استخراج فوق‌سریع دارچین با فراصوت
استخراج سنتی دارچین زمان‌بر و نسبتاً کم‌بازده است. استخراج فراصوتی روشی ساده اما بسیار کارآمد برای تشدید فرایند است که زمان استخراج را به چند ساعت کاهش می‌دهد و هم‌زمان بازده اسانس دارچین را افزایش می‌دهد.
بهبود استخراج دارچین با فراصوت
استخراج سنتی اسانس دارچین با تقطیر با بخار پوست و برگ‌های دارچین انجام می‌شود. تقطیر سنتی با بخار بسیار کند و زمان‌بر است. هرچه بازده هدف برای روغن دارچین بالاتر باشد، تقطیر با بخار طولانی‌تر می‌شود؛ به این معنا که تقطیر با بخار یک دیگ برگ دارچین ممکن است تا 12 ساعت طول بکشد، در حالی که تقطیر با بخار پوست دارچین ممکن است بیش از 24 ساعت زمان ببرد. استخراج فراصوتی ساختارهای سلولی پوست و برگ‌های دارچین را می‌شکند تا روغن دارچین به‌سرعت و به‌طور کامل آزاد شود. استخراج فراصوتی تقطیر با بخار را به‌طور چشمگیری تسریع می‌کند و ضمن افزایش بازده اسانس دارچین، زمان پردازش را از یک روز کامل به چند ساعت کاهش می‌دهد.
استخراج فراصوتی طیف کامل ترکیبات معطر دارچین، از جمله سینام‌آلدهید، لینالول، اوژنول و اسید سینامیک را آزاد می‌کند. تولید عصاره‌ای با طیف کامل ترکیبات اسانسی باکیفیت، دلیل کیفیت برتر روغن‌های دارچین استخراج‌شده با فراصوت است. به‌ویژه سینام‌آلدهید، ترکیب آلی اصلی، طعم و رایحهٔ شاخص دارچین را به آن می‌بخشد. از آنجا که فراصوت‌دهی تیماری غیرحرارتی است، از تخریب حرارتی ترکیبات اسانس جلوگیری می‌شود. بنابراین، استخراج فراصوتی اسانس‌هایی با رایحهٔ قوی تولید می‌کند که بالاترین استانداردهای کیفیت را برآورده می‌کنند.
استخراج فراصوتی را می‌توان برای پوست و برگ‌های دارچین به کار برد. روغن برگ دارچین در مقایسه با روغن پوست آن رایحهٔ قوی‌تری دارد. برگ‌های دارچین حاوی مقادیر زیادی اوژنول هستند.
- بازده بالاتر
- کیفیت برتر
- استخراج سریع
- دمای پایین‌تر
- مقرون‌به‌صرفه
دستگاه استخراج فراصوتی UIP4000hdT برای استخراج پیوستهٔ دارچین
چرا استخراج فراصوتی از تقطیر با بخار برتر است
برای تولید اسانس از دارچین به روش تقطیر با بخار، ابتدا باید اسانس‌ها از ماتریس گیاهی، یعنی سلول‌های گیاهی موجود در برگ‌ها یا پوست دارچین، آزاد شوند. در تقطیر با بخار، مادهٔ گیاهی دارچین تا 24 ساعت در دیگ‌ها جوشانده می‌شود. گرما به‌تنهایی در شکستن ساختارهای سلولی و آزادسازی اسانس‌های محبوس نسبتاً کم‌بازده است. به‌طور کلی، جوشاندن اسانس‌های محبوس را به‌طور کامل آزاد نمی‌کند و مقادیر زیادی از روغن‌های باقی‌مانده، چون استخراج نشده‌اند، هدر می‌روند. پس از فرایند استخراج حرارتی، تقطیر با بخار انجام می‌شود. برای این منظور، مخلوطی از دو مایع امتزاج‌ناپذیر، یعنی اسانس و آب، جوشانده می‌شود. هنگامی که مجموع فشار بخار آن‌ها به 760 mm Hg برسد، مخلوط شروع به جوشیدن می‌کند. بنابراین، نقطهٔ جوش مخلوط آب و اسانس از نقطهٔ جوش هر یک از اجزا به‌تنهایی پایین‌تر خواهد بود. تقطیر سنتی با آب معایب عمده‌ای دارد: فرایند طولانی جوشاندن و بخاردهی، زمان و انرژی بسیار زیادی مصرف می‌کند.
استخراج فراصوتی بر پایهٔ کاویتاسیون آکوستیکی عمل می‌کند. کاویتاسیون آکوستیکی زمانی رخ می‌دهد که امواج فراصوت پرتوان به یک مایع کوپل شوند و انرژی خود را به آن منتقل کنند؛ برای مثال، به سوسپانسیونی متشکل از مواد گیاهی در یک حلال یا آب. امواج فراصوت در مایع حرکت می‌کنند و چرخه‌های متناوب پرفشار / کم‌فشار ایجاد می‌کنند. در چرخه‌های کم‌فشار، حباب‌های بسیار ریز خلأ، موسوم به حباب‌های کاویتاسیون، تشکیل می‌شوند که طی چندین چرخهٔ فشار رشد می‌کنند. وقتی حباب‌ها به اندازه‌ای مشخص می‌رسند و دیگر نمی‌توانند انرژی بیشتری جذب کنند، در یک چرخهٔ پرفشار به‌شدت به درون فرو می‌پاشند. این فروپاشی با نیروهای شدید کاویتاسیونی، از جمله ریزآشفتگی‌ها و جریان‌های مایع با سرعت‌هایی تا 100m/s، همراه است. این اثرات برشی کاویتاسیونی با عنوان اثرات سونومکانیکی نیز شناخته می‌شوند. استخراج فراصوتی مولکول‌های زیست‌فعال عمدتاً ناشی از اثرات سونومکانیکی است: هم‌زدن و آشفتگی‌ها سلول‌ها را تخریب می‌کنند و انتقال جرم را افزایش می‌دهند. این بدان معناست که مولکول‌های زیست‌فعال، مانند اسانس‌ها، پلی‌فنول‌ها، ترپن‌ها و کانابینوئیدها، از ماتریس سلول گیاهی به درون حلال آزاد می‌شوند.
مزیت استخراج فراصوتی نسبت به روش سنتی جوشاندن و تقطیر با بخار، استخراج مقدار بیشتری از اسانس‌ها و سایر ترکیبات آلی در زمانی به‌مراتب کوتاه‌تر است. بازده بالاتر استخراج از هدررفت مادهٔ اولیه جلوگیری می‌کند و استخراج را سودآورتر می‌سازد. صرفه‌جویی در زمان و انرژی با استخراج فراصوتی چشمگیر است. استخراج فراصوتی به‌عنوان روشی غیرحرارتی، از تخریب ناشی از گرما در ترکیبات حساس به دما جلوگیری می‌کند.
دمای ملایم و زمان کوتاه پردازش از مزایای عمدهٔ استخراج فراصوتی هستند، زیرا از تجزیهٔ حرارتی عصاره‌های طبیعی جلوگیری می‌شود. این ویژگی استخراج فراصوتی را بسیار کارآمد می‌سازد و در نتیجه، فراصوت‌دهی اسانس‌هایی با کیفیت برتر به دست می‌دهد.
مطالعات موردی استخراج فراصوتی دارچین
پژوهشگران و صنعت پیش‌تر استخراج فراصوتی را برای تولید اسانس‌های باکیفیت از بسیاری از مواد گیاهی، از جمله برگ‌ها و پوست دارچین، به کار گرفته‌اند.
تقطیر فراصوتی دارچین با آب
Chen et al. (2020) تقطیر با آب تقویت‌شده با فراصوت را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که فراصوت‌دهی فرایند تقطیر را به‌طور چشمگیری بهبود می‌دهد. تقطیر فراصوتی با بخار، بازده بالاتری از روغن دارچین را در زمان استخراجی بسیار کوتاه‌تر فراهم کرد. آن‌ها با استفاده از آنالیز GC-MS نشان دادند که تقطیر با آب به کمک فراصوت، در مقایسه با تقطیر سنتی با آب، اسانسی ارزشمندتر با محتوای بالای ترکیب اصلی، ترانس‌سینام‌آلدهید، تولید می‌کند. ریزنگارهٔ الکترونی روبشی (SEM) کارایی فراصوت‌دهی برای استخراج روغن دارچین را تأیید کرد. علاوه بر این، تحلیل مصرف برق و انتشار CO2 نشان می‌دهد که فرایند تقطیر با آب به کمک فراصوت، رویکردی اقتصادی‌تر و سازگارتر با محیط‌زیست است. بنابراین، Chen et al. نتیجه می‌گیرند که تقطیر با آب به کمک فراصوت، فناوری کارآمد و سبزی برای استخراج اسانس دارچین است که می‌تواند کمیت و کیفیت روغن‌های دارچین را بهبود دهد.
استخراج فراصوتی دارچین با استفاده از حلال‌های یوتکتیک عمیق
نشان داده شده است که استخراج فراصوتی با استفاده از حلال‌های یوتکتیک عمیق، روشی برتر برای استخراج ترانس‌سینام‌آلدهید و کومارین از پوست دارچین با بازده بالا است.
این روش در شرایط بهینه، محتوای بالاتری از ترانس‌سینام‌آلدهید و کومارین نسبت به مقادیر حاصل از روش‌های متداول (رفلاکس، سوکسله و خیساندن) با استفاده از حلال‌های آلی (اتانول 96%) به دست داد. شرایط بهینه برای استخراج فراصوتی با استفاده از حلال‌های یوتکتیک عمیق طبیعی، کولین کلرید–اسید سیتریک (ChCl-CA) با افزودن 40% آب و زمان استخراج 30 دقیقه تعیین شد تا ترانس‌سینام‌آلدهید (9٫24 ± 0٫01 mg/g) و کومارین (11٫6 ± 0٫11 mg/g) از پوست دارچین (C. burmannii Blume) استخراج شوند. برای بررسی فعالیت داروشناختی ترانس‌سینام‌آلدهید و کومارین حاصل از پوست دارچین باید پژوهش‌های بیشتری انجام شود. (رجوع کنید به Aryati et al. 2020)
تصویر سطح پوست دارچین با میکروسکوپ الکترونی روبشی و بزرگ‌نمایی 1000x؛ پودر خشک‌شده (a)؛ پس از استخراج به روش خیساندن (b)؛ پس از استخراج با رفلاکس (c)؛ پس از استخراج با سوکسله (d)؛ پس از استخراج با استفاده از NADES-UAE ChCl-CA (e).
پژوهش و تصویر از Aryati et al. 2020
دستگاه UIP2000hdT یک سونیکاتور قدرتمند 2kW برای استخراج دارچین است
دستگاه‌های استخراج فراصوتی با عملکرد بالا
استخراج فراصوتی فناوری پردازشی قابل‌اعتمادی است که تولید اسانس‌های باکیفیت را تسهیل و تسریع می‌کند. سبد محصولات Hielscher Ultrasonics طیف کاملی از سونیکاتورهای آزمایشگاهی جمع‌وجور تا سامانه‌های استخراج صنعتی را در بر می‌گیرد. به این ترتیب، ما در Hielscher می‌توانیم مناسب‌ترین سونیکاتور را برای ظرفیت فرایندی مدنظر شما ارائه کنیم. کارکنان باسابقهٔ ما از آزمون‌های امکان‌سنجی و بهینه‌سازی فرایند تا نصب سامانهٔ فراصوتی در مقیاس نهایی تولید، شما را همراهی می‌کنند.
فضای اشغال‌شدهٔ اندک دستگاه‌های استخراج فراصوتی ما و انعطاف‌پذیری آن‌ها در گزینه‌های نصب، امکان استفاده از آن‌ها را حتی در تأسیسات پردازشی با فضای محدود فراهم می‌کند. پردازشگرهای فراصوتی در سراسر جهان در تأسیسات تولید مواد غذایی، دارو و مکمل‌های تغذیه‌ای نصب شده‌اند.
Hielscher Ultrasonics – تجهیزات پیشرفتهٔ استخراج
سبد محصولات Hielscher Ultrasonics طیف کاملی از دستگاه‌های استخراج فراصوتی با عملکرد بالا را از مقیاس کوچک تا بزرگ پوشش می‌دهد. لوازم جانبی تکمیلی، مونتاژ آسان مناسب‌ترین پیکربندی دستگاه فراصوتی را برای فرایند استخراج شما امکان‌پذیر می‌کنند. چیدمان بهینهٔ تجهیزات فراصوتی به ظرفیت مدنظر، حجم، مادهٔ اولیه، ناپیوسته یا درون‌خطی بودن فرایند و زمان‌بندی بستگی دارد.
ناپیوسته و درون‌خطی
سونیکاتورهای Hielscher را می‌توان برای پردازش ناپیوسته و پردازش با جریان عبوری پیوسته به کار برد. پردازش فراصوتی ناپیوسته برای آزمودن فرایند، بهینه‌سازی و تولید در مقیاس کوچک تا متوسط ایده‌آل است. برای تولید حجم زیادی از مواد گیاهی، مانند برگ‌ها و پوست دارچین، پردازش درون‌خطی ممکن است مزیت بیشتری داشته باشد. اگرچه پردازش ناپیوسته تنها به چیدمان بسیار ساده‌ای نیاز دارد، زمان و نیروی کار بیشتری می‌طلبد. فرایند استخراج پیوستهٔ درون‌خطی به چیدمانی پیشرفته – متشکل از پمپ، شیلنگ‌ها یا لوله‌ها و مخازن – نیاز دارد، اما کارآمدتر و سریع‌تر است و به نیروی کار بسیار کمتری نیاز دارد. Hielscher Ultrasonics مناسب‌ترین چیدمان استخراج را برای حجم استخراج و اهداف فرایندی شما در اختیار دارد.
دستگاه‌های استخراج فراصوتی برای هر ظرفیت تولید
مجموعهٔ محصولات Hielscher Ultrasonics طیف کامل پردازشگرهای فراصوتی را در بر می‌گیرد؛ از سونیکاتورهای آزمایشگاهی جمع‌وجور و سامانه‌های رومیزی و پایلوت تا پردازشگرهای فراصوتی تمام‌صنعتی با ظرفیت پردازش چندین محمولهٔ کامیون در ساعت. این مجموعهٔ کامل محصولات به ما امکان می‌دهد مناسب‌ترین دستگاه استخراج فراصوتی را برای مادهٔ اولیه، ظرفیت فرایندی و اهداف تولید شما ارائه کنیم.
سامانه‌های فراصوتی رومیزی برای آزمون‌های امکان‌سنجی و بهینه‌سازی فرایند ایده‌آل هستند. افزایش مقیاس خطی بر پایهٔ پارامترهای تثبیت‌شدهٔ فرایند، افزایش ظرفیت پردازش از بچ‌های کوچک‌تر به تولید کاملاً تجاری را بسیار آسان می‌کند. افزایش مقیاس را می‌توان با نصب یک واحد استخراج فراصوتی پرتوان‌تر یا با کنار هم قرار دادن چند سونیکاتور به‌صورت موازی انجام داد. Hielscher با UIP16000 پرتوان‌ترین دستگاه استخراج فراصوتی جهان را عرضه می‌کند.
دامنه‌های قابل‌کنترل با دقت بالا برای نتایج بهینه
تمام سونیکاتورهای Hielscher به‌دقت قابل‌کنترل هستند و از این رو، تجهیزات پرکار و قابل‌اعتمادی در تولید به شمار می‌روند. دامنه یکی از پارامترهای حیاتی فرایند است که بر کارایی و اثربخشی استخراج فراصوتی اسانس‌ها از دارچین تأثیر می‌گذارد.
تمام پردازشگرهای Hielscher Ultrasonics امکان تنظیم دقیق دامنه را فراهم می‌کنند. سونوتْرودها و هورن‌های تقویت‌کننده، لوازم جانبی‌ای هستند که تغییر دامنه را در گستره‌ای وسیع‌تر امکان‌پذیر می‌کنند. پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher می‌توانند دامنه‌های بسیار بالا و شدت فراصوت موردنیاز برای کاربردهای دشوار را تأمین کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm به‌راحتی در بهره‌برداری 24/7 امکان‌پذیر است.
تنظیم دقیق دامنه و پایش دائمی پارامترهای فرایند فراصوتی از طریق نرم‌افزار هوشمند، به شما امکان می‌دهد برگ‌ها و پوست دارچین را در مؤثرترین شرایط فراصوتی تیمار کنید. فراصوت‌دهی بهینه برای بهترین نتایج استخراج!
استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher، کارکرد 24/7 را در شرایط کاری سنگین و محیط‌های دشوار امکان‌پذیر می‌کند. این ویژگی تجهیزات فراصوتی Hielscher را به ابزار کاری قابل‌اعتمادی تبدیل می‌کند که نیازهای استخراج شما را برآورده می‌سازد.
آزمون آسان و بدون ریسک
مقیاس فرایندهای فراصوتی را می‌توان به‌صورت کاملاً خطی افزایش داد. این بدان معناست که هر نتیجه‌ای که با یک سونیکاتور آزمایشگاهی یا رومیزی به دست آورده‌اید، با استفاده از دقیقاً همان پارامترهای فرایندی، در مقیاسی بزرگ‌تر با دقیقاً همان خروجی قابل دستیابی است. این ویژگی فراصوت‌دهی را برای آزمون‌های امکان‌سنجی بدون ریسک، بهینه‌سازی فرایند و سپس پیاده‌سازی در تولید تجاری ایده‌آل می‌کند. با ما تماس بگیرید تا بدانید فراصوت‌دهی چگونه می‌تواند تولید عصارهٔ دارچین شما را افزایش دهد.
بالاترین کیفیت – طراحی و ساخت در آلمان
Hielscher به‌عنوان کسب‌وکاری با مالکیت و مدیریت خانوادگی، بالاترین استانداردهای کیفیت را برای پردازشگرهای فراصوتی خود در اولویت قرار می‌دهد. تمام سونیکاتورها در دفتر مرکزی ما در Teltow، نزدیک برلین در آلمان، طراحی و ساخته می‌شوند و به‌طور کامل مورد آزمون قرار می‌گیرند. استحکام و قابلیت اطمینان تجهیزات فراصوتی Hielscher، آن‌ها را به تجهیزاتی پرکار در تولید شما تبدیل می‌کند. کارکرد 24/7 با بار کامل و در محیط‌های دشوار، ویژگی ذاتی مخلوط‌کن‌های Hielscher با عملکرد بالا است.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع / مراجع
- Aryati, Wydia Dwi; Nadhira, Anis; Febilani, Dea; Fransisca, Fransisca; Mun’im Abdul (2020): Natural deep eutectic solvents ultrasound-assisted extraction (NADES-UAE) of trans-cinnamaldehyde and coumarin from cinnamon bark [Cinnamomum burmannii (Nees & T. Nees) Blume]. J. Res. Pharm. 2020; 24(3): 389-398.
- Guanghui Chen, Fengrui Sun, Shougui Wang, Weiwen Wang, Jipeng Dong, Fei Gao (2020): Enhanced extraction of essential oil from Cinnamomum cassia bark by ultrasound assisted hydrodistillation. Chinese Journal of Chemical Engineering 2020.
- Jadhav, H.; Jadhav, A.; Morabiya, Y.; Takkalkar, P.; Qureshi, S.S.; Baloch, A. G.; Nizamuddin, S.; Mazari, S.A.; Abro, R.; Mubarak, N. M. (2020): Combined Impact of Ultrasound Pre-treatment and Hydrodistillation on Bioactive Compounds and GC–MS Analysis of Cinnamomum cassia Bark Extract. Waste Biomass Valor (2020).
- Li, P.; Tian, L.; Li, T. (2015): Study on ultrasonic-assisted extraction of essential oil from Cinnamon bark and preliminary investigation of its antibacterial activity. In: Zhang, T.C., Nakajima, M. (eds.) Advances in Applied Biotechnology, pp. 349–360. Springer, Berlin 2015.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
دانستنی‌های مفید
دارچین
دارچین سیلان که با نام «دارچین واقعی» یا cinnamomum zeylanicum نیز شناخته می‌شود، به‌دلیل طعم قوی خود که به دارچینی‌بودن شهرت دارد، ارزشمند است. دارچین سیلان از پوست داخلی شکنندهٔ درخت cinnamomum zeylanicum به دست می‌آید و طعمی شیرین و لطیف دارد. رنگ آن قهوه‌ای روشن است.
کاسیا یا cinnamomum aromaticum طعمی تندتر و غالب‌تر دارد؛ شیرینی آن کمتر محسوس است و سایر ترکیبات طعم‌دهنده در آن شدت بیشتری دارند. به همین دلیل، دارچین کاسیا اغلب در محصولات پختنی و دستورهای غذایی‌ای استفاده می‌شود که ادویه‌های دیگری نیز در آن‌ها به کار می‌رود. رنگ آن قهوه‌ای تیره‌تر و متمایل‌تر به قرمز است. لوله‌های پوست کاسیا نسبتاً سخت و چوبی هستند. تولید کاسیا ارزان‌تر است و قیمت آن در بازار از دارچین سیلان پایین‌تر است.
دارچین سایگون یا cinnamomum loureiroi. دارچین سایگون ارزشمندترین عضو خانوادهٔ کاسیا است. طعمی پُر و پیچیده با شیرینی حتی کمتر دارد. دارچین سایگون عموماً نسبتاً گران است.
اسانس‌ها
اسانس‌ها ترکیبات معطر فرّار و غلیظی هستند که در گیاهان یافت می‌شوند و رایحه‌های منحصربه‌فرد آن‌ها را ایجاد می‌کنند. برخلاف اسیدهای چرب، اسانس‌ها موادی روغنی، فرّار و بسیار غلیظ هستند که در گل‌ها، برگ‌ها، ساقه‌ها، ریشه‌ها، دانه‌ها، پوست درخت، رزین یا پوست میوه‌ها وجود دارند. اسانس‌ها آب‌گریز هستند، اما برخلاف روغن‌های حیوانی و گیاهی، از تری‌گلیسریدهای اسیدهای چرب، یعنی اسیدهای چرب اشباع، تک‌غیراشباع و چندغیراشباع، تشکیل نشده‌اند. برای مثال، اجزای اصلی اسانس‌ها ترپن‌های آب‌گریز هستند که با روغن‌های چرب تفاوت دارند، زیرا حاوی تری‌گلیسریدهای اسیدهای چرب نیستند.