Υπερταχεία εκχύλιση κανέλας με υπερήχους

Η παραδοσιακή εκχύλιση κανέλας είναι χρονοβόρα και σχετικά αναποτελεσματική. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια απλή, αλλά ιδιαίτερα αποδοτική τεχνική εντατικοποίησης διεργασιών, η οποία μειώνει τον χρόνο εκχύλισης σε λίγες ώρες και ταυτόχρονα αυξάνει την απόδοση σε αιθέριο έλαιο κανέλας.

Βελτιωμένη εκχύλιση κανέλας με υπερήχους

Η παραδοσιακή εκχύλιση αιθέριου ελαίου κανέλας επιτυγχάνεται με απόσταξη του φλοιού και των φύλλων κανέλας με υδρατμούς. Η παραδοσιακή απόσταξη με υδρατμούς είναι πολύ αργή και χρονοβόρα. Όσο υψηλότερη είναι η επιδιωκόμενη απόδοση σε έλαιο κανέλας, τόσο περισσότερο διαρκεί η απόσταξη με υδρατμούς, πράγμα που σημαίνει ότι η απόσταξη με υδρατμούς ενός λέβητα γεμάτου με φύλλα κανέλας μπορεί να διαρκέσει έως και 12 ώρες, ενώ η απόσταξη του φλοιού κανέλας με υδρατμούς μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από 24 ώρες. Η εκχύλιση με υπερήχους διασπά τις κυτταρικές δομές του φλοιού και των φύλλων κανέλας, ώστε το έλαιο κανέλας να απελευθερώνεται γρήγορα και πλήρως. Η εκχύλιση με υπερήχους επιταχύνει σημαντικά την απόσταξη με υδρατμούς, μειώνοντας τον χρόνο επεξεργασίας από μία ολόκληρη ημέρα σε λίγες ώρες και αυξάνοντας παράλληλα την απόδοση σε αιθέριο έλαιο κανέλας.
Η εκχύλιση με υπερήχους απελευθερώνει ολόκληρο το φάσμα των αρωματικών ενώσεων της κανέλας, συμπεριλαμβανομένων της κινναμαλδεΰδης, της λιναλοόλης, της ευγενόλης και του κινναμωμικού οξέος. Η παραγωγή ενός εκχυλίσματος που περιλαμβάνει το πλήρες φάσμα ενώσεων αιθέριου ελαίου υψηλής ποιότητας είναι ο λόγος για την ανώτερη ποιότητα των ελαίων κανέλας που εκχυλίζονται με υπερήχους. Ειδικότερα, η κινναμαλδεΰδη, η κύρια οργανική ένωση, προσδίδει στην κανέλα τη χαρακτηριστική γεύση και οσμή της. Καθώς η κατεργασία με υπερήχους είναι μη θερμική επεξεργασία, οι ενώσεις του αιθέριου ελαίου προστατεύονται από τη θερμική αποδόμηση. Επομένως, η εκχύλιση με υπερήχους παράγει αιθέρια έλαια με έντονο άρωμα που πληρούν τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας.
Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί να εφαρμοστεί στον φλοιό και στα φύλλα κανέλας. Το έλαιο των φύλλων κανέλας έχει εντονότερη οσμή σε σύγκριση με το έλαιο του φλοιού. Τα φύλλα κανέλας περιέχουν μεγάλες ποσότητες ευγενόλης.

Γιατί η εκχύλιση με υπερήχους υπερέχει της απόσταξης με υδρατμούς

Για την παραγωγή αιθέριων ελαίων από κανέλα μέσω απόσταξης με υδρατμούς, τα αιθέρια έλαια πρέπει πρώτα να απελευθερωθούν από τη φυτική μήτρα (δηλ. τα φυτικά κύτταρα στα φύλλα ή στον φλοιό της κανέλας). Κατά την απόσταξη με υδρατμούς, το φυτικό υλικό της κανέλας βράζεται για έως και 24 ώρες σε λέβητες. Η θερμότητα από μόνη της είναι σχετικά αναποτελεσματική στη διάσπαση των κυτταρικών δομών και στην απελευθέρωση των εγκλωβισμένων αιθέριων ελαίων. Γενικά, ο βρασμός δεν απελευθερώνει πλήρως τα εγκλωβισμένα αιθέρια έλαια και μεγαλύτερες ποσότητες υπολειμματικών ελαίων χάνονται, καθώς δεν έχουν εκχυλιστεί. Μετά τη διαδικασία θερμικής εκχύλισης, ακολουθεί η απόσταξη με υδρατμούς. Για τον σκοπό αυτό, βράζεται ένα μείγμα δύο μη αναμείξιμων υγρών (δηλ. αιθέριου ελαίου και νερού). Το μείγμα αρχίζει να βράζει όταν η συνδυασμένη τάση ατμών τους ισούται με 760 mm Hg. Το σημείο βρασμού ενός μείγματος νερού και αιθέριου ελαίου θα είναι επομένως χαμηλότερο από το σημείο βρασμού καθενός από τα δύο συστατικά χωριστά. Η παραδοσιακή υδροαπόσταξη παρουσιάζει σημαντικά μειονεκτήματα: η μακρά διαδικασία βρασμού και επεξεργασίας με ατμό είναι ιδιαίτερα χρονοβόρα και ενεργοβόρα.
Η εκχύλιση με υπερήχους λειτουργεί μέσω ακουστικής σπηλαίωσης. Η ακουστική σπηλαίωση εμφανίζεται όταν κύματα υπερήχων ισχύος συζεύγνυνται με ένα υγρό (π.χ. ένα εναιώρημα φυτικού υλικού σε διαλύτη ή νερό). Τα κύματα υπερήχων διαδίδονται μέσα στο υγρό, προκαλώντας εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής / χαμηλής πίεσης. Κατά τους κύκλους χαμηλής πίεσης, δημιουργούνται μικροσκοπικές φυσαλίδες κενού (οι λεγόμενες φυσαλίδες σπηλαίωσης), οι οποίες μεγαλώνουν κατά τη διάρκεια αρκετών κύκλων πίεσης. Όταν φτάσουν σε ένα ορισμένο μέγεθος και δεν μπορούν πλέον να απορροφήσουν περισσότερη ενέργεια, οι φυσαλίδες καταρρέουν βίαια προς το εσωτερικό τους κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Η κατάρρευση των φυσαλίδων χαρακτηρίζεται από έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης, συμπεριλαμβανομένων μικροστροβιλισμών και ρευμάτων υγρού με ταχύτητες έως και 100m/s. Αυτές οι διατμητικές επιδράσεις της σπηλαίωσης είναι επίσης γνωστές ως ηχομηχανικές επιδράσεις. Η εκχύλιση βιοδραστικών μορίων με υπερήχους οφείλεται κυρίως σε ηχομηχανικές επιδράσεις: η ανάδευση και οι στροβιλισμοί προκαλούν κυτταρική διάρρηξη και προάγουν τη μεταφορά μάζας. Αυτό σημαίνει ότι τα βιοδραστικά μόρια, όπως τα αιθέρια έλαια, οι πολυφαινόλες, τα τερπένια και τα κανναβινοειδή, απελευθερώνονται από τη μήτρα των φυτικών κυττάρων στον διαλύτη.
Το πλεονέκτημα της εκχύλισης με υπερήχους έναντι της παραδοσιακής μεθόδου βρασμού και απόσταξης με υδρατμούς είναι η συγκριτικά μεγαλύτερη εκχύλιση αιθέριων ελαίων και άλλων οργανικών ενώσεων σε σημαντικά μικρότερο χρόνο. Οι υψηλότερες αποδόσεις εκχύλισης αποτρέπουν τη σπατάλη πρώτης ύλης και καθιστούν την εκχύλιση πιο επικερδή. Η εξοικονόμηση χρόνου και ενέργειας που επιτυγχάνεται με την εκχύλιση με υπερήχους είναι σημαντική. Ως μη θερμική μέθοδος, η εκχύλιση με υπερήχους αποτρέπει την αποδόμηση των θερμοευαίσθητων ενώσεων λόγω θερμότητας.
Οι ήπιες θερμοκρασίες και ο σύντομος χρόνος επεξεργασίας αποτελούν σημαντικά πλεονεκτήματα της εκχύλισης με υπερήχους, καθώς αποτρέπεται η θερμική αποσύνθεση των φυσικών εκχυλισμάτων. Αυτό καθιστά την εκχύλιση με υπερήχους ιδιαίτερα αποδοτική και, επομένως, η κατεργασία με υπερήχους παρέχει αιθέρια έλαια ανώτερης ποιότητας.

Μελέτες περιπτώσεων εκχύλισης κανέλας με υπερήχους

Η έρευνα και η βιομηχανία έχουν ήδη υιοθετήσει την εκχύλιση με υπερήχους για την παραγωγή αιθέριων ελαίων υψηλής ποιότητας από πολλά φυτικά υλικά, συμπεριλαμβανομένων των φύλλων και του φλοιού της κανέλας.

Υδροαπόσταξη κανέλας με υπερήχους

Οι Chen et al. (2020) διερεύνησαν την υδροαπόσταξη που ενισχύεται με υπερήχους και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η κατεργασία με υπερήχους βελτίωσε σημαντικά τη διαδικασία απόσταξης. Η απόσταξη με υδρατμούς υποβοηθούμενη από υπερήχους παρείχε υψηλότερες αποδόσεις ελαίου κανέλας σε δραστικά μειωμένο χρόνο εκχύλισης. Χρησιμοποιώντας ανάλυση GC-MS, έδειξαν ότι η υποβοηθούμενη από υπερήχους υδροαπόσταξη παρείχε αιθέριο έλαιο μεγαλύτερης αξίας, με υψηλή περιεκτικότητα στην κύρια ένωση trans-κινναμαλδεΰδη, σε σύγκριση με την παραδοσιακή υδροαπόσταξη. Η μικρογραφία ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) επιβεβαίωσε την αποδοτικότητα της κατεργασίας με υπερήχους για την εκχύλιση ελαίου κανέλας. Επιπλέον, η ανάλυση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας και των εκπομπών CO2 δείχνει ότι η διαδικασία υδροαπόσταξης με υποβοήθηση υπερήχων αποτελεί την πιο οικονομική και φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση. Επομένως, οι Chen et al. συνοψίζουν ότι η υποβοηθούμενη από υπερήχους υδροαπόσταξη είναι μια αποδοτική και πράσινη τεχνολογία για την εκχύλιση αιθέριου ελαίου κανέλας, η οποία μπορεί να βελτιώσει την ποσότητα και την ποιότητα των ελαίων κανέλας.

Εκχύλιση κανέλας με υπερήχους με χρήση βαθέως ευτηκτικών διαλυτών

Η εκχύλιση με υπερήχους με χρήση βαθέως ευτηκτικών διαλυτών έχει αποδειχθεί ότι αποτελεί ανώτερη τεχνική για την εκχύλιση trans-κινναμαλδεΰδης και κουμαρίνης από φλοιό κανέλας με υψηλές αποδόσεις.
Η μέθοδος, υπό βέλτιστες συνθήκες, έδωσε υψηλότερη περιεκτικότητα σε trans-κινναμαλδεΰδη και κουμαρίνη από εκείνη που επιτεύχθηκε με συμβατικές μεθόδους (εκχύλιση υπό αναρροή, εκχύλιση Soxhlet και εκχύλιση με διαβροχή) με χρήση οργανικών διαλυτών (96% αιθανόλη). Διαπιστώθηκε ότι οι βέλτιστες συνθήκες για την εκχύλιση με υπερήχους με χρήση φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών ήταν η χρήση χλωριούχου χολίνης-κιτρικού οξέος (ChCl-CA) με προσθήκη 40% νερού και χρόνο εκχύλισης 30 λεπτών για την εκχύλιση trans-κινναμαλδεΰδης (9,24 ± 0,01 mg/g) και κουμαρίνης (11,6 ± 0,11 mg/g) από φλοιό κανέλας (C. burmannii Blume). Θα πρέπει να πραγματοποιηθεί περαιτέρω έρευνα για τη διερεύνηση της φαρμακολογικής δράσης της trans-κινναμαλδεΰδης και της κουμαρίνης από φλοιό κανέλας. (βλ. Aryati et al. 2020)

Εικόνα της επιφάνειας φλοιού κανέλας με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης σε μεγέθυνση 1000x· αποξηραμένη σκόνη (a)· μετά από εκχύλιση με διαβροχή (b)· μετά από εκχύλιση υπό αναρροή (c)· μετά από εκχύλιση Soxhlet (d)· μετά από εκχύλιση με χρήση NADES-UAE ChCl-CA (e).
μελέτη και εικόνα από τους Aryati et al. 2020

Εκχυλιστήρες υπερήχων υψηλής απόδοσης

Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία επεξεργασίας, η οποία διευκολύνει και επιταχύνει την παραγωγή αιθέριων ελαίων υψηλής ποιότητας. Το χαρτοφυλάκιο της Hielscher Ultrasonics καλύπτει ολόκληρο το φάσμα, από συμπαγείς εργαστηριακές συσκευές υπερήχων έως βιομηχανικά συστήματα εκχύλισης. Έτσι, στη Hielscher μπορούμε να σας προσφέρουμε την καταλληλότερη συσκευή υπερήχων για την προβλεπόμενη δυναμικότητα της διεργασίας σας. Το προσωπικό μας με πολυετή εμπειρία θα σας υποστηρίξει από τις δοκιμές εφικτότητας και τη βελτιστοποίηση της διεργασίας έως την εγκατάσταση του συστήματος υπερήχων σας στην τελική κλίμακα παραγωγής.
Ο μικρός απαιτούμενος χώρος των εκχυλιστήρων υπερήχων μας, καθώς και η ευελιξία των επιλογών εγκατάστασής τους, επιτρέπουν την τοποθέτησή τους ακόμη και σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας με περιορισμένο χώρο. Επεξεργαστές υπερήχων είναι εγκατεστημένοι σε όλο τον κόσμο σε μονάδες παραγωγής τροφίμων, φαρμακευτικών προϊόντων και συμπληρωμάτων διατροφής.

Hielscher Ultrasonics – Προηγμένος εξοπλισμός εκχύλισης

Το χαρτοφυλάκιο προϊόντων της Hielscher Ultrasonics καλύπτει ολόκληρο το φάσμα εκχυλιστήρων υπερήχων υψηλής απόδοσης, από μικρή έως μεγάλη κλίμακα. Πρόσθετα εξαρτήματα επιτρέπουν την εύκολη συναρμολόγηση της καταλληλότερης διαμόρφωσης συσκευής υπερήχων για τη διεργασία εκχύλισής σας. Η βέλτιστη διάταξη υπερήχων εξαρτάται από την προβλεπόμενη δυναμικότητα, τον όγκο, την πρώτη ύλη, τη διεργασία κατά παρτίδες ή εντός γραμμής και το χρονοδιάγραμμα.

Επεξεργασία κατά παρτίδες και εντός γραμμής

Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επεξεργασία κατά παρτίδες και σε συνεχή ροή. Η επεξεργασία κατά παρτίδες με υπερήχους είναι ιδανική για δοκιμές διεργασιών, βελτιστοποίηση και παραγωγή μικρής έως μεσαίας κλίμακας. Για την επεξεργασία μεγάλων όγκων φυτικών υλικών (π.χ. φύλλων και φλοιού κανέλας), η επεξεργασία εντός γραμμής ενδέχεται να είναι πιο συμφέρουσα. Ενώ η επεξεργασία κατά παρτίδες απαιτεί μόνο μια πολύ απλή διάταξη, είναι πιο χρονοβόρα και απαιτεί περισσότερη εργασία. Μια συνεχής διεργασία εκχύλισης εντός γραμμής απαιτεί εξελιγμένη διάταξη – αποτελούμενη από αντλία, εύκαμπτους σωλήνες ή σωληνώσεις και δεξαμενές –, αλλά είναι πιο αποδοτική, ταχύτερη και απαιτεί σημαντικά λιγότερη εργασία. Η Hielscher Ultrasonics διαθέτει την καταλληλότερη διάταξη εκχύλισης για τον όγκο εκχύλισης και τους στόχους της διεργασίας σας.

Εκχυλιστήρες υπερήχων για κάθε παραγωγική δυναμικότητα

Η γκάμα προϊόντων της Hielscher Ultrasonics καλύπτει ολόκληρο το φάσμα επεξεργαστών υπερήχων, από συμπαγείς εργαστηριακές συσκευές υπερήχων, επιτραπέζια συστήματα και συστήματα πιλοτικής κλίμακας έως πλήρως βιομηχανικούς επεξεργαστές υπερήχων με δυνατότητα επεξεργασίας φορτίων ολόκληρων φορτηγών ανά ώρα. Η πλήρης γκάμα προϊόντων μάς επιτρέπει να σας προσφέρουμε τον καταλληλότερο εκχυλιστήρα υπερήχων για την πρώτη ύλη, τη δυναμικότητα της διεργασίας και τους στόχους παραγωγής σας.
Τα επιτραπέζια συστήματα υπερήχων είναι ιδανικά για δοκιμές σκοπιμότητας και βελτιστοποίηση διεργασιών. Η γραμμική αύξηση της κλίμακας βάσει καθιερωμένων παραμέτρων διεργασίας καθιστά πολύ εύκολη την αύξηση της δυναμικότητας επεξεργασίας από μικρότερες παρτίδες έως παραγωγή πλήρους εμπορικής κλίμακας. Η αύξηση της κλίμακας μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε με την εγκατάσταση μιας ισχυρότερης μονάδας εκχύλισης με υπερήχους είτε με τη συνδυασμένη λειτουργία πολλών συσκευών υπερήχων παράλληλα. Με το UIP16000, η Hielscher προσφέρει τον ισχυρότερο εκχυλιστήρα υπερήχων παγκοσμίως.

Πλάτη ταλάντωσης με ακριβή έλεγχο για βέλτιστα αποτελέσματα

Όλες οι συσκευές υπερήχων της Hielscher επιτρέπουν ακριβή έλεγχο και, ως εκ τούτου, αποτελούν αξιόπιστα εργαλεία εντατικής χρήσης στην παραγωγή. Το πλάτος ταλάντωσης είναι μία από τις κρίσιμες παραμέτρους διεργασίας που επηρεάζουν την αποδοτικότητα και την αποτελεσματικότητα της εκχύλισης αιθέριων ελαίων από κανέλα με υπερήχους.
Όλοι οι επεξεργαστές της Hielscher Ultrasonics επιτρέπουν την ακριβή ρύθμιση του πλάτους ταλάντωσης. Τα ηχοτρόδια και οι ενισχυτές πλάτους ταλάντωσης είναι παρελκόμενα που επιτρέπουν τη μεταβολή του πλάτους ταλάντωσης σε ακόμη ευρύτερο εύρος. Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης και την απαιτούμενη ένταση υπερήχων για απαιτητικές εφαρμογές. Η συνεχής λειτουργία 24/7 με πλάτη ταλάντωσης έως και 200µm είναι εύκολα εφικτή.
Οι ακριβείς ρυθμίσεις πλάτους ταλάντωσης και η διαρκής παρακολούθηση των παραμέτρων της διεργασίας υπερήχων μέσω έξυπνου λογισμικού σάς δίνουν τη δυνατότητα να επεξεργάζεστε τα φύλλα και τον φλοιό κανέλας με τις αποτελεσματικότερες συνθήκες υπερήχων. Βέλτιστη κατεργασία με υπερήχους για τα καλύτερα αποτελέσματα εκχύλισης!
Η στιβαρότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει λειτουργία 24/7 υπό συνθήκες εντατικής χρήσης και σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Αυτό καθιστά τον εξοπλισμό υπερήχων της Hielscher ένα αξιόπιστο εργαλείο εργασίας που ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις εκχύλισής σας.

Εύκολες δοκιμές χωρίς κίνδυνο

Η κλίμακα των διεργασιών υπερήχων μπορεί να αυξηθεί απολύτως γραμμικά. Αυτό σημαίνει ότι κάθε αποτέλεσμα που έχετε επιτύχει χρησιμοποιώντας μια εργαστηριακή ή επιτραπέζια συσκευή υπερήχων μπορεί να αναπαραχθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα με ακριβώς το ίδιο αποτέλεσμα, χρησιμοποιώντας ακριβώς τις ίδιες παραμέτρους διεργασίας. Αυτό καθιστά την κατεργασία με υπερήχους ιδανική για δοκιμές σκοπιμότητας χωρίς κίνδυνο, βελτιστοποίηση διεργασιών και μετέπειτα εφαρμογή στην εμπορική παραγωγή. Επικοινωνήστε μαζί μας για να μάθετε πώς η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να αυξήσει την παραγωγή εκχυλίσματος κανέλας σας.

Ύψιστη ποιότητα – Σχεδιασμός και κατασκευή στη Γερμανία

Ως οικογενειακή επιχείρηση που ανήκει και διοικείται από την ίδια την οικογένεια, η Hielscher δίνει προτεραιότητα στα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας για τους επεξεργαστές υπερήχων της. Όλες οι συσκευές υπερήχων σχεδιάζονται, κατασκευάζονται και ελέγχονται διεξοδικά στα κεντρικά μας στο Teltow, κοντά στο Βερολίνο της Γερμανίας. Η στιβαρότητα και η αξιοπιστία του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher τον καθιστούν εργαλείο εντατικής χρήσης στην παραγωγή σας. Η λειτουργία 24/7 υπό πλήρες φορτίο και σε απαιτητικά περιβάλλοντα αποτελεί εγγενές χαρακτηριστικό των αναμικτήρων υψηλών επιδόσεων της Hielscher.

Ο παρακάτω πίνακας σάς δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας: