Ultrazvučna hidrodestilacija eteričnih ulja
- Konvencionalna ekstrakcija eteričnih ulja je skupa i dugotrajna.
- Ultrazvučna ekstrakcija daje veće prinose i vrhunski kvalitet ekstrakta.
- Ultrazvuk se može izvesti kao metoda ekstrakcije na bazi rastvarača ili vode. Alternativno, sonikacija se može kombinovati sa tradicionalnim sistemima ekstrakcije kako bi se poboljšala efikasnost i kvalitet.
Hidrodestilacija botaničkih ekstrakata
Hidrodestilacija je varijanta destilacije vodenom parom. Za ekstrakciju hidrodestilacijom, biljni materijal se natapa neko vrijeme u vodi nakon čega se smjesa zagrijava i isparljivi materijali se odvode u paru, kondenziraju i odvajaju. To je uobičajeni proces ekstrakcije za odvajanje fitokemijskih spojeva iz biljnog materijala. Destilacija parom je uobičajena tehnika za izolaciju eteričnih ulja, npr. za parfimeriju.
Budući da mnoga organska jedinjenja imaju tendenciju da se razgrađuju na visokim temperaturama, industrija istupa prema korištenju alternativnih blagih metoda obrade, koje daju bolje rezultate ekstrakcije (vrhunski kvalitet, veći prinosi). Ultrazvučna hidrodestilacija je blaga, ali vrlo efikasna tehnika ekstrakcije, koja se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih eteričnih ulja.
Ultrazvučna ekstrakcija i ultrazvučna hidrodestilacija značajno poboljšavaju proizvodnju eteričnog ulja.
Izazovi konvencionalne proizvodnje eteričnih ulja
Problemi tradicionalnih tehnika ekstrakcije kao što je destilacija vodenom parom leže u ogromnim količinama biljnog materijala, koji je potreban za ekstrakciju eteričnih ulja u komercijalnim razmjerima. Za 1 kg (2 1/4 lb) eteričnog ulja lavande je pribl. Potrebno je 200 kg (440 funti) svježeg cvijeća lavande, za 1 kg ružinog ulja potrebno je između 2,5 i 5 metričkih tona latica ruže, a za 1 kg eteričnog ulja limuna sirovina se sastoji od cca. 3.000 limuna. Zbog toga su eterična ulja veoma skupa. Za apsolutne ruže cijena je oko 20.000€ (21.000US$) po litru.
Da bi stekli prednosti u pogledu profitabilnosti i konkurentnosti, proizvođači eteričnih ulja moraju implementirati efikasnije i efektivnije metode ekstrakcije. Povoljne tehnike ultrazvučne ekstrakcije nadmašuju tradicionalne metode ekstrakcije blagim uslovima ekstrakcije, visokim prinosima i vrhunskom kvalitetom ekstrakta. Sonikacija se može izvesti kao ekstrakcija na bazi rastvarača ili ekstrakcija bez otapala. Alternativno, ultrazvučna ekstrakcija tipa sonde može se kombinovati sa uobičajenim sistemima za ekstrakciju, npr Soxhlet ekstrakcija, Clevenger ekstrakcija, superkritični CO2, Ohmska hidrodestilacija itd. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultrazvučna omska hidrodestilacija).
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije i hidrodestilacije
Ekstrakcija i hidrodestilacija uz pomoć ultrazvuka danas je uspostavljena tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih eteričnih ulja. Kao tehnika netermalne ekstrakcije, sonikacija izbjegava termičku degradaciju spojeva osjetljivih na toplinu. Istovremeno se značajno povećava efikasnost ekstrakcije i prinosi eteričnog ulja. U nastavku potražite prednosti ultrazvučne proizvodnje eteričnog ulja:
- Visoka efikasnost ekstrakcije: Ekstrakcija pomoću ultrazvučnog aparata tipa sonde izoluje eterična ulja efikasnije od tradicionalnih metoda ekstrakcije, kao što je destilacija parom ili ekstrakcija rastvaračem. To je zato što zvučni valovi uzrokuju kavitaciju u tekućini, koja pomaže u razbijanju staničnih zidova biljnog materijala i oslobađanju više eteričnog ulja.
- Kraće vrijeme ekstrakcije: Ultrazvučna ekstrakcija može ekstrahirati eterična ulja u mnogo kraćem vremenu od tradicionalnih metoda ekstrakcije. To je zato što intenzivni zvučni talasi koje generiše ultrazvučna sonda mogu dublje prodreti u biljni materijal, poremetiti biljnu ćeliju sa vrhunskom efikasnošću i stoga brže i efikasnije ekstrahovati eterično ulje.
- Poboljšan kvalitet eteričnog ulja: Kako je ultrazvučna ekstrakcija netermički tretman, može proizvesti eterična ulja višeg kvaliteta od tradicionalnih metoda ekstrakcije. To je zato što ultrazvučni talasi mogu ekstrahovati eterično ulje bez oštećenja delikatnih aromatičnih spojeva koji daju ulju njegov miris i terapeutska svojstva.
- Energetski efikasan: Ultrazvučna ekstrakcija je energetski efikasna metoda ekstrakcije u poređenju sa tradicionalnim metodama, kao što je destilacija parom, koja zahteva mnogo energije za proizvodnju pare.
- Ekološki prihvatljivo: Ultrazvuk je čista i ekološki prihvatljiva tehnika ekstrakcije, jer ne zahtijeva upotrebu rastvarača ili hemikalija, koje mogu biti štetne po okolinu.
Ove prednosti pretvaraju ultrazvučnu ekstrakciju eteričnog ulja u visoko efikasnu i ekonomičnu tehniku koja nudi mnoge prednosti u odnosu na tradicionalne metode ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija zahtijeva samo vrlo kratko vrijeme za postizanje najboljih prinosa ekstrakcije. Poređenje superkritičnog ugljičnog dioksida (sCO2), ekstrakcije potpomognute ultrazvukom (UAE), superkritične ekstrakcije ugljičnog dioksida u kombinaciji s tehnikom promjene tlaka (SCE-PST) i Soxhlet ekstrakcije pokazuje da je UAE najefikasnija i najbrža tehnika ekstrakcije.
Princip rada ultrazvučne ekstrakcije eteričnog ulja
Dokazano je da ultrazvučna ekstrakcija daje veće prinose ekstrakcije i smanjuje potrošnju energije. Princip rada ultrazvučne ekstrakcije je implozija mjehurića uzrokovana ultrazvučnom kavitacijom. Ultrazvučna/akustična kavitacija stvara tečne mikromlazeve koji uništavaju žlijezde koje sadrže lipide u biljnom tkivu. Time se poboljšava prijenos mase između stanice i rastvarača i oslobađa se eterično ulje. Glavna prednost današnjih modernih ultrazvučnih ekstraktora je precizna kontrola radnih parametara (npr. ultrazvučnog intenziteta, temperature, vremena tretmana, pritiska, vremena zadržavanja itd.). Povećani prinos eteričnih ulja kao i niža termička degradacija, visok kvalitet i dobar profil arome i okusa su znanstveno dokazani (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Dok druge moderne tehnike ekstrakcije nude samo ograničenu sposobnost za proširenje na industrijsku proizvodnju, sposobnost za povećanje ultrazvučne ekstrakcije na industrijski nivo je već dokazana. Na primjer, prinos ekstrakcije eteričnih ulja iz japanskih citrusa povećan je za 44% u odnosu na tradicionalne metode ekstrakcije (Mason et al. 2011.).
Clevenger with Ultrasonicator UP200Ht
(©Pingret et al., 2014.)
Ultrazvučna ekstrakcija i hidrodestilacija
Ultrazvučni predtretman za ekstrakciju esencijalnih ulja
Za ultrazvučnu ekstrakciju eteričnog ulja iz biljnog materijala (npr. lavandin, žalfija, citrusi itd.), sistem sonde tipa sonde kao što je UIP2000hdT može se koristiti za ekstrakciju na stolnom, pilotskom i proizvodnom nivou. Sistem ekstrakcije se može postaviti kao batch ili inline sistem.
Za ultrazvučnu serijsku ekstrakciju preporučuje se posuda sa okolnim kupatilom s hladnom vodom. Vodeno kupatilo omogućava izbjegavanje neželjenog porasta temperature i rezultirajuću degradaciju. Za ekstrakciju eteričnog ulja lavandina, cvjetovi lavande se ekstrahiraju sa npr. 2L destilovane vode u trajanju od 30 min. Ultrazvučna amplituda je podešena na 60%. Nakon ultrazvučne obrade, cvijet lavande se uklanja i izvodi se konvencionalna destilacija parom kako bi se ekstrahiralo eterično ulje.
Za postavljanje inline ekstrakcije, ultrazvučni procesor je opremljen sonotrodom i protočnom ćelijom. Za potrebe hlađenja, reaktor protočne ćelije je opremljen rashladnim omotačem. Za ultrazvučni predtretman, macerirani biljni materijal se pumpa kroz reakcionu komoru gde prolazi direktno kroz kavitacionu zonu. Dodatna prednost ultrazvučne inline ekstrakcije je mogućnost pritiska u reakcionoj komori kako bi se povećao efekat ekstrakcije.
Ultrazvučna predtretman prije hidrodestilacije povećava prinos ekstrahiranih eteričnih ulja i poboljšava brzinu ekstrakcije – što rezultira ukupno efikasnijim postupkom.
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije i hidrodestilacije
- Brzo & efikasna ekstrakcija
- Netermički, blagi proces
- Ekstrakti visokog kvaliteta
- visok prinos
- Pun spektar aroma
- Manje sirovina
- zelena ekstrakcija
Sono-Clevenger sa ultrazvučnom sondom UP200S: Ultrazvučno pojačana hidrodestilacija za visoko efikasnu izolaciju eteričnog ulja.
(©Rasouli et al. 2021)
Studija slučaja: Ultrazvučna hidrodestilacija eteričnog ulja iz Satureja khuzistanica
Rasouli et al. (2021) istraživali su efikasnost ekstrakcije eteričnih ulja iz biljne biljke Satureja khuzistanica Jamzad upoređujući tradicionalnu hidrodestilaciju i ultrazvučno intenzivirani Clevenger (Sono-Clevenger). Usporedili su obje tehnike ekstrakcije, hidrodestilaciju i ultrazvučni Clevenger, u pogledu vremena izolacije, prinosa i kvaliteta dobivenih eteričnih ulja. Rezultati pokazuju da iako su hemijski profil i biološka svojstva dobijenih eteričnih ulja uporedivo visokog kvaliteta, metoda ultrazvučne ekstrakcije povećava efikasnost izolacije eteričnih ulja do 40%. Skenirajući elektronski mikrograf (SEM) snimci tretiranih listova Satureje otkrivaju efikasnije narušavanje zidova biljnih ćelija ultrazvukom. Kao rezultat toga, uočeno je poboljšanje ekstrakcije eteričnog ulja za oko 40% u odnosu na konvencionalnu metodologiju hidrodestilacije.
Ova studija naglašava rezultate mnogih drugih izvještaja, u kojima je istražen ultrazvučni predtretman prije hidrodestilacije i pokazao da ultrazvučna obrada sonde poboljšava i kvalitetu i količinu eteričnog ulja, istovremeno smanjujući vrijeme ekstrakcije i potrošnju energije u usporedbi s konvencionalnim tehnikama. .
Poređenje prinosa ekstrakcije kao funkcije vremena za hidrodestilaciju i sono-clevenger metodu: Ultrazvučna ekstrakcija eteričnog ulja sa Sono-Clevengerom daje veće prinose eteričnog ulja u kraćem vremenu ekstrakcije.
(©Rasouli et al. 2021)
SEM listova Satureje: (A) nakon hidrodestilacije 4 sata, i (B) nakon sono-clevenger tretmana u trajanju od 60 minuta. Kraći tretman Sono-Clevengerom daje bolji poremećaj ćelija, a time i veći prinos eteričnog ulja.
(©Rasouli et al. 2021)
Ultrazvučni ekstraktori za hidrodestilaciju eteričnih ulja
Hielscher power ultrazvučni ekstraktori dostupni su za stolne instalacije, pilot postrojenja i industrijska postrojenja. Naši ultrazvučni procesori se mogu precizno kontrolirati i mogu isporučiti vrlo visoke amplitude (do 200 µm za industrijske ultrasonikatore, veće amplitude na zahtjev) za stvaranje intenzivnog akustičnog polja. Svi naši ultrazvučni uređaji, od laboratorijskih do industrijskih sistema, napravljeni su za 24/7 rad u teškim uslovima.
Hielscher ultrazvučni ekstraktori mogu se testirati na stolnoj skali radi testiranja izvodljivosti i optimizacije procesa. Nakon toga, svi rezultati procesa mogu se linearno skalirati do pune industrijske proizvodnje. Naše dugogodišnje iskustvo u ultrazvučnoj obradi omogućava nam da konsultujemo i pomažemo našim klijentima od prvih testova i optimizacije procesa do implementacije visoko efikasne industrijske operacije.
Posjetite našu tehničku laboratoriju i procesni centar da istražite mogućnosti Hielscher ultrazvučnih sistema!
Naši robusni ultrazvučni sistemi mogu se koristiti za serijsko i inline sonikaciju. Za proizvodnju eteričnog ulja, sinergijska kombinacija se može postići ugradnjom ultrazvučne sonde u konvencionalnu postavu za hidrodestilaciju. Nadogradnja postojećih proizvodnih linija također se može lako izvršiti.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Sono-Soxhlet postavka koristeći sonikator UP200Ht za poboljšane rezultate ekstrakcije
(©Djenni, et al., 2012)
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Uspješno ekstrahirano ultrazvukom
Sljedeći biljni materijal i biljna tkiva dokazano su da ultrazvučna ekstrakcija postiže poboljšane rezultate ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija daje veće prinose, visokokvalitetne ekstrakte sa potpunim profilom spoja/aroma i punim spektrom okusa.
bilje & listovi: metvica, menta, stevia, kanabis, hmelj, bosiljak, timijan, biber, origano, žalfija, komorač, peršun, eukaliptus, Maslina, zeleni čaj, crni čaj, boldo, duhan, pepermint, mažuran itd.
Cvijeće (attari): ruža, lavanda, ylang-ylang, jasmin, pačuli, tuberoza, mimoza itd.
Voće: narandža, citrusi, limun, malina, paradajz, jabuka, borovnica, borovnica, mandarina, grožđe, Maslina, žižula itd.
Začini: Šafran, korijander, đumbir, lovor, muškatni oraščić, cimet, kurkuma, vanilija, karanfilić, muškatni oraščić, buzdovan itd.
Drvo & kora: agar, hrast, sandalovina, kedar, bor, kora cimeta itd.
Botanički ekstrakti sadrže puni spektar aktivnih spojeva i fitokemikalija tako da eterično ulje sadrži lipide, terpene i terpenoide, fenole, alkaloide, flavonoide, karbonilna jedinjenja, antioksidanse, vitamine, pigmente, enzime itd.
Primjeri ekstrahiranih molekula: monoterpeni i monoterpeneidi, seskviterpeni, limonen, karvon, a-pinen, limonen, 1,8-cineol, cis-ocimen, trans-ocimen, 3-oktanon, beta-karoten, α-pinen, kamfor, kamfen , β-pinen, mircen, para-cimen, limonen, γ-terpinen, linalol, mirtenol, mirtenal, karvon.
Eterična ulja pokazuju antioksidativno i antimikrobno djelovanje, što ih čini, osim arome i okusa, korisnim sastojkom za hranu i medicinske proizvode.
Eterična ulja, npr. iz lavande, paprene metvice i eukaliptusa, uglavnom se proizvode parnom destilacijom. Sirovi biljni materijal kao što su cvijeće, lišće, drvo, kora, korijenje, sjemenke i kore ekstrahiraju se destilacijom vode dok se natapaju i kuhaju u vodi u aparatu za destilaciju.
hidrodestilacija
Za hidrodestilaciju razlikuju se dva oblika: destilacija vode i destilacija vodenom parom.
Za izolaciju eteričnih ulja destilacijom vode, biljni materijal se stavlja u vodu koja se prokuva. Za destilaciju vodenom parom, para se ubrizgava u/kroz biljni materijal. Pod uticajem tople vode i pare dolazi do oslobađanja esencijalnog ulja iz lipidnih žlezda u biljnom tkivu. Vodena para koja isparava izvlači ulje iz biljnog materijala. Nakon toga, para se kondenzuje u kondenzatoru indirektnim hlađenjem vodom. Iz kondenzatora, destilirani ekstrakt (esencijalno ulje) teče u separator, gdje se ulje automatski odvaja od destilatne vode.
ekstrakcija rastvaračem
Zbog efikasnosti, većina eteričnih ulja, npr. za industriju parfema i mirisa, proizvodi se ekstrakcijom rastvarača, koristeći isparljive rastvarače, npr. heksan, di-metilen-hlorid ili petrolej eter. Glavne prednosti ekstrakcije rastvaračem u odnosu na destilaciju su da se tokom procesa može održavati ujednačena temperatura (oko 50°C). Budući da više temperature dovode do razgradnje jedinjenja esencijalnih ulja, ulja ekstrahovana otapalima odlikuju se većom kompletnošću njihovih isparljivih jedinjenja i prirodnijim mirisom.
superkritični CO2 je također dokazano odličan organski rastvarač i stoga je još jedna alternativna metoda za ekstrakciju aromatičnih ulja iz biljaka.
Rastvarači za ekstrakciju
Tradicionalni organski rastvarači za ekstrakciju uključuju benzen, toluen, heksan, dimetil etar, petrolej etar, di-metilen-hlorid, etil acetat, aceton ili etanol.
Etanol se koristi za ekstrakciju mirisnih jedinjenja iz suhih biljnih materijala, kao i iz nečistih ulja ili betona koji su proizvedeni prvo ekstrakcijom organskim rastvaračem, ekspresijom ili ispiranjem. Ekstrakti etanola iz suhih materijala poznati su kao tinkture. Tinkture ne treba brkati sa ispiranjem etanolom, koje se provode za pročišćavanje ulja i betona kako bi se dobila apsolutna vrednost.
Kada se voda koristi kao tekućina za ekstrakciju, proces se naziva ekstrakcija bez rastvarača.
esencijalna ulja
Eterična ulja se proizvode ekstrakcijom iz biljnog materijala. Kao sirovina mogu se koristiti razne vrste biljnih dijelova, npr. cvijeće (npr. ruža, jasmin, karanfil, karanfilić, mimoza, ruzmarin, lavanda), listovi (npr. menta, Ocimum spp., limunska trava, džemroza), listovi i stabljike (npr. geranijum, pačuli, petitgrain, verbena, cimet), kora (npr. cimet, kasija, canella), drvo (npr. kedar, sandala, bor), korijenje (npr. anđelika, sasafras, vetiver, saussurea, valerijana), sjemenke (npr. korijander, kim, kopar, muškatni oraščić), voće (bergamot, narandža, limun, kleka), rizomi (npr. đumbir, kalamus, kurkuma, iris) i izlučevine gume ili uljane smole (npr. balzam iz Perua, Myroxylon balsamum, storaks, miro, benzoin ).
Konkretno i Apsolutno
Beton je izraz za polučvrstu masu koja se dobija ekstrakcijom svježeg biljnog materijala rastvaračem. Svježi biljni materijal se uglavnom ekstrahira korištenjem nepolarnih rastvarača kao što su benzol, toluen, heksan, petrolej eter. Nakon procesa ekstrakcije, rastvarač se isparava, tako da se dobija polučvrsti ostatak eteričnih ulja, voskova, smola i drugih lipofilnih (hidrofobnih) fitokemikalija. Ovo je takozvani beton.
Da bi se dobio apsolut od betona, beton mora biti tretiran jakim alkoholom u kojem se određeni sastojci mogu otopiti.
Ultrazvučna proizvodnja nanoemulzija
Interes za korištenje nanoemulzija kao sistema za isporuku lipofilnih sastojaka hrane, kao nosača aktivnih spojeva u farmaceutskim i kozmetičkim proizvodima, značajno raste zbog njihove visoke optičke bistrine, dobre fizičke stabilnosti i sposobnosti povećanja bioraspoloživosti. Ultrasonic emulgiranje priprema stabilne mikro- i nano-emulzije koje garantuju najbolje rezultate u finalnom proizvodu.
Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučnoj emulzifikaciji!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.