Turboekstraktion af kanel med ultralyd

Traditionel kanelekstraktion er tidskrævende og relativt ineffektiv. Ultralydsekstraktion er en enkel, men yderst effektiv teknik til procesintensivering, som reducerer ekstraktionstiden til få timer og samtidig øger udbyttet af æterisk kanelolie.

Forbedret kanelekstraktion med ultralyd

Traditionel ekstraktion af æterisk kanelolie udføres ved dampdestillation af kanelbark og kanelblade. Traditionel dampdestillation er meget langsom og tidskrævende. Jo højere det ønskede udbytte af kanelolie er, desto længere varer dampdestillationen, hvilket betyder, at dampdestillation af en kedel med kanelblade kan tage op til 12 timer, mens dampdestillation af kanelbark kan tage mere end 24 timer. Ultralydsekstraktion nedbryder cellestrukturerne i kanelbarken og kanelbladene, så kanelolien frigives hurtigt og fuldstændigt. Ultralydsekstraktion fremskynder dampdestillationen betydeligt og forkorter behandlingstiden fra et helt døgn til få timer, samtidig med at udbyttet af æterisk kanelolie øges.
Ultralydsekstraktion frigiver hele spektret af aromatiske kanelforbindelser, herunder cinnamaldehyd, linalool, eugenol og kanelsyre. Et ekstrakt med hele spektret af forbindelser af høj kvalitet fra den æteriske olie er årsagen til den overlegne kvalitet af ultralydsekstraherede kanelolier. Især cinnamaldehyd, den vigtigste organiske forbindelse, giver kanel dens karakteristiske smag og duft. Da sonikering er en ikke-termisk behandling, forhindres termisk nedbrydning af forbindelserne i den æteriske olie. Derfor producerer ultralydsekstraktion æteriske olier med intens aroma, som opfylder de højeste kvalitetsstandarder.
Ultralydsekstraktion kan anvendes på kanelbark og kanelblade. Kanelbladolie har en kraftigere duft end barkolie. Kanelblade indeholder store mængder eugenol.

Hvorfor ultralydsekstraktion overgår dampdestillation

For at producere æteriske olier fra kanel ved dampdestillation skal de æteriske olier først frigives fra plantematricen (dvs. plantecellerne i kanelbladene eller barken). Ved dampdestillation koges kanelplantematerialet i kedler i op til 24 timer. Varme alene er relativt ineffektiv til at nedbryde cellestrukturerne og frigive de indesluttede æteriske olier. Generelt frigiver kogning ikke de indesluttede æteriske olier fuldstændigt, og større mængder resterende olie går til spilde, fordi de ikke blev ekstraheret. Efter ekstraktionsprocessen med varme finder dampdestillationen sted. Derfor koges en blanding af to ikke-blandbare væsker (dvs. æterisk olie og vand). Blandingen begynder at koge, når deres samlede damptryk er lig med 760 mm Hg. Kogepunktet for en blanding af vand og æterisk olie vil således være lavere end kogepunktet for hver af komponenterne hver for sig. Traditionel hydrodestillation har væsentlige ulemper: Den lange koge- og dampbehandlingsproces er meget tids- og energikrævende.
Ultralydsekstraktion virker ved hjælp af akustisk kavitation. Akustisk kavitation opstår, når højintensive ultralydsbølger kobles ind i en væske (f.eks. en suspension bestående af plantemateriale i et opløsningsmiddel eller vand). Ultralydsbølgerne bevæger sig gennem væsken og skaber skiftende højtryks- / lavtrykscyklusser. Under lavtrykscyklusserne dannes bittesmå vakuumbobler (såkaldte kavitationsbobler), som vokser over flere trykcyklusser. Ved en bestemt størrelse, når boblerne ikke kan optage mere energi, imploderer de voldsomt under en højtrykscyklus. Boblernes implosion er kendetegnet ved intense kavitationskræfter, herunder mikroturbulens og væskestrømme med hastigheder på op til 100m/s. Disse forskydningseffekter fra kavitation kaldes også sonomekaniske effekter. Ultralydsekstraktion af bioaktive molekyler skyldes hovedsageligt sonomekaniske effekter: Omrøring og turbulens nedbryder celler og fremmer masseoverførsel. Det betyder, at bioaktive molekyler såsom æteriske olier, polyfenoler, terpener og cannabinoider frigives fra plantecellematricen til opløsningsmidlet.
Fordelen ved ultralydsekstraktion i forhold til den traditionelle metode med kogning og dampdestillation er den forholdsvis større ekstraktion af æteriske olier og andre organiske forbindelser på betydeligt kortere tid. De højere ekstraktionsudbytter forhindrer spild af råmateriale og gør ekstraktionen mere indbringende. Tids- og energibesparelserne ved ultralydsekstraktion er betydelige. Som ikke-termisk metode forhindrer ultralydsekstraktion varmeinduceret nedbrydning af de temperaturfølsomme forbindelser.
De milde temperaturer og den korte behandlingstid er væsentlige fordele ved ultralydsekstraktion, da termisk nedbrydning af de naturlige ekstrakter forhindres. Dette gør ultralydsekstraktion yderst effektiv, og derfor giver sonikering æteriske olier af overlegen kvalitet.

Casestudier af ultralydsekstraktion af kanel

Forskning og industri har allerede taget ultralydsekstraktion i brug til produktion af æteriske olier af høj kvalitet fra mange plantematerialer, herunder kanelblade og kanelbark.

Ultralydshydrodestillation af kanel

Chen et al. (2020) undersøgte ultralydsfremmet hydrodestillation og konkluderede, at sonikering forbedrede destillationsprocessen betydeligt. Ultralydsdampdestillation gav højere udbytter af kanelolie på en drastisk reduceret ekstraktionstid. Ved hjælp af analyse med GC-MS viste de, at ultralydsassisteret hydrodestillation gav en mere værdifuld æterisk olie med et højt indhold af hovedforbindelsen trans-cinnamaldehyde sammenlignet med traditionel hydrodestillation. Et scanningselektronmikroskopisk billede (SEM) bekræftede sonikeringens effektivitet ved ekstraktion af kanelolie. Desuden viser analysen af elforbrug og udledning af CO2, at den ultralydsassisterede hydrodestillationsproces er den mere økonomiske og miljøvenlige tilgang. Derfor sammenfatter Chen et al., at ultralydsassisteret hydrodestillation er en effektiv og grøn teknologi til ekstraktion af æterisk kanelolie, som kan forbedre mængden og kvaliteten af kanelolier.

Ultralydsekstraktion af kanel med dybe eutektiske opløsningsmidler

Ultralydsekstraktion med dybe eutektiske opløsningsmidler har vist sig at være en overlegen teknik til at ekstrahere høje udbytter af trans-cinnamaldehyd og kumarin fra kanelbark.
Metoden gav under optimale betingelser et højere indhold af trans-cinnamaldehyd og kumarin end det, der blev opnået med konventionelle metoder (refluks, Soxhlet og maceration) med organiske opløsningsmidler (96% ethanol). De optimale betingelser for ultralydsekstraktion med naturlige dybe eutektiske opløsningsmidler viste sig at være cholinchlorid-citronsyre (ChCl-CA) med tilsætning af 40% vand og en ekstraktionstid på 30 minutter til ekstraktion af trans-cinnamaldehyd (9,24 ± 0,01 mg/g) og kumarin (11,6 ± 0,11 mg/g) fra kanelbark (C. burmannii Blume). Der bør udføres yderligere undersøgelser for at udforske den farmakologiske aktivitet af trans-cinnamaldehyd og kumarin fra kanelbark. (jf. Aryati et al. 2020)

Overfladebillede af kanelbark optaget ved scanningselektronmikroskopi med 1000x forstørrelse; tørret pulver (a); efter ekstraktion ved maceration (b); efter refluksekstraktion (c); efter Soxhlet-ekstraktion (d); efter ekstraktion med NADES-UAE ChCl-CA (e).
studie og billede af Aryati et al. 2020

Højtydende ultralydsekstraktorer

Ultralydsekstraktion er en pålidelig procesteknologi, som letter og fremskynder produktionen af æteriske olier af høj kvalitet. Hielscher Ultrasonics’ portefølje dækker hele spektret fra kompakte ultralydsapparater til laboratorier til industrielle ekstraktionssystemer. Dermed kan vi hos Hielscher tilbyde dig det mest velegnede ultralydsapparat til din planlagte proceskapacitet. Vores medarbejdere med mange års erfaring hjælper dig fra gennemførlighedstest og procesoptimering til installation af dit ultralydssystem på det endelige produktionsniveau.
Vores ultralydsekstraktorers lille pladsbehov og deres alsidige installationsmuligheder gør, at de passer ind selv i procesanlæg med begrænset plads. Ultralydsprocessorer er installeret over hele verden i produktionsanlæg til fødevarer, lægemidler og kosttilskud.

Hielscher Ultrasonics – avanceret ekstraktionsudstyr

Hielscher Ultrasonics’ produktportefølje dækker hele spektret af højtydende ultralydsekstraktorer fra lille til stor skala. Yderligere tilbehør gør det nemt at sammensætte den mest velegnede konfiguration af ultralydsudstyr til din ekstraktionsproces. Den optimale ultralydsopstilling afhænger af den planlagte kapacitet, volumen, råmaterialet, batch- eller inlineprocessen og tidsplanen.

Batch og inline

Hielschers ultralydsapparater kan bruges til batchbehandling og kontinuerlig gennemstrømningsbehandling. Ultralydsbaseret batchbehandling er ideel til procesafprøvning, optimering og produktion i lille til mellemstor skala. Ved produktion af store mængder plantemateriale (f.eks. kanelblade og kanelbark) kan inlinebehandling være mere fordelagtig. Selvom batchbehandling kun kræver en meget enkel opstilling, er den mere tids- og arbejdskrævende. En kontinuerlig inlineekstraktionsproces kræver en avanceret opstilling – bestående af en pumpe, slanger eller rør og tanke – men den er mere effektiv, hurtigere og kræver betydeligt mindre arbejdskraft. Hielscher Ultrasonics har den mest velegnede ekstraktionsopstilling til dit ekstraktionsvolumen og dine procesmål.

Ultralydsekstraktorer til enhver produktionskapacitet

Hielscher Ultrasonics’ produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte ultralydsapparater til laboratorier over bord- og pilotsystemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle hele lastbillæs i timen. Det komplette produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig den mest velegnede ultralydsekstraktor til dit råmateriale, din proceskapacitet og dine produktionsmål.
Ultralydsbordsystemer er ideelle til gennemførlighedstest og procesoptimering. Lineær opskalering baseret på etablerede procesparametre gør det meget nemt at øge behandlingskapaciteten fra mindre partier til fuld kommerciel produktion. Opskalering kan udføres ved enten at installere en kraftigere ultralydsekstraktorenhed eller samle flere ultralydsapparater i en parallel klynge. Med UIP16000 tilbyder Hielscher verdens kraftigste ultralydsekstraktor.

Præcist regulerbare amplituder til optimale resultater

Alle Hielschers ultralydsapparater kan reguleres præcist og er dermed pålidelige arbejdsheste i produktionen. Amplituden er en af de afgørende procesparametre, der påvirker effektiviteten og virkningsgraden ved ultralydsekstraktion af æteriske olier fra kanel.
Alle Hielscher Ultrasonics’ processorer giver mulighed for præcis indstilling af amplituden. Sonotroder og boosterhorn er tilbehør, der gør det muligt at ændre amplituden inden for et endnu større område. Hielschers industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder og den nødvendige ultralydsintensitet til krævende anvendelser. Amplituder på op til 200µm kan uden problemer opretholdes kontinuerligt i 24/7-drift.
Præcise amplitudeindstillinger og permanent overvågning af ultralydsprocesparametrene via intelligent software giver dig mulighed for at behandle dine kanelblade og din kanelbark under de mest effektive ultralydsbetingelser. Optimal sonikering giver de bedste ekstraktionsresultater!
Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr muliggør 24/7-drift under stor belastning og i krævende miljøer. Dette gør Hielschers ultralydsudstyr til et pålideligt arbejdsredskab, der opfylder dine ekstraktionskrav.

Nem, risikofri afprøvning

Ultralydsprocesser kan opskaleres fuldstændigt lineært. Det betyder, at ethvert resultat, du har opnået med et ultralydsapparat til laboratorie- eller bordbrug, kan opskaleres til præcis samme output med præcis de samme procesparametre. Dette gør ultralydsbehandling ideel til risikofri gennemførlighedstest, procesoptimering og efterfølgende implementering i kommerciel produktion. Kontakt os for at høre, hvordan sonikering kan øge din produktion af kanelekstrakt.

Højeste kvalitet – designet og fremstillet i Tyskland

Som familieejet og familiedrevet virksomhed prioriterer Hielscher de højeste kvalitetsstandarder for sine ultralydsprocessorer. Alle ultralydsapparater designes, fremstilles og testes grundigt på vores hovedsæde i Teltow nær Berlin i Tyskland. Robustheden og pålideligheden af Hielschers ultralydsudstyr gør det til en arbejdshest i din produktion. 24/7-drift under fuld belastning og i krævende miljøer er en naturlig egenskab ved Hielschers højtydende blandere.

Tabellen nedenfor giver dig et indtryk af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: