Ultralyd hydrodestillation af æteriske olier

• Den konventionelle udvinding af æteriske olier er dyr og tidskrævende.
• Ultralydsekstraktion giver højere udbytter og overlegen ekstraktkvalitet.
• Ultralyd kan udføres som opløsningsmiddel- eller vandbaseret ekstraktionsmetode. Alternativt kan sonikering kombineres med traditionelle ekstraktionssystemer for at forbedre effektiviteten og kvaliteten.

Hydrodestillation af botaniske ekstrakter

Hydrodestillation er en variant af dampdestillation. Til hydrodestillationsekstraktionen gennemblødes plantemateriale i nogen tid i vand, hvorefter blandingen opvarmes, og flygtige materialer føres væk i dampen, kondenseres og adskilles. Det er en almindelig ekstraktionsproces at adskille fytokemiske forbindelser fra plantemateriale. Dampdestillation er en almindelig teknik til at isolere æteriske olier, f.eks. til parfumeri.
Da mange organiske forbindelser har en tendens til at nedbrydes ved høje vedvarende temperaturer, træder industrien frem for at bruge alternative milde forarbejdningsmetoder, som giver bedre ekstraktionsresultater (overlegen kvalitet, højere udbytter). Ultralydshydrodestillation er en mild, men alligevel meget effektiv ekstraktionsteknik, der bruges til at producere æteriske olier af høj kvalitet.

Udfordringer ved konventionel produktion af æteriske olier

Problemerne med de traditionelle udvindingsteknikker som dampdestillation ligger i de enorme mængder plantemateriale, der er nødvendige for at udvinde æteriske olier i kommerciel skala. For 1 kg lavendel æterisk olie kræves ca. 200 kg (440 lb) friske lavendelblomster, for 1 kg rosenolie er der brug for mellem 2,5 og 5 tons rosenblade og for 1 kg æterisk citronolie består råmaterialet af ca. 3.000 citroner. Derfor er æteriske olier meget dyre. For rose absolut er prisen omkring 20.000 € (21.000US$) pr. liter.
For at opnå fordele med hensyn til rentabilitet og konkurrenceevne skal producenter af æteriske olier implementere mere effektive og effektive udvindingsmetoder. De gunstige teknikker til ultralydsekstraktion udmærker traditionelle ekstraktionsmetoder ved milde ekstraktionsforhold, høje udbytter og overlegen ekstraktkvalitet. Sonikering kan udføres som opløsningsmiddelbaseret eller opløsningsmiddelfri ekstraktion. Alternativt kan ultralydssondeekstraktion kombineres med almindelige ekstraktionssystemer, f.eks. Ekstraktion af Soxhlet, Clevenger-ekstraktion, superkritisk CO2, ohmsk hydrodestillation osv. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultralyd ohmsk hydrodestillation).

Fordele ved ultralydsekstraktion og hydrodestillation

Ultralydassisteret ekstraktion og hydrodestillation er i dag en etableret teknik til fremstilling af æteriske olier af høj kvalitet. Som ikke-termisk ekstraktionsteknik undgår sonikering termisk nedbrydning af varmefølsomme forbindelser. Samtidig øges ekstraktionseffektiviteten og udbyttet af æteriske olier betydeligt. Find fordelene ved ultralyd æterisk olieproduktion nedenfor:

1. Høj ekstraktionseffektivitet: Ekstraktion ved hjælp af en sonde-type ultralydsapparat isolerer æteriske olier mere effektivt end traditionelle ekstraktionsmetoder, såsom dampdestillation eller opløsningsmiddelekstraktion. Det skyldes, at lydbølgerne forårsager kavitation i væsken, hvilket er med til at nedbryde cellevæggene i plantematerialet og frigive mere af den æteriske olie.
2. Kortere ekstraktionstid: Ultralydsekstraktion kan udvinde æteriske olier på meget kortere tid end traditionelle ekstraktionsmetoder. Dette skyldes, at de intense lydbølger, der genereres af en ultralydssonde, kan trænge dybere ind i plantematerialet, forstyrre plantecellen med overlegen effektivitet og derfor udvinde den æteriske olie hurtigere og mere effektivt.
3. Forbedret kvalitet af den æteriske olie: Da ultralydsekstraktion er en ikke-termisk behandling, kan den producere æteriske olier med en højere kvalitet end traditionelle ekstraktionsmetoder. Dette skyldes, at ultralydsbølger kan udvinde den æteriske olie uden at beskadige de sarte aromatiske forbindelser, der giver olien dens duft og terapeutiske egenskaber.
4. Energieffektiv: Ultralydsekstraktion er en energieffektiv ekstraktionsmetode sammenlignet med traditionelle metoder, såsom dampdestillation, som kræver meget energi til at producere damp.
5. Miljøvenlig: Ultralydbehandling er en ren og miljøvenlig ekstraktionsteknik, da den ikke kræver brug af opløsningsmidler eller kemikalier, som kan være skadelige for miljøet.

Disse fordele gør ultralyd æterisk olieekstraktion til en yderst effektiv og økonomisk teknik, der giver mange fordele i forhold til traditionelle ekstraktionsmetoder.

Ultralydsekstraktion kræver kun meget kort tid og genererer de bedste ekstraktionsudbytter. Sammenligning af superkritisk kuldioxid (sCO2), ultralydsassisteret ekstraktion (UAE), superkritisk kuldioxidekstraktion kombineret med tryksvingteknik (SCE-PST) og Soxhlet-ekstraktion viser, at UAE er den mest effektive og hurtige ekstraktionsteknik.

Arbejdsprincip for ultralyd æterisk olieekstraktion

Ultralydsekstraktion har vist sig at give højere ekstraktionsudbytter og reducere energiforbruget. Arbejdsprincippet for ultralydsekstraktion er bobleimplosionen genereret ved ultralydskavitation. Ultralyd / akustisk kavitation genererer flydende mikrostråler, som ødelægger de lipidholdige kirtler i plantevævet. Derved forbedres masseoverførslen mellem celle og opløsningsmiddel, og den æteriske olie frigives. En stor fordel ved nutidens moderne ultralydsekstraktorer er den præcise kontrol over driftsparametrene (f.eks. Ultralydsintensitet, temperatur, behandlingstid, tryk, retentionstid osv.). Øget udbytte af æteriske olier samt lavere termisk nedbrydning, høj kvalitet og en god aroma- og smagsprofil er videnskabeligt bevist (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Mens andre moderne ekstraktionsteknikker kun tilbyder begrænset kapacitet til opskalering til industriel produktion, er styrken til at opskalere ultralydsekstraktionen til industrielt niveau allerede bevist. For eksempel blev ekstraktionsudbyttet af æteriske olier fra japansk citrus øget med 44 % sammenlignet med de traditionelle ekstraktionsmetoder (Mason et al. 2011).

Ultralydsforbehandling til udvinding af æteriske olier

Til ultralydsekstraktion af æterisk olie fra plantemateriale (f.eks. Lavandin, salvie, citrus osv.) Kan et sonde-type sonikeringssystem såsom UIP2000hdT bruges til ekstraktion på bænk-top, pilot og produktionsskala. Udsugningssystemet kan konfigureres som et batch- eller inline-system.
Til ultralydsbatchekstraktion anbefales en beholder med et omgivende koldt vandbad. Vandbadet gør det muligt at undgå en uønsket temperaturstigning og den deraf følgende nedbrydning. Til ekstraktion af lavandin æteriske olier ekstraheres lavendelblomster med f.eks. 2 liter destilleret vand i en ekstraktionstid på 30 min. Ultralydsamplituden er indstillet til 60%. Efter ultralydsforbehandlingen fjernes lavendelblomsten, og konventionel dampdestillation udføres for at udvinde den æteriske olie.
Til inline ekstraktionsopsætning er ultralydsprocessoren udstyret med sonotrode og flowcelle. Til køleformål er flowcellereaktoren udstyret med en kølekappe. Til ultralydsforbehandlingen pumpes det macererede plantemateriale gennem reaktionskammeret, hvor det passerer direkte gennem kavitationszonen. En yderligere fordel ved ultralyd inline-ekstraktion er muligheden for at sætte reaktionskammeret under tryk for at øge ekstraktionseffekten.
Ultralydsforbehandlingen før hydrodestillation øger udbyttet af ekstraherede æteriske olier og forbedrer ekstraktionshastigheden – hvilket resulterer i en generelt mere effektiv procedure.

Sono-Clevenger med ultralydssonde UP200S: En ultralydsintensiveret hydrodestillationsopsætning til yderst effektiv isolering af æterisk olie.
(©Rasouli et al. 2021)

Casestudie: Ultralydshydrodestillation af æterisk olie fra Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) undersøgte ekstraktionseffektiviteten for æteriske olier fra urteplanten Satureja khuzistanica Jamzad ved at sammenligne traditionel hydrodestillation og ultralydsintensiveret Clevenger (Sono-Clevenger). De sammenlignede begge ekstraktionsteknikker, hydrodestillation og ultralyd Clevenger, med hensyn til isoleringstid, udbytte og kvalitet af opnåede æteriske olier. Resultaterne viser, at mens den opnåede kemiske profil og biologiske egenskaber for æteriske olier begge er af sammenlignelig høj kvalitet, forbedrer ultralydsekstraktionsmetoden effektiviteten af æterisk olieisolering med op til 40%. Scanningselektronmikrograf (SEM) billeder af de behandlede Satureja-blade afslører en mere effektiv forstyrrelse af plantecellevægge ved ultralydbehandling. Som følge heraf blev der observeret en forbedring i udvinding af æterisk olie med ca. 40 % sammenlignet med konventionel hydrodestillationsmetode.
Denne undersøgelse understreger resultaterne af mange andre rapporter, hvor ultralydsforbehandlingen før hydrodestillationen er blevet undersøgt og vist, at sonde-type ultralydbehandling forbedrer både kvaliteten og mængden af den æteriske olie, samtidig med at ekstraktionstiden og energiforbruget reduceres sammenlignet med de konventionelle teknikker.
 

Sammenligningen af ekstraktionsudbyttet som funktion af tiden for hydrodestillation og sono-clevenger-metoden: Ultralyd æterisk olieekstraktion med en Sono-Clevenger giver højere udbytter af æterisk olie inden for en kortere ekstraktionstid.
(©Rasouli et al. 2021)

SEM af Satureja forlader: (A) efter hydrodestillation i 4 timer, og (B) efter sono-clevenger-behandling i 60 min. Den kortere Sono-Clevenger-behandling giver en bedre celleforstyrrelse og dermed højere udbytte af æteriske olier.
(©Rasouli et al. 2021)

Ultralydsekstraktorer til hydrodestillation af æterisk olie

Hielscher ultralydsudsugninger fås til bord-, pilotanlæg og industrianlægsinstallationer. Vores ultralydsprocessorer er præcist kontrollerbare og kan levere meget høje amplituder (op til 200 μm for industrielle ultralydapparater, højere amplituder efter anmodning) for at generere et intenst akustisk felt. Alle vores ultralydsenheder, fra laboratorier til industrielle systemer, er bygget til 24/7 drift under tunge forhold.
Hielscher ultralydsekstraktorer kan testes i bænkskala til gennemførlighedstest og procesoptimering. Herefter kan alle procesresultater skaleres lineært til fuld industriel produktion. Vores lange erfaring inden for ultralydsbehandling gør os i stand til at rådgive og hjælpe vores kunder fra første test og procesoptimering til implementering af en højeffektiv industriel drift.
Besøg vores tekniske laboratorium og procescenter for at udforske mulighederne i Hielscher ultralydssystemer!
Vores robuste ultralydssystemer kan bruges til batch og inline sonikering. Til produktion af æterisk olie kan en synergistisk kombination opnås ved at installere en ultralydssonde i en konventionel hydrodestillationsopsætning. Eftermontering af eksisterende produktionslinjer kan også nemt udføres.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: