çıxımı və keyfiyyəti baxımından müqayisə etdilər. Nəticələr göstərir ki, alınan efir yağlarının kimyəvi profili və bioloji xüsusiyyətləri hər iki üsulda müqayisəolunan dərəcədə yüksək keyfiyyətli olduğu halda, ultrasəs ekstraksiyası üsulu efir yağının ayrılmasında çıxım səmərəliliyini 40%-ə qədər artırır. Emal edilmiş Satureja yarpaqlarının skanedici elektron mikroskopiya (SEM) təsvirləri ultrasəslə emal zamanı bitki hüceyrə divarlarının daha səmərəli dağıldığını göstərir. Nəticədə ənənəvi hidrodistillasiya metodologiyası ilə müqayisədə efir yağı ekstraksiyasında təxminən 40% artım müşahidə edildi.
Bu tədqiqat hidrodistillasiyadan əvvəl ultrasəslə ilkin emalın araşdırıldığı və zond tipli ultrasəslə emalın ənənəvi üsullarla müqayisədə ekstraksiya müddətini və enerji sərfiyyatını azaltmaqla yanaşı, efir yağının həm keyfiyyətini, həm də miqdarını artırdığının göstərildiyi bir çox digər hesabatın nəticələrini təsdiqləyir.
 

Hidrodistillasiya və sono-clevenger üsulu üçün ekstraksiya çıxımının zamandan asılılığının müqayisəsi: Sono-Clevenger ilə efir yağlarının ultrasəs ekstraksiyası daha qısa ekstraksiya müddətində daha yüksək efir yağı çıxımı verir.
(©Rasouli et al. 2021)

Satureja yarpaqlarının SEM təsvirləri: (A) 4 saatlıq hidrodistillasiyadan sonra və (B) 60 min müddətində sono-clevenger emalından sonra. Daha qısa Sono-Clevenger emalı hüceyrələrin daha yaxşı dağılmasını və bununla da daha yüksək efir yağı çıxımını təmin edir.
(©Rasouli et al. 2021)

Efir yağlarının hidrodistillasiyası üçün ultrasəs ekstraktorları

Hielscher yüksək güclü ultrasəs ekstraktorları laboratoriya masasında, pilot qurğularda və sənaye qurğularında quraşdırılmaq üçün mövcuddur. Ultrasəs prosessorlarımız dəqiq idarə oluna bilir və intensiv akustik sahə yaratmaq üçün çox yüksək amplitudalar təmin edə bilir (sənaye ultrasəs cihazlarında 200µm-ə qədər, daha yüksək amplitudalar sorğu əsasında). Laboratoriyadan sənaye sistemlərinədək bütün ultrasəs cihazlarımız ağır iş şəraitində 24/7 işləmək üçün hazırlanıb.
Hielscher ultrasəs ekstraktorları mümkünlüyün yoxlanılması və prosesin optimallaşdırılması üçün laboratoriya masası miqyasında sınaqdan keçirilə bilər. Bundan sonra bütün proses nəticələri tam sənaye istehsalı miqyasına xətti şəkildə köçürülə bilər. Ultrasəslə emal sahəsində uzunmüddətli təcrübəmiz ilk sınaqlardan və prosesin optimallaşdırılmasından başlayaraq yüksək səmərəli sənaye əməliyyatının tətbiqinədək müştərilərimizə məsləhət və dəstək verməyə imkan yaradır.
Hielscher ultrasəs sistemlərinin imkanlarını öyrənmək üçün texniki laboratoriyamıza və proses mərkəzimizə baş çəkin!
Möhkəm ultrasəs sistemlərimiz partiyalı və axın xəttində ultrasəslə emal üçün istifadə oluna bilər. Efir yağı istehsalında ənənəvi hidrodistillasiya qurğusuna ultrasəs zondu quraşdırmaqla sinergik birləşmə əldə edilə bilər. Mövcud istehsal xətlərinin yenidən təchiz edilməsi də asanlıqla həyata keçirilə bilər.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:

Efir yağlarının ultrasəs ekstraksiyasının iş prinsipi

Ultrasəs ekstraksiyasının daha yüksək ekstraksiya çıxımı verdiyi və enerji sərfiyyatını azaltdığı sübut olunub. Ultrasəs ekstraksiyasının iş prinsipi ultrasəs kavitasiyasının yaratdığı qabarcıqların içəriyə doğru çökməsidir. Ultrasəs / akustik kavitasiya bitki toxumasında lipid tərkibli vəziləri dağıdan maye mikroşırnaqları yaradır. Bununla hüceyrə ilə həlledici arasında kütlə ötürülməsi yaxşılaşır və efir yağı sərbəstləşir. Müasir ultrasəs ekstraktorlarının əsas üstünlüklərindən biri iş parametrlərinə (məsələn, ultrasəs intensivliyi, temperatur, emal müddəti, təzyiq, qalma müddəti və s.) dəqiq nəzarətdir. Efir yağlarının artmış çıxımı, eləcə də daha az termik parçalanma, yüksək keyfiyyət və yaxşı qoxu və dad profili elmi cəhətdən sübut olunub (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Digər müasir ekstraksiya üsulları sənaye istehsalına miqyaslandırma üçün yalnız məhdud imkanlar təklif etdiyi halda, ultrasəs ekstraksiyasının sənaye səviyyəsinə miqyaslandırılması imkanı artıq sübut olunub. Məsələn, Yapon sitruslarından efir yağlarının ekstraksiya çıxımı ənənəvi ekstraksiya üsulları ilə müqayisədə 44% artırılıb (Mason et al. 2011).

Ədəbiyyat / İstinadlar

• Nenciu, Florin, Ana-Maria Tăbărașu, Cristina Fătu, Nicolae-Valentin Vlăduț, Iulian Voicea, Sorina Dinu (2026): Ultrasound-Assisted Hydrodistillation of Essential Oils for Eco-Friendly Biocontrol of Botrytis cinerea in Grapevines. Horticulturae 12, no. 9: 1054. 2026
• Rasouli, Seyed Reza; Nejad, Ebrahimi Samad; Rezadoost, Hassan (2021): Simultaneous ultrasound-assisted hydrodistillation of essential oil from aerial parts of the Satureja khuzistanica Jamzad and its antibacterial activity. Journal Of Medicinal Plants, Vol. 20, no. 80; 2021. 47–59.
• Dent, M.; Dragović-Uzelac, V; Elez Garofulić, I.; Bosiljkov, T.; Ježek, D.; Brnčić, M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound-assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from Sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q., 29 (3), 2015. 475–484.
• Djenni, Z.; Pingret, D.; Mason, T.J.; Chemat, F. (2013): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Anal. Methods 6, 2013. 1229-1233.
• Li, Y.; Fabiano-Tixier, A.-S.; Chemat, F. (2014): Essential Oils as Reagents in Green Chemistry, SpringerBriefs in Green Chemistry for Sustainability, 2014. p.9-20.
• Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 5750-5764.
• Pingret, D.; Fabiano-Tixier, A.-S.; Chemat, F. (2014): An Improved Ultrasound Clevenger for Extraction of Essential Oils. Food Anal. Methods 7, 2014. 9–12.
• Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
• Yoswathana, N.; Eshiaghi, M.N.; Jaturapornpanich, K. (2012): Enhancement of Essential Oil from Agarwood by Subcritical Water Extraction and Pretreatments on Hydrodistillation. International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering Vol:6, No:5, 2012. 453-459.