Ултразвукова хидродестилация на етерични масла

• Конвенционалното извличане на етерични масла е скъпо и отнема много време.
• Ултразвуковата екстракция дава по-високи добиви и превъзходно качество на екстракта.
• Ултразвукът може да се извърши като метод на екстракция на основата на разтворител или вода. Като алтернатива, ултразвукът може да се комбинира с традиционните системи за извличане за подобряване на ефективността и качеството.

Хидродестилация на растителни екстракти

Хидродестилацията е вариант на парна дестилация. За хидродестилационната екстракция растителният материал се накисва за известно време във вода, след което сместа се нагрява и летливите материали се отнасят в парата, кондензират се и се отделят. Това е често срещан процес на екстракция за отделяне на фитохимични съединения от растителния материал. Парната дестилация е често срещана техника за изолиране на етерични масла, например за парфюмерия.
Тъй като много органични съединения са склонни да се разлагат при високи устойчиви температури, индустрията прави крачка напред, за да използва алтернативни меки методи за обработка, които дават по-добри резултати от екстракцията (превъзходно качество, по-високи добиви). Ултразвуковата хидродестилация е мека, но високоефективна техника на екстракция, която се използва за производство на висококачествени етерични масла.

Предизвикателства пред конвенционалното производство на етерични масла

Проблемите на традиционните техники за екстракция като парната дестилация се крият в огромните количества растителен материал, който е необходим за извличане на етерични масла в търговски мащаб. За 1 кг (2 1/4 фунта) етерично масло от лавандула са необходими приблизително 200 кг (440 фунта) пресни лавандулови цветя, за 1 кг розово масло са необходими между 2,5 и 5 метрични тона розови листенца, а за 1 кг етерично масло от лимон суровината се състои от приблизително 3,000 лимона. Следователно етеричните масла са много скъпи. За розов абсолют цената е около 20 000 евро (21 000 щатски долара) за литър.
За да получат предимства по отношение на рентабилността и конкурентоспособността, производителите на етерични масла трябва да прилагат по-ефикасни и ефективни методи за екстракция. Благоприятните техники на ултразвукова екстракция превъзхождат традиционните методи на екстракция с меки условия на екстракция, високи добиви и превъзходно качество на екстракта. Сонификацията може да се извърши като екстракция на основата на разтворител или без разтворители. Алтернативно, ултразвуковата екстракция от тип сонда може да се комбинира с общи системи за екстракция, напр. Извличане на Сокслет, екстракция по Клевенджър, свръхкритичен CO2, омична хидродестилация и др. (Соно-Сокслет, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ултразвукова омична хидродистилация).

Предимства на ултразвуковата екстракция и хидродестилация

Ултразвуковата екстракция и хидродестилация в днешно време е утвърдена техника за производство на висококачествени етерични масла. Като техника за нетермично извличане, ултразвукът избягва термичното разграждане на чувствителни към топлина съединения. В същото време ефективността на екстракция и добивите на етерични масла се увеличават значително. Открийте предимствата на ултразвуковото производство на етерично масло по-долу:

1. Висока ефективност на извличане: Екстракцията с помощта на ултразвуков ултразвук тип сонда изолира етеричните масла по-ефективно от традиционните методи за екстракция, като парна дестилация или екстракция с разтворител. Това е така, защото звуковите вълни причиняват кавитация в течността, която помага за разграждането на клетъчните стени на растителния материал и освобождаването на повече от етеричното масло.
2. По-кратко време за извличане: Ултразвуковата екстракция може да извлече етерични масла за много по-кратко време от традиционните методи за екстракция. Това е така, защото интензивните звукови вълни, генерирани от ултразвукова сонда, могат да проникнат по-дълбоко в растителната материя, да разрушат растителната клетка с превъзходна ефективност и следователно да извлекат етеричното масло по-бързо и ефикасно.
3. Подобрено качество на етеричното масло: Тъй като ултразвуковата екстракция е нетермична обработка, тя може да произвежда етерични масла с по-високо качество от традиционните методи за екстракция. Това е така, защото ултразвуковите вълни могат да извлекат етеричното масло, без да увреждат деликатните ароматни съединения, които придават аромата и терапевтичните свойства на маслото.
4. Енергийно ефективен: Ултразвуковата екстракция е енергийно ефективен метод за екстракция в сравнение с традиционните методи, като парна дестилация, която изисква много енергия за производство на пара.
5. Екологични: Ултразвукът е чиста и екологична техника на екстракция, тъй като не изисква използването на разтворители или химикали, които могат да бъдат вредни за околната среда.

Тези предимства превръщат ултразвуковата екстракция на етерично масло във високоефективна и икономична техника, която предлага много предимства пред традиционните методи за екстракция.

Ултразвуковата екстракция изисква само много кратко време, генерирайки най-добри добиви за екстракция. Сравнението на свръхкритичен въглероден диоксид (sCO2), ултразвукова екстракция (ОАЕ), свръхкритична екстракция на въглероден диоксид, комбинирана с техника на люлеене под налягане (SCE-PST) и екстракция на Сокслет, показва, че ОАЕ е най-ефективната и бърза техника за екстракция.

Принцип на работа на ултразвуковото извличане на етерично масло

Доказано е, че ултразвуковата екстракция дава по-високи добиви на екстракция и намалява консумацията на енергия. Принципът на работа на ултразвуковата екстракция е имплозията на мехурчета, генерирана от ултразвукова кавитация. Ултразвуковата/акустичната кавитация генерира течни микроструи, които разрушават липидните жлези в растителната тъкан. По този начин се подобрява преносът на маса между клетката и разтворителя и се освобождава етеричното масло. Основно предимство на съвременните ултразвукови екстрактори е прецизният контрол върху работните параметри (напр. ултразвуков интензитет, температура, време за обработка, налягане, време на задържане и т.н.). Повишеният добив на етерични масла, както и по-ниското термично разграждане, високото качество и добрият аромат и вкусов профил са научно доказани (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Докато други съвременни техники за екстракция предлагат само ограничени възможности за мащабиране до промишлено производство, силата за увеличаване на ултразвуковата екстракция до индустриално ниво вече е доказана. Например, добивът на етерични масла от японски цитрусови плодове е увеличен с 44% в сравнение с традиционните методи за екстракция (Mason et al. 2011).

Ултразвукова предварителна обработка за извличане на етерични масла

За ултразвукова екстракция на етерично масло от растителен материал (напр. лавандин, градински чай, цитрусови плодове и др.) може да се използва система за ултразвукова обработка като UIP2000hdT за екстракция в настолен, пилотен и производствен мащаб. Системата за извличане може да бъде настроена като партидна или вградена система.
За ултразвукова екстракция на партиди се препоръчва контейнер със заобикаляща баня със студена вода. Водната баня позволява да се избегне нежелано повишаване на температурата и произтичащото от това влошаване. За екстракция на етерично масло от лавандин, лавандуловите цветове се извличат например с 2 л дестилирана вода за време на екстракция от 30 минути. Ултразвуковата амплитуда е настроена на 60%. След ултразвуковата предварителна обработка лавандуловият цвят се отстранява и се извършва конвенционална парна дестилация за извличане на етеричното масло.
За настройката за вградена екстракция, ултразвуковият процесор е оборудван със сонотрод и проточна клетка. За целите на охлаждането реакторът с поточна клетка е оборудван с охлаждаща риза. За ултразвукова предварителна обработка мацерираният растителен материал се изпомпва през реакционната камера, където преминава директно през кавитационната зона. Допълнително предимство на ултразвуковата вградена екстракция е възможността за налягане в реакционната камера за увеличаване на ефекта на екстракция.
Ултразвуковата предварителна обработка преди хидродестилация увеличава добива на извлечените етерични масла и подобрява скоростта на екстракция – което води до цялостно по-ефективна процедура.

Sono-Clevenger с ултразвукова сонда UP200S: Ултразвуково засилена хидродестилационна инсталация за високоефективно изолиране на етерични масла.
(©Rasouli et al. 2021)

Казус: Ултразвукова хидродестилация на етерично масло от Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) изследва ефективността на екстракция на етерични масла от билковото растение Satureja khuzistanica Jamzad, сравнявайки традиционната хидродестилация и ултразвуково засилената Clevenger (Sono-Clevenger). Те сравняват двете техники на екстракция, хидродестилация и ултразвуков Clevenger, по отношение на времето на изолиране, добива и качеството на получените етерични масла. Резултатите показват, че докато химичният профил и биологичните свойства на получените етерични масла са със сравнимо високо качество, методът на ултразвукова екстракция повишава ефективността на добива на изолация на етерични масла с до 40%. Сканиращата електронна микрография (SEM) изображения на третираните листа на Satureja разкриват по-ефективно разрушаване на клетъчните стени на растенията чрез ултразвук. В резултат на това се наблюдава подобрение в извличането на етерично масло с около 40% в сравнение с конвенционалната методология за хидродестилация.
Това проучване подчертава резултатите от много други доклади, в които ултразвуковата предварителна обработка преди хидродестилацията е изследвана и показва, че ултразвуковата обработка от сонден тип подобрява както качеството, така и количеството на етеричното масло, като същевременно намалява времето за екстракция и консумацията на енергия в сравнение с конвенционалните техники.
 

Сравнението на добива на екстракция като функция на времето за хидродестилация и метода на Соно-Клевенгер: Ултразвуковата екстракция на етерично масло със Соно-Клевенгер дава по-високи добиви на етерично масло за по-кратко време на екстракция.
(©Rasouli et al. 2021)

SEM на Satureja напуска: (A) след хидродестилация в продължение на 4 часа и (B) след обработка с ехолон за 60 минути. По-краткото лечение със Sono-Clevenger дава по-добро разрушаване на клетките и по този начин по-високи добиви на етерични масла.
(©Rasouli et al. 2021)

Ултразвукови екстрактори за хидродестилация на етерични масла

Мощните ултразвукови екстрактори Hielscher се предлагат за настолни, пилотни инсталации и промишлени инсталации. Нашите ултразвукови процесори са прецизно управляеми и могат да осигурят много високи амплитуди (до 200 μm за индустриални ултразвукови апарати, по-високи амплитуди при поискване), за да генерират интензивно акустично поле. Всички наши ултразвукови устройства, от лабораторни до промишлени системи, са създадени за работа 24/7 при тежки условия.
Ултразвуковите екстрактори на Hielscher могат да бъдат тествани в настолен мащаб за тестове за осъществимост и оптимизиране на процеса. След това всички резултати от процеса могат да бъдат линейно мащабирани до пълно промишлено производство. Дългогодишният ни опит в ултразвуковата обработка ни позволява да консултираме и съдействаме на нашите клиенти от първите тестове и оптимизация на процесите до внедряването на високоефективна промишлена операция.
Посетете нашата техническа лаборатория и технологичен център, за да проучите възможностите на ултразвуковите системи на Hielscher!
Нашите здрави ултразвукови системи могат да се използват за партидно и вградено ултразвуково обезвреждане. За производството на етерично масло може да се постигне синергична комбинация чрез инсталиране на ултразвукова сонда в конвенционална хидродестилационна инсталация. Преоборудването на съществуващи производствени линии също може да се извърши лесно.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: