Turboekstraktion af kanel med ultralyd

Traditionel kanelekstraktion er tidskrævende og relativt ineffektiv. Ultralydsekstraktion er en enkel, men alligevel meget effektiv procesintensiverende teknik, der reducerer ekstraktionstiden til et par timer og samtidig øger kanel æterisk olieudbytte.

Forbedret kanelekstraktion med ultralyd

Den traditionelle ekstraktion af æterisk kanelolie opnås ved dampdestillation af kanelbark og blade. Den traditionelle dampdestillation er meget langsom og tidskrævende. Jo højere det målrettede udbytte af kanelolie er, jo længere er dampdestillationen, hvilket betyder, at dampdestillationen af en kedel med kanelblade kan tage op til 12 timer, mens dampdestillationen af kanelbark kan tage mere end 24 timer. Ultralydsekstraktion bryder cellestrukturerne i kanelbarken og forlader op, så kanelolien frigives hurtigt og fuldstændigt. Ultralydsekstraktion fremskynder dampdestillationen betydeligt og forkorter behandlingstiden fra en hel dag til et par timer, samtidig med at udbyttet af æterisk olie af kanel øges.
Ultralydsekstraktion frigiver hele spektret af aromatiske kanelforbindelser, herunder kanelaldehyd, linalool, eugenol og kanelsyre. At give et fuldspektret ekstrakt af æteriske olieforbindelser af høj kvalitet er årsagen til den overlegne kvalitet af ultralydekstraherede kanelolier. Især kanelaldehyd, den vigtigste organiske forbindelse, giver kanel sin karakteristiske smag og duft. Da sonikering er en ikke-termisk behandling, forhindres de æteriske olieforbindelser i termisk nedbrydning. Derfor producerer ultralydsekstraktion aroma-intense æteriske olier, der opfylder de højeste kvalitetsstandarder.
Ultralydsekstraktion kan anvendes på kanelbark og blade. Kanelbladolie har en stærkere duft sammenlignet med barkolie. Kanelblade indeholder store mængder eugenol.

Hvorfor ultralydsekstraktion udmærker dampdestillation

For at producere æteriske olier fra kanel via dampdestillation skal de æteriske olier først frigives fra plantematrixen (dvs. planteceller i kanelbladene eller barken). Ved dampdestillation koges kanelplantematerialet i op til 24 timer i kedler. Varme alene er relativt ineffektiv til at bryde cellestrukturerne og frigive de æteriske olier, der er fanget. Generelt frigiver kogning ikke de indespærrede æteriske olier fuldstændigt, og større mængder resterende olier går til spilde, da de ikke blev ekstraheret. Efter varmeudvindingsprocessen finder dampdestillationen sted. Derfor koges en blanding af to ikke-blandbare væsker (dvs. æterisk olie og vand). Blandingen begynder at koge, når deres kombinerede damptryk er lig med 760 mm Hg. Kogepunktet for en blanding af vand og æterisk olie vil således være lavere end kogepunktet for hver komponent separat. Den traditionelle hydrodestillation har store ulemper: Den lange koge- og dampningsproces er meget tids- og energikrævende.
Ultralydsekstraktion fungerer ved akustisk kavitation. Akustisk kavitation opstår, når ultralydsbølger kobles til en væske (f.eks. en suspension bestående af botanisk materiale i et opløsningsmiddel eller vand). Ultralydsbølgerne bevæger sig gennem væsken og forårsager skiftende højtryks-? lavtrykscyklusser. Under lavtrykscyklusser skabes små vakuumbobler (såkaldte kavitationsbobler), som vokser over flere trykcyklusser. Ved en vis størrelse, når boblerne ikke kan absorbere mere energi, imploderer de voldsomt under en højtrykscyklus. Bobleimplosionen er karakteriseret ved intense kavitationskræfter, herunder mikroturbulenser og væskestrømme med hastigheder på op til 100 m/s. Disse kavitationelle forskydningseffekter er også kendt som sonomekaniske effekter. Ultralydsekstraktion af bioaktive molekyler er hovedsageligt forårsaget af sonomekaniske virkninger: omrøring og turbulenser forstyrrer celler og fremmer masseoverførsel. Det betyder, at de bioaktive molekyler såsom æteriske olier, polyfenoler, terpener og cannabinoider frigives fra plantecellematrixen til opløsningsmidlet.
Fordelen ved ultralydsekstraktion i forhold til den traditionelle kognings- og dampdestillationsmetode er den forholdsvis højere ekstraktion af æteriske olier og andre organiske forbindelser på en betydeligt kortere tid. De højere ekstraktionsudbytter undgår spild af råmaterialer og gør udvindingen mere lukrativ. Tids- og energibesparelser opnået ved ultralydsekstraktion er betydelige. Som ikke-termisk metode forhindrer ultralydsekstraktion de termofølsomme forbindelser fra varmeinduceret nedbrydning.
De milde temperaturer og korte behandlingstid er store fordele ved ultralydsekstraktion, da en termisk nedbrydning af de naturlige ekstrakter forhindres. Dette gør ultralydsekstraktion meget effektiv, og derfor giver sonikering æteriske olier af overlegen kvalitet.

Casestudier af ultralyd kanelekstraktion

Forskning og industri har allerede vedtaget ultralydsekstraktion til produktion af æteriske olier af høj kvalitet fra mange botaniske stoffer, herunder kanelblade og bark.

Ultralyd hydrodestillation af kanel

Chen et al. (2020) undersøgte den ultralydsfremmede hydrodestillation og konkluderede, at sonikering forbedrede destillationsprocessen betydeligt. Ultralydsdampdestillation gav højere udbytter af kanelolie inden for drastisk reduceret ekstraktionstid. Ved hjælp af GC-MS-analyse viste de, at den ultralydassisterede hydrodestillation gav mere værdifuld æterisk olie med et højt indhold af hovedforbindelsen trans-cinnamaldehyd sammenlignet med den traditionelle hydrodestillation. Scanning elektronmikrograf (SEM) bekræftede effektiviteten af sonikering til kanelolieekstraktion. Derudover viser analysen af elforbrug og CO2-emission, at den ultralydassisterede hydrodestillationsproces er den mere økonomiske og miljøvenlige tilgang. Derfor, Chen et al. opsummerer, at ultralydassisteret hydrodestillation er en effektiv og grøn teknologi til ekstraktion af æteriske kanelolier, som kan forbedre mængden og kvaliteten af kanelolier.

Ultralyd kanelekstraktion ved hjælp af dybe eutektiske opløsningsmidler

Ultralydsekstraktion ved hjælp af dybe eutektiske opløsningsmidler har vist sig at være en overlegen teknik til at udvinde høje udbytter af trans-cinnamaldehyd og coumarin fra kanelbark.
Metoden under optimale forhold gav et højere indhold af transcinnamaldehyd og coumarin end dem, der opnås ved konventionelle metoder (refluks, soxhlet og maceration) med organiske opløsningsmidler (96% ethanol). De optimale betingelser for ultralydsekstraktion ved hjælp af naturlige dybe eutektiske opløsningsmidler viste sig at være cholinchlorid-citronsyre (ChCl-CA) med 40% vandtilsætning og en 30-minutters ekstraktionstid til ekstraktion af trans-cinnamaldehyd (9,24 ± 0,01 mg? g) og cumarin (11,6 ± 0,11 mg? g) fra kanelbark (C. burmannii Blume). Yderligere undersøgelser bør foretages for at undersøge den farmakologiske aktivitet af trans-cinnamaldehyd og coumarin fra kanelbark. (jf. Aryati et al. 2020)

Overfladebilledet af kanelbark ved hjælp af scanningselektronmikroskopi 1000x forstørrelse; tørret pulver a) efter macerationsekstraktion (b) efter udvinding af tilbageløb (c) efter ekstraktion af Soxhlet, litra d) efter ekstraktion ved hjælp af NADES-UAE ChCl-CA (e).undersøgelse og billede af Aryati et al. 2020

Højtydende ultralydsekstraktorer

Ultralydsekstraktion er en pålidelig behandlingsteknologi, der letter og fremskynder produktionen af æteriske olier af høj kvalitet. Hielscher Ultrasonics-porteføljen dækker hele spektret fra kompakte laboratorie-ultralydapparater til industrielle ekstraktionssystemer. Derved kan vi hos Hielscher tilbyde dig den bedst egnede ultralydsapparat til din påtænkte proceskapacitet. Vores mangeårige erfarne medarbejdere hjælper dig fra gennemførlighedstest og procesoptimering til installation af dit ultralydssystem på det endelige produktionsniveau.
Det lille fodaftryk af vores ultralydsekstraktorer samt deres alsidighed i installationsmuligheder gør, at de passer selv ind i små behandlingsfaciliteter. Ultralydsprocessorer er installeret over hele verden i produktionsfaciliteter til fødevarer, farmaceutiske og kosttilskud.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikeret udsugningsudstyr

Hielscher Ultrasonics produktportefølje dækker hele spektret af højtydende ultralydsekstraktorer fra lille til stor skala. Yderligere tilbehør giver mulighed for nem montering af den bedst egnede ultralydsenhedskonfiguration til din ekstraktionsproces. Den optimale ultralydsopsætning afhænger af den påtænkte kapacitet, volumen, råmateriale, batch- eller inline-proces og tidslinje.

batch og inline

Hielscher ultralydapparater kan bruges til batch og kontinuerlig gennemstrømningsbehandling. Ultralydsbatchbehandling er ideel til procestest, optimering og små til mellemstore produktionsniveauer. For en producerende store mængder botaniske stoffer (f.eks. kanelblade og bark) kan inline-behandling være mere fordelagtig. Mens batching kun kræver en meget enkel opsætning, er det mere tids- og arbejdskrævende. En kontinuerlig inline-udtrækningsproces kræver sofistikeret opsætning – består af en pumpe, slanger eller rør og tanke -, men det er mere effektivt, hurtigere og kræver betydeligt mindre arbejdskraft. Hielscher Ultrasonics har den bedst egnede ekstraktionsopsætning til din ekstraktionsvolumen og procesmål.

Ultralydsekstraktorer til enhver produktkapacitet

Hielscher Ultrasonics produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte laboratorieultralydapparater over bord- og pilotsystemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle lastbiler i timen. Det fulde produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig den bedst egnede ultralydsekstraktor til dit råmateriale, proceskapacitet og produktionsmål.
Ultralydsbordsystemer er ideelle til gennemførlighedstest og procesoptimering. Lineær opskalering baseret på etablerede procesparametre gør det meget nemt at øge forarbejdningskapaciteten fra mindre partier til fuldt kommerciel produktion. Opskalering kan udføres ved enten at installere en mere kraftfuld ultralydsudsugningsenhed eller klynge flere ultralydapparater parallelt. Med UIP16000 tilbyder Hielscher den mest kraftfulde ultralydsekstraktor på verdensplan.

Præcist kontrollerbare amplituder for optimale resultater

Alle Hielscher ultralydapparater er præcist kontrollerbare og dermed pålidelige arbejdsheste i produktionen. Amplituden er en af de afgørende procesparametre, der påvirker effektiviteten og effektiviteten af ultralydsekstraktion af æteriske olier fra kanel.
Alle Hielscher ultralydsapparater’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Præcise amplitudeindstillinger og permanent overvågning af ultralydsprocesparametrene via smart software giver dig mulighed for at behandle dine kanelblade og bark med de mest effektive ultralydsbetingelser. Optimal sonikering for de bedste ekstraktionsresultater!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your extraction requirements.

Nem, risikofri test

Ultralydsprocesser kan skaleres fuldstændigt lineært. Dette betyder, at hvert resultat, du har opnået ved hjælp af en ultralydsapparat i laboratoriet eller en ultralydsmaskine, kan skaleres til nøjagtigt det samme output ved hjælp af nøjagtig de samme procesparametre. Dette gør ultralydbehandling ideel til risikofri gennemførlighedstest, procesoptimering og efterfølgende implementering i kommerciel fremstilling. Kontakt os for at lære, hvordan sonikering kan øge din kanelekstraktproduktion.

Højeste kvalitet – Designet og fremstillet i Tyskland

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: