Turbo extrakce skořice pomocí ultrazvuku

Tradiční extrakce skořice je časově náročná a poměrně neefektivní. Ultrazvuková extrakce je jednoduchá, a přesto vysoce účinná technika intenzifikace procesu, která zkracuje dobu extrakce na několik hodin a současně zvyšuje výtěžek skořicového esenciálního oleje.

Zlepšená extrakce skořice pomocí ultrazvuku

Tradiční extrakce skořicového esenciálního oleje se provádí destilací skořicové kůry a listů vodní parou. Tradiční destilace vodní parou je velmi pomalá a časově náročná. Čím vyšší je cílový výtěžek skořicového oleje, tím déle trvá destilace vodní parou, což znamená, že destilace vodní parou jednoho kotle skořicových listů může trvat až 12 hodin, zatímco destilace skořicové kůry vodní parou může trvat více než 24 hodin. Ultrazvuková extrakce rozrušuje buněčné struktury skořicové kůry a listů, takže se skořicový olej uvolňuje rychle a úplně. Ultrazvuková extrakce výrazně urychluje destilaci vodní parou, zkracuje dobu zpracování z celého dne na několik hodin a zároveň zvyšuje výtěžek skořicového esenciálního oleje.
Ultrazvuková extrakce uvolňuje celé spektrum aromatických látek skořice, včetně cinnamaldehydu, linaloolu, eugenolu a kyseliny skořicové. Získání extraktu s plným spektrem vysoce kvalitních složek esenciálního oleje je důvodem vynikající kvality skořicových olejů extrahovaných ultrazvukem. Zejména cinnamaldehyd, hlavní organická sloučenina, dává skořici její typickou chuť a vůni. Jelikož je sonikace netermální úprava, jsou složky esenciálního oleje chráněny před tepelnou degradací. Ultrazvuková extrakce proto produkuje esenciální oleje s intenzivním aroma, které splňují nejvyšší standardy kvality.
Ultrazvukovou extrakci lze použít na skořicovou kůru i listy. Olej ze skořicových listů má ve srovnání s olejem z kůry silnější vůni. Skořicové listy obsahují vysoké množství eugenolu.

Proč ultrazvuková extrakce předčí destilaci vodní parou

Aby bylo možné vyrábět esenciální oleje ze skořice destilací vodní parou, musí se esenciální oleje nejprve uvolnit z rostlinné matrice (tj. z rostlinných buněk ve skořicových listech nebo kůře). Při destilaci vodní parou se skořicový rostlinný materiál vaří v kotlích až 24 hodin. Samotné teplo je při rozrušování buněčných struktur a uvolňování zachycených esenciálních olejů poměrně neefektivní. Var obecně neuvolní zachycené esenciální oleje úplně a větší množství zbytkových olejů přichází nazmar, protože nebyly extrahovány. Po procesu tepelné extrakce následuje destilace vodní parou. Proto se vaří směs dvou nemísitelných kapalin (tj. esenciálního oleje a vody). Směs začne vřít, když je jejich společný tlak par roven 760 mm Hg. Bod varu směsi vody a esenciálního oleje tak bude nižší než bod varu kterékoli ze složek samostatně. Tradiční hydrodestilace má zásadní nevýhody: dlouhý proces vaření a napařování je velmi časově i energeticky náročný.
Ultrazvuková extrakce funguje na principu akustické kavitace. Akustická kavitace nastává, když jsou do kapaliny (např. suspenze rostlinného materiálu v rozpouštědle nebo vodě) přenášeny výkonové ultrazvukové vlny. Ultrazvukové vlny se šíří kapalinou a vyvolávají střídavé cykly vysokého a nízkého tlaku. Během cyklů nízkého tlaku vznikají drobné vakuové bublinky (tzv. kavitační bublinky), které rostou po několik tlakových cyklů. Při určité velikosti, kdy bublinky již nemohou absorbovat další energii, během cyklu vysokého tlaku prudce implodují. Imploze bublinek se vyznačuje intenzivními kavitačními silami, včetně mikroturbulencí a proudů kapaliny o rychlostech až 100m/s. Tyto kavitační smykové účinky jsou známé také jako sonomechanické účinky. Ultrazvuková extrakce bioaktivních molekul je způsobena především sonomechanickými účinky: míchání a turbulence narušují buňky a podporují přenos hmoty. To znamená, že bioaktivní molekuly, jako jsou esenciální oleje, polyfenoly, terpeny a kanabinoidy, se uvolňují z buněčné matrice rostliny do rozpouštědla.
Výhodou ultrazvukové extrakce oproti tradiční metodě vaření a destilace vodní parou je poměrně vyšší extrakce esenciálních olejů a dalších organických sloučenin za výrazně kratší dobu. Vyšší výtěžky extrakce zabraňují plýtvání surovinou a činí extrakci výnosnější. Úspory času a energie dosažené ultrazvukovou extrakcí jsou značné. Jako netermální metoda chrání ultrazvuková extrakce termolabilní sloučeniny před degradací vyvolanou teplem.
Mírné teploty a krátká doba zpracování jsou hlavními výhodami ultrazvukové extrakce, protože se tím zabrání tepelnému rozkladu přírodních extraktů. Díky tomu je ultrazvuková extrakce vysoce účinná, a proto sonikace poskytuje esenciální oleje vynikající kvality.

Případové studie ultrazvukové extrakce skořice

Výzkum i průmysl již zavedly ultrazvukovou extrakci pro výrobu vysoce kvalitních esenciálních olejů z mnoha rostlinných materiálů včetně skořicových listů a kůry.

Ultrazvuková hydrodestilace skořice

Chen et al. (2020) zkoumali ultrazvukem podporovanou hydrodestilaci a dospěli k závěru, že sonikace výrazně zlepšila proces destilace. Ultrazvuková destilace vodní parou poskytla vyšší výtěžky skořicového oleje za drasticky zkrácenou dobu extrakce. Pomocí analýzy GC-MS ukázali, že ultrazvukem asistovaná hydrodestilace poskytla ve srovnání s tradiční hydrodestilací hodnotnější esenciální olej s vysokým obsahem hlavní složky trans-cinnamaldehydu. Snímek z rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) potvrdil účinnost sonikace pro extrakci skořicového oleje. Analýza spotřeby elektrické energie a emisí CO2 navíc ukazuje, že proces ultrazvukem asistované hydrodestilace je ekonomičtějším a ekologičtějším přístupem. Chen et al. proto shrnují, že ultrazvukem asistovaná hydrodestilace je účinná a zelená technologie pro extrakci skořicového esenciálního oleje, která může zlepšit množství i kvalitu skořicových olejů.

Ultrazvuková extrakce skořice pomocí hlubokých eutektických rozpouštědel

Ultrazvuková extrakce pomocí hlubokých eutektických rozpouštědel se ukázala jako vynikající technika pro extrakci vysokých výtěžků trans-cinnamaldehydu a kumarinu ze skořicové kůry.
Tato metoda za optimálních podmínek poskytla vyšší obsah trans-cinnamaldehydu a kumarinu než konvenční metody (reflux, Soxhlet a macerace) s použitím organických rozpouštědel (96% ethanol). Jako optimální podmínky pro ultrazvukovou extrakci pomocí přírodních hlubokých eutektických rozpouštědel byly zjištěny cholinchlorid-kyselina citronová (ChCl-CA) s přídavkem 40% vody a doba extrakce 30 minut pro extrakci trans-cinnamaldehydu (9,24 ± 0,01 mg/g) a kumarinu (11,6 ± 0,11 mg/g) ze skořicové kůry (C. burmannii Blume). Další výzkum by měl prozkoumat farmakologickou aktivitu trans-cinnamaldehydu a kumarinu ze skořicové kůry. (srov. Aryati et al. 2020)

Snímek povrchu skořicové kůry pořízený rastrovací elektronovou mikroskopií při zvětšení 1000x; sušený prášek (a); po macerační extrakci (b); po refluxní extrakci (c); po Soxhletově extrakci (d); po extrakci pomocí NADES-UAE ChCl-CA (e).
studie a snímek: Aryati et al. 2020

Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory

Ultrazvuková extrakce je spolehlivá technologie zpracování, která usnadňuje a urychluje výrobu vysoce kvalitních esenciálních olejů. Portfolio společnosti Hielscher Ultrasonics pokrývá celou škálu od kompaktních laboratorních sonikátorů po průmyslové extrakční systémy. Díky tomu vám my ve společnosti Hielscher můžeme nabídnout nejvhodnější sonikátor pro vámi plánovanou procesní kapacitu. Naši dlouholetí zkušení pracovníci vám budou nápomocni od testů proveditelnosti a optimalizace procesu až po instalaci vašeho ultrazvukového systému na úrovni finální výroby.
Díky malé zastavěné ploše našich ultrazvukových extraktorů a všestranným možnostem instalace se vejdou i do prostorově omezených zpracovatelských provozů. Ultrazvukové procesory jsou instalovány po celém světě v potravinářských a farmaceutických provozech i v provozech na výrobu doplňků stravy.

Hielscher Ultrasonics – sofistikované extrakční zařízení

Produktové portfolio společnosti Hielscher Ultrasonics pokrývá celou škálu vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů od malého po velké měřítko. Doplňkové příslušenství umožňuje snadné sestavení nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro váš extrakční proces. Optimální ultrazvuková sestava závisí na plánované kapacitě, objemu, surovině, vsádkovém nebo inline procesu a časovém harmonogramu.

Vsádkové a inline zpracování

Sonikátory Hielscher lze použít pro vsádkové i kontinuální průtokové zpracování. Ultrazvukové vsádkové zpracování je ideální pro testování procesů, optimalizaci a malou až středně velkou výrobu. Při zpracování velkých objemů rostlinných materiálů (např. skořicových listů a kůry) může být výhodnější zpracování inline. Zatímco vsádkové zpracování vyžaduje jen velmi jednoduchou sestavu, je časově i pracovně náročnější. Kontinuální inline extrakční proces vyžaduje sofistikovanou sestavu – sestávající z čerpadla, hadic nebo potrubí a nádrží –, je však účinnější, rychlejší a vyžaduje výrazně méně práce. Hielscher Ultrasonics má nejvhodnější extrakční sestavu pro váš objem extrakce a procesní cíle.

Ultrazvukové extraktory pro každou výrobní kapacitu

Produktová řada společnosti Hielscher Ultrasonics pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů od kompaktních laboratorních sonikátorů přes stolní a pilotní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou zpracovat celé nákladní vozy za hodinu. Kompletní produktová řada nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvukový extraktor pro vaši surovinu, procesní kapacitu a výrobní cíle.
Ultrazvukové stolní systémy jsou ideální pro testy proveditelnosti a optimalizaci procesu. Lineární zvětšení měřítka na základě stanovených procesních parametrů velmi usnadňuje zvýšení zpracovatelských kapacit od menších šarží až po plně komerční výrobu. Zvětšení měřítka lze provést buď instalací výkonnější ultrazvukové extrakční jednotky, nebo paralelním spojením několika sonikátorů do clusteru. S modelem UIP16000 nabízí Hielscher nejvýkonnější ultrazvukový extraktor na světě.

Přesně regulovatelné amplitudy pro optimální výsledky

Všechny sonikátory Hielscher jsou přesně regulovatelné, a tím i spolehlivými tažnými koňmi ve výrobě. Amplituda je jedním z klíčových procesních parametrů, které ovlivňují účinnost a efektivitu ultrazvukové extrakce esenciálních olejů ze skořice.
Všechny procesory Hielscher Ultrasonics umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a zesilovače amplitudy (boostery) jsou příslušenství, které umožňuje měnit amplitudu v ještě širším rozsahu. Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher dokážou poskytovat velmi vysoké amplitudy a dodávat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné aplikace. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé monitorování ultrazvukových procesních parametrů pomocí chytrého softwaru vám umožňují zpracovat skořicové listy a kůru za nejúčinnějších ultrazvukových podmínek. Optimální sonikace pro nejlepší výsledky extrakce!
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích. Díky tomu je ultrazvukové zařízení Hielscher spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše požadavky na extrakci.

Snadné testování bez rizika

Ultrazvukové procesy lze zcela lineárně převádět do většího měřítka. To znamená, že každý výsledek, kterého jste dosáhli s laboratorním nebo stolním sonikátorem, lze převést do většího měřítka s naprosto stejným výstupem při použití naprosto stejných procesních parametrů. Díky tomu je sonikace ideální pro bezrizikové testy proveditelnosti, optimalizaci procesu a následnou implementaci do komerční výroby. Kontaktujte nás a zjistěte, jak může sonikace zvýšit vaši produkci skořicového extraktu.

Nejvyšší kvalita – navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinná firma ve vlastnictví a pod vedením rodiny klade Hielscher u svých ultrazvukových procesorů prioritu na nejvyšší standardy kvality. Všechny sonikátory jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v našem sídle v Teltow nedaleko Berlína v Německu. Robustnost a spolehlivost dělají z ultrazvukového zařízení Hielscher tažného koně vaší výroby. Provoz 24/7 při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou vlastností vysoce výkonných mixérů Hielscher.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů: