Ultrazvuková hydrodestilace esenciálních olejů

Konvenční extrakce esenciálních olejů je drahá a časově náročná. Sonikace intenzifikuje extrakci, což vede k vyšším výtěžkům a vynikající kvalitě extraktu. Sonikátory Hielscher lze snadno integrovat do jakéhokoli konvenčního hydrodestilačního systému, a zlepšit tak účinnost a kvalitu.

Hydrodestilace esenciálních olejů z rostlinných surovin

Hydrodestilace je variantou destilace vodní parou, která se používá k extrakci fytochemických sloučenin z rostlinného materiálu. Při tomto procesu se rostlinný materiál po stanovenou dobu namáčí ve vodě a poté se směs zahřívá. Těkavé sloučeniny jsou unášeny párou, poté kondenzovány a odděleny. Destilace vodní parou, její mateřská technika, se běžně používá k izolaci esenciálních olejů – například v parfumerii.
Vzhledem k tomu, že mnoho organických sloučenin má sklon se při dlouhodobě vysokých teplotách rozkládat, průmysl stále častěji zavádí šetrné alternativní metody zpracování, které přinášejí lepší výsledky (vynikající kvalitu a vyšší výtěžky). Ultrazvuková hydrodestilace je jednou z takových technik – šetrnou, a přesto vysoce účinnou extrakční metodou používanou k výrobě vysoce kvalitních esenciálních olejů.

Výzvy konvenční výroby esenciálních olejů

Problémy tradičních extrakčních technik, jako je destilace vodní parou, spočívají v obrovském množství rostlinného materiálu, které je zapotřebí k extrakci esenciálních olejů v komerčním měřítku. Na 1kg (2 1/4 lb) levandulového esenciálního oleje je zapotřebí přibližně 200kg (440lb) čerstvých květů levandule, na 1kg růžového oleje je potřeba 2,5 až 5 metrických tun růžových okvětních lístků a na 1kg citronového esenciálního oleje tvoří surovinu přibližně 3 000 citronů. Esenciální oleje jsou proto velmi drahé. U růžového absolutu se cena pohybuje kolem 20 000€ (21 000US$) za litr.
Aby výrobci esenciálních olejů získali výhody z hlediska ziskovosti a konkurenceschopnosti, musí zavádět účinnější a efektivnější extrakční metody. Výhodné techniky ultrazvukové extrakce předčí tradiční extrakční metody šetrnými podmínkami extrakce, vysokými výtěžky a vynikající kvalitou extraktu. Sonikaci lze provádět jako extrakci s rozpouštědlem nebo bez rozpouštědla. Alternativně lze sondovou ultrazvukovou extrakci kombinovat s běžnými extrakčními systémy, např. Soxhletovou extrakcí, Clevengerovou extrakcí, superkritickým CO2, ohmickou hydrodestilací atd. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultrazvuková ohmická hydrodestilace).

Sono-Clevenger se sondovým ultrazvukovým přístrojem UP200S: ultrazvukem intenzifikovaná hydrodestilační sestava pro vysoce účinnou izolaci esenciálních olejů.
(©Rasouli et al. 2021)

Výhody kombinace ultrazvukové extrakce a hydrodestilace

Ultrazvukem asistovaná extrakce a hydrodestilace je dnes zavedenou technikou pro výrobu vysoce kvalitních esenciálních olejů. Jako netermická extrakční technika zabraňuje sonikace tepelné degradaci tepelně citlivých sloučenin. Současně se výrazně zvyšuje účinnost extrakce i výtěžky esenciálních olejů. Výhody ultrazvukové výroby esenciálních olejů naleznete níže:

1. Vysoká účinnost extrakce: Extrakce pomocí sondového ultrazvukového přístroje izoluje esenciální oleje účinněji než tradiční extrakční metody, jako je destilace vodní parou nebo extrakce rozpouštědlem. Je to proto, že zvukové vlny vyvolávají v kapalině kavitaci, která pomáhá rozrušit buněčné stěny rostlinného materiálu a uvolnit více esenciálního oleje.
2. Kratší doba extrakce: Ultrazvuková extrakce dokáže extrahovat esenciální oleje za mnohem kratší dobu než tradiční extrakční metody. Je to proto, že intenzivní zvukové vlny generované ultrazvukovou sonotrodou mohou pronikat hlouběji do rostlinného materiálu, narušovat rostlinné buňky s vynikající účinností, a tím extrahovat esenciální olej rychleji a efektivněji.
3. Vyšší kvalita esenciálního oleje: Protože ultrazvuková extrakce je netermické zpracování, může produkovat esenciální oleje vyšší kvality než tradiční extrakční metody. Je to proto, že ultrazvukové vlny dokážou extrahovat esenciální olej, aniž by poškodily jemné aromatické sloučeniny, které oleji dodávají jeho vůni a terapeutické vlastnosti.
4. Energetická účinnost: Ultrazvuková extrakce je energeticky účinná metoda extrakce ve srovnání s tradičními metodami, jako je destilace vodní parou, která vyžaduje mnoho energie na výrobu páry.
5. Šetrnost k životnímu prostředí: Ultrasonikace je čistá a ekologická extrakční technika, protože nevyžaduje použití rozpouštědel ani chemikálií, které mohou být škodlivé pro životní prostředí.

Díky těmto výhodám se ultrazvuková extrakce esenciálních olejů stává vysoce účinnou a ekonomickou technikou, která nabízí mnoho výhod oproti tradičním extrakčním metodám.

Srovnání superkritického oxidu uhličitého (sCO₂), ultrazvukem asistované extrakce (UAE), extrakce superkritickým oxidem uhličitým v kombinaci s technikou tlakových cyklů (SCE-PST) a Soxhletovy extrakce ukazuje, že UAE je nejúčinnější a nejrychlejší extrakční technikou.

Vědecká studie: Ultrazvuková hydrodestilace esenciálních olejů

• Surovina pro extrakci: Sušené listy tymiánu, šalvěje, meduňky, levandule a oregana
• Vyšší výtěžek esenciálních olejů: až o 29,58% více EO
• Kratší doba zpracování

Nedávná studie Nenciu et al. (2026) prokázala přínosy ultrazvukem asistované hydrodestilace u esenciálních olejů z tymiánu, šalvěje, meduňky, levandule a oregana. Sušený rostlinný materiál byl smíchán s vodou, předupraven pomocí sondového sonikátoru Hielscher UP400St a následně podroben destilaci vodní parou. Akustická kavitace narušuje rostlinná pletiva a žláznaté struktury obsahující olej, čímž usnadňuje uvolňování těkavých sloučenin před destilací. Za optimalizovaných podmínek – částice biomasy o velikosti 1 cm, ultrazvukový výkon 150 W a 85minutová extrakce – se výtěžek esenciálního oleje zvýšil z 1,42 na 1,84% v/w, což představuje zlepšení až o 29,58% ve srovnání s konvenční 120minutovou hydrodestilací. Analýza GC-MS potvrdila charakteristické sloučeniny každého oleje, včetně karvakrolu v oreganu, thymolu v tymiánu, citralu a geranialu v meduňce, cineolu a kafru v šalvěji a linaloolu a linalylacetátu v levanduli. Výsledky ukazují, že ultrazvuková předúprava může zvýšit výtěžek esenciálního oleje a zkrátit dobu hydrodestilace, a tím zlepšit celkovou účinnost výroby esenciálních olejů.

Sestava pro ultrazvukem asistovanou hydrodestilaci (UAHD): (a) sonikátor UP400St (b) hydrodestilační jednotka; (c) kondenzace páry + chladicí systém
Obrázek a studie: Nenciu et al., 2026

Vyšší výtěžek esenciálního oleje: ultrazvuková extrakce před hydrodestilací

Pro ultrazvukovou extrakci esenciálního oleje z rostlinného materiálu (např. lavandin, šalvěj, citrusy atd.) lze použít sondový sonikační systém, jako je UIP2000hdT, a to pro extrakci ve stolním, pilotním i výrobním měřítku. Extrakční systém lze uspořádat jako vsádkový nebo průtokový (inline) systém.
Pro ultrazvukovou vsádkovou extrakci se doporučuje nádoba obklopená lázní se studenou vodou. Vodní lázeň umožňuje zabránit nežádoucímu nárůstu teploty a následné degradaci. Při extrakci esenciálního oleje z lavandinu se květy levandule extrahují např. ve 2L destilované vody po dobu extrakce 30 min. Ultrazvuková amplituda je nastavena na 60%. Po ultrazvukové předúpravě se květ levandule odstraní a k extrakci esenciálního oleje se provede konvenční destilace vodní parou.
Pro průtokové (inline) uspořádání extrakce je ultrazvukový procesor vybaven sonotrodou a průtokovou celou. Pro účely chlazení je reaktor s průtokovou celou vybaven chladicím pláštěm. Při ultrazvukové předúpravě se macerovaný rostlinný materiál čerpá reakční komorou, kde prochází přímo kavitační zónou. Další výhodou ultrazvukové průtokové extrakce je možnost natlakovat reakční komoru, a zesílit tak extrakční účinek.
Ultrazvuková předúprava před hydrodestilací zvyšuje výtěžek extrahovaných esenciálních olejů a zlepšuje rychlost extrakce – výsledkem je celkově účinnější postup.

Případová studie: Ultrazvuková hydrodestilace esenciálního oleje ze Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) zkoumali účinnost extrakce esenciálních olejů z bylinné rostliny Satureja khuzistanica Jamzad, přičemž srovnávali tradiční hydrodestilaci a ultrazvukem intenzifikovaný Clevenger (Sono-Clevenger). Obě extrakční techniky, hydrodestilaci a ultrazvukový Clevenger, porovnali z hlediska doby izolace, výtěžku a kvality získaných esenciálních olejů. Výsledky ukazují, že zatímco chemický profil i biologické vlastnosti získaných esenciálních olejů jsou ve srovnatelně vysoké kvalitě, ultrazvuková extrakční metoda zvyšuje účinnost výtěžku izolace esenciálního oleje až o 40%. Snímky z rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) ošetřených listů Satureja odhalují účinnější narušení buněčných stěn rostlin ultrasonikací. V důsledku toho bylo pozorováno zvýšení extrakce esenciálního oleje přibližně o 40% ve srovnání s konvenční metodikou hydrodestilace.
Tato studie podtrhuje výsledky mnoha dalších prací, v nichž byla zkoumána ultrazvuková předúprava před hydrodestilací a které ukázaly, že sondová ultrasonikace zvyšuje kvalitu i množství esenciálního oleje a zároveň zkracuje dobu extrakce a snižuje spotřebu energie ve srovnání s konvenčními technikami.

Srovnání výtěžku extrakce v závislosti na čase u hydrodestilace a metody sono-clevenger: Ultrazvuková extrakce esenciálního oleje pomocí Sono-Clevengeru poskytuje vyšší výtěžky esenciálního oleje za kratší dobu extrakce.
(©Rasouli et al. 2021)

SEM listů Satureja: (A) po hydrodestilaci trvající 4 hodiny a (B) po ošetření metodou sono-clevenger po dobu 60 min. Kratší ošetření Sono-Clevengerem zajišťuje lepší dezintegraci buněk, a tím vyšší výtěžky esenciálního oleje.
(©Rasouli et al. 2021)

Ultrazvukové extraktory pro hydrodestilaci esenciálních olejů

Výkonové ultrazvukové extraktory Hielscher jsou k dispozici pro stolní, pilotní i průmyslové instalace. Naše ultrazvukové procesory jsou přesně ovladatelné a mohou dodávat velmi vysoké amplitudy (až 200µm u průmyslových ultrazvukových přístrojů, vyšší amplitudy na vyžádání) k vytvoření intenzivního akustického pole. Všechna naše ultrazvuková zařízení, od laboratorních až po průmyslové systémy, jsou konstruována pro provoz 24/7 v náročných podmínkách.
Ultrazvukové extraktory Hielscher lze testovat ve stolním měřítku v rámci testů proveditelnosti a optimalizace procesu. Poté lze všechny výsledky procesu lineárně přenést do plné průmyslové výroby. Naše dlouholeté zkušenosti s ultrazvukovým zpracováním nám umožňují poskytovat našim klientům poradenství a podporu od prvních testů a optimalizace procesu až po zavedení vysoce účinného průmyslového provozu.
Navštivte naši technickou laboratoř a procesní centrum a prozkoumejte možnosti ultrazvukových systémů Hielscher!
Naše robustní ultrazvukové systémy lze použít pro vsádkovou i průtokovou (inline) sonikaci. Při výrobě esenciálních olejů lze synergické kombinace dosáhnout instalací ultrazvukové sonotrody do konvenční hydrodestilační sestavy. Snadno lze také dovybavit stávající výrobní linky.

Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:

Princip fungování ultrazvukové extrakce esenciálních olejů

Bylo prokázáno, že ultrazvuková extrakce poskytuje vyšší výtěžky extrakce a snižuje spotřebu energie. Principem fungování ultrazvukové extrakce je imploze bublin vyvolaná ultrazvukovou kavitací. Ultrazvuková / akustická kavitace vytváří kapalinové mikroproudy, které ničí lipidové žlázky v rostlinném pletivu. Tím se zlepšuje přenos hmoty mezi buňkou a rozpouštědlem a uvolňuje se esenciální olej. Hlavní výhodou dnešních moderních ultrazvukových extraktorů je přesná kontrola provozních parametrů (např. intenzity ultrazvuku, teploty, doby ošetření, tlaku, doby zdržení atd.). Vyšší výtěžek esenciálních olejů, jakož i nižší tepelná degradace, vysoká kvalita a dobrý profil vůně a chuti jsou vědecky prokázány (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Zatímco jiné moderní extrakční techniky nabízejí jen omezenou možnost přenosu do průmyslové výroby, schopnost převést ultrazvukovou extrakci do průmyslového měřítka je již prokázána. Například výtěžek extrakce esenciálních olejů z japonských citrusů se zvýšil o 44% ve srovnání s tradičními extrakčními metodami (Mason et al. 2011).

Literatura / Reference

• 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.