Турбоекстракция на канела с ултразвук

Традиционната екстракция на канела отнема много време и е сравнително неефективна. Ултразвуковата екстракция е проста, но високоефективна техника за интензифициране на процеса, която съкращава времето за екстракция до няколко часа и едновременно увеличава добива на етерично масло от канела.

Подобрена екстракция на канела с ултразвук

Традиционната екстракция на етерично масло от канела се извършва чрез парна дестилация на канелена кора и листа. Традиционната парна дестилация е много бавна и отнема много време. Колкото по-висок е целевият добив на канелено масло, толкова по-продължителна е парната дестилация, което означава, че парната дестилация на котел с канелени листа може да отнеме до 12 часа, докато парната дестилация на канелена кора може да отнеме повече от 24 часа. Ултразвуковата екстракция разрушава клетъчните структури на канелената кора и листата, така че канеленото масло се освобождава бързо и напълно. Ултразвуковата екстракция значително ускорява парната дестилация, като съкращава времето за обработка от цял ден до няколко часа и същевременно увеличава добива на етерично масло от канела.
Ултразвуковата екстракция освобождава пълния спектър от ароматни съединения на канелата, включително цинамалдехид, линалоол, евгенол и канелена киселина. Получаването на екстракт с пълен спектър от висококачествени съединения на етеричното масло е причината за превъзходното качество на канелените масла, извлечени с ултразвук. По-специално цинамалдехидът, основното органично съединение, придава на канелата характерния ѝ вкус и аромат. Тъй като ултразвуковата обработка е нетермична обработка, съединенията на етеричното масло са защитени от термично разграждане. Следователно ултразвуковата екстракция произвежда етерични масла с интензивен аромат, които отговарят на най-високите стандарти за качество.
Ултразвуковата екстракция може да се прилага върху канелена кора и листа. Маслото от канелени листа има по-силен аромат в сравнение с маслото от кората. Канелените листа съдържат големи количества евгенол.

Защо ултразвуковата екстракция превъзхожда парната дестилация

За да се произвеждат етерични масла от канела чрез парна дестилация, етеричните масла трябва първо да се освободят от растителната матрица (т.е. растителните клетки в канелените листа или кора). При парната дестилация растителният материал от канела се вари до 24 часа в котли. Самостоятелно топлината е сравнително неефективна при разрушаването на клетъчните структури и освобождаването на задържаните етерични масла. Обикновено варенето не освобождава напълно задържаните етерични масла и големи количества остатъчни масла се губят, тъй като не са извлечени. След процеса на термична екстракция се извършва парната дестилация. За целта се кипва смес от две несмесващи се течности (т.е. етерично масло и вода). Сместа започва да кипи, когато сумарното им парно налягане достигне 760 mm Hg. Така температурата на кипене на смес от вода и етерично масло ще бъде по-ниска от температурата на кипене на всеки от компонентите поотделно. Традиционната хидродестилация има значителни недостатъци: продължителният процес на варене и обработка с пара изисква много време и енергия.
Ултразвуковата екстракция действа чрез акустична кавитация. Акустичната кавитация възниква, когато в течност се предават мощни ултразвукови вълни (например в суспензия, състояща се от растителен материал в разтворител или вода). Ултразвуковите вълни преминават през течността, като предизвикват редуващи се цикли на високо / ниско налягане. По време на циклите с ниско налягане се образуват миниатюрни вакуумни мехурчета (т.нар. кавитационни мехурчета), които нарастват в продължение на няколко цикъла на налягане. При определен размер, когато мехурчетата вече не могат да поглъщат повече енергия, те имплодират бурно по време на цикъл с високо налягане. Имплозията на мехурчетата се характеризира с интензивни кавитационни сили, включително микротурбулентност и течни струи със скорости до 100m/s. Тези кавитационни ефекти на срязване са известни и като сономеханични ефекти. Ултразвуковата екстракция на биоактивни молекули се дължи главно на сономеханични ефекти: разбъркването и турбулентността разрушават клетките и подпомагат масопреноса. Това означава, че биоактивните молекули, като етерични масла, полифеноли, терпени и канабиноиди, се освобождават от матрицата на растителните клетки в разтворителя.
Предимството на ултразвуковата екстракция пред традиционния метод на варене и парна дестилация е сравнително по-голямото количество извлечени етерични масла и други органични съединения за значително по-кратко време. По-високите добиви от екстракцията предотвратяват загубата на суровина и правят екстракцията по-рентабилна. Икономиите на време и енергия, постигнати чрез ултразвукова екстракция, са съществени. Като нетермичен метод ултразвуковата екстракция предпазва термочувствителните съединения от разграждане, причинено от топлина.
Умерените температури и краткото време за обработка са основни предимства на ултразвуковата екстракция, тъй като се предотвратява термичното разлагане на природните екстракти. Това прави ултразвуковата екстракция високоефективна и следователно ултразвуковата обработка дава етерични масла с превъзходно качество.

Изследвания на ултразвуковата екстракция на канела

Научните изследвания и промишлеността вече са възприели ултразвуковата екстракция за производството на висококачествени етерични масла от множество растителни суровини, включително канелени листа и кора.

Ултразвукова хидродестилация на канела

Chen et al. (2020) изследват хидродестилацията, подпомагана с ултразвук, и заключават, че ултразвуковата обработка значително подобрява процеса на дестилация. Ултразвуковата парна дестилация осигурява по-високи добиви на канелено масло при драстично съкратено време за екстракция. Чрез GC-MS анализ те показват, че хидродестилацията, подпомагана с ултразвук, осигурява по-ценно етерично масло с високо съдържание на основното съединение транс-цинамалдехид в сравнение с традиционната хидродестилация. Изображението от сканираща електронна микроскопия (SEM) потвърждава ефективността на ултразвуковата обработка за екстракция на канелено масло. Освен това анализът на потреблението на електроенергия и емисиите на CO2 показва, че процесът на хидродестилация, подпомагана с ултразвук, е по-икономичният и по-екологичният подход. Затова Chen et al. обобщават, че хидродестилацията, подпомагана с ултразвук, е ефективна и екологична технология за екстракция на етерично масло от канела, която може да подобри количеството и качеството на канелените масла.

Ултразвукова екстракция на канела с дълбоко евтектични разтворители

Доказано е, че ултразвуковата екстракция с дълбоко евтектични разтворители е превъзходна техника за извличане с висок добив на транс-цинамалдехид и кумарин от канелена кора.
При оптимални условия методът дава по-високо съдържание на транс-цинамалдехид и кумарин от полученото чрез конвенционални методи (екстракция под обратен хладник, екстракция по Сокслет и мацерация) с органични разтворители (96% етанол). Установено е, че оптималните условия за ултразвукова екстракция с природни дълбоко евтектични разтворители са холинов хлорид–лимонена киселина (ChCl-CA) с добавяне на 40% вода и време за екстракция 30 минути за извличане на транс-цинамалдехид (9,24 ± 0,01 mg/g) и кумарин (11,6 ± 0,11 mg/g) от канелена кора (C. burmannii Blume). Необходими са допълнителни изследвания за проучване на фармакологичната активност на транс-цинамалдехида и кумарина от канелената кора. (вж. Aryati et al. 2020)

Изображение на повърхността на канелена кора, получено чрез сканираща електронна микроскопия при увеличение 1000x; изсушен прах (a); след екстракция чрез мацерация (b); след екстракция под обратен хладник (c); след екстракция по Сокслет (d); след екстракция с NADES-UAE ChCl-CA (e).
изследване и изображение от Aryati et al. 2020

Високопроизводителни ултразвукови екстрактори

Ултразвуковата екстракция е надеждна технология за обработка, която улеснява и ускорява производството на висококачествени етерични масла. Портфолиото на Hielscher Ultrasonics обхваща пълната гама от компактни лабораторни ултразвукови уреди до промишлени системи за екстракция. Така ние от Hielscher можем да ви предложим най-подходящия ултразвуков уред за предвидения капацитет на вашия процес. Нашият екип с дългогодишен опит ще ви съдейства от изпитванията за приложимост и оптимизацията на процеса до инсталирането на вашата ултразвукова система на окончателния производствен мащаб.
Малката заемана площ на нашите ултразвукови екстрактори, както и разнообразните им възможности за монтаж, позволяват те да се поберат дори в производствени обекти с ограничено пространство. Ултразвукови процесори са инсталирани по целия свят в предприятия за производство на храни, фармацевтични продукти и хранителни добавки.

Hielscher Ultrasonics – усъвършенствано оборудване за екстракция

Продуктовото портфолио на Hielscher Ultrasonics обхваща пълната гама високопроизводителни ултразвукови екстрактори от малък до голям мащаб. Допълнителните принадлежности позволяват лесно сглобяване на най-подходящата конфигурация на ултразвуковия уред за вашия процес на екстракция. Оптималната ултразвукова конфигурация зависи от предвидените капацитет, обем, суровина, периодичен или проточен процес и времеви график.

Периодична и проточна обработка

Ултразвуковите уреди на Hielscher могат да се използват за периодична и непрекъсната проточна обработка. Периодичната ултразвукова обработка е идеална за изпитване и оптимизация на процеса, както и за производство в малък до среден мащаб. За обработка на големи обеми растителни суровини (например канелени листа и кора) проточната обработка може да бъде по-изгодна. Въпреки че периодичната обработка изисква само много проста конфигурация, тя отнема повече време и труд. Непрекъснатият проточен процес на екстракция изисква усъвършенствана конфигурация – състояща се от помпа, маркучи или тръби и резервоари – но е по-ефективен, по-бърз и изисква значително по-малко труд. Hielscher Ultrasonics разполага с най-подходящата конфигурация за екстракция за вашия обем на екстракция и технологични цели.

Ултразвукови екстрактори за всеки производствен капацитет

Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics обхваща пълния спектър от ултразвукови процесори – от компактни лабораторни ултразвукови уреди през настолни и пилотни системи до изцяло промишлени ултразвукови процесори с капацитет да обработват количества, равни на товари от камиони, за час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящия ултразвуков екстрактор за вашата суровина, капацитет на процеса и производствени цели.
Настолните ултразвукови системи са идеални за изпитвания за приложимост и оптимизация на процеса. Линейното увеличаване на мащаба въз основа на установени параметри на процеса прави много лесно увеличаването на капацитета за обработка от по-малки партиди до пълномащабно търговско производство. Увеличаването на мащаба може да се извърши чрез инсталиране на по-мощен ултразвуков екстрактор или чрез паралелно обединяване на няколко ултразвукови уреда. С UIP16000 Hielscher предлага най-мощния ултразвуков екстрактор в света.

Прецизно регулируеми амплитуди за оптимални резултати

Всички ултразвукови уреди на Hielscher позволяват прецизно управление и поради това са надеждни работни инструменти в производството. Амплитудата е един от решаващите параметри на процеса, които влияят върху ефективността и резултатността на ултразвуковата екстракция на етерични масла от канела.
Всички процесори на Hielscher Ultrasonics позволяват прецизно задаване на амплитудата. Сонотродите и усилвателите на амплитудата са принадлежности, които позволяват промяна на амплитудата в още по-широк диапазон. Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher могат да осигуряват много високи амплитуди и необходимия ултразвуков интензитет за взискателни приложения. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7.
Прецизните настройки на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да обработвате вашите канелени листа и кора при най-ефективните ултразвукови условия. Оптимална ултразвукова обработка за най-добри резултати от екстракцията!
Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при тежко натоварване и в трудни условия. Това прави ултразвуковото оборудване на Hielscher надежден работен инструмент, който изпълнява вашите изисквания за екстракция.

Лесно изпитване без риск

Ултразвуковите процеси могат да се мащабират напълно линейно. Това означава, че всеки резултат, който сте постигнали с лабораторен или настолен ултразвуков уред, може да бъде мащабиран до точно същия резултат при използване на точно същите параметри на процеса. Това прави ултразвуковата обработка идеална за изпитвания за приложимост без риск, оптимизация на процеса и последващо внедряване в търговско производство. Свържете се с нас, за да научите как ултразвуковата обработка може да увеличи производството ви на канелен екстракт.

Най-високо качество – проектирано и произведено в Германия

Като семейна компания, управлявана от семейството собственик, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество за своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови уреди се проектират, произвеждат и изпитват щателно в нашата централа в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят надежден работен инструмент във вашето производство. Работата 24/7 при пълно натоварване и в трудни условия е присъща характеристика на високопроизводителните смесители на Hielscher.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови уреди: