تقطیر آبی فراصوتی اسانس‌ها

استخراج متداول اسانس‌ها پرهزینه و زمان‌بر است. فراصوت‌دهی با تشدید استخراج، بازده بالاتر و کیفیت برتر عصاره را به همراه دارد. سونیکاتورهای Hielscher را می‌توان به‌آسانی در هر سامانهٔ متداول تقطیر آبی ادغام کرد تا کارایی و کیفیت بهبود یابد.

تقطیر آبی اسانس‌ها از مواد گیاهی

تقطیر آبی گونه‌ای از تقطیر با بخار است که برای استخراج ترکیبات فیتوشیمیایی از مواد گیاهی به کار می‌رود. در این فرایند، مواد گیاهی برای مدت مشخصی در آب خیسانده می‌شوند و سپس مخلوط حرارت داده می‌شود. ترکیبات فرّار همراه بخار خارج می‌شوند و سپس چگالش یافته و جدا می‌شوند. تقطیر با بخار، که روش پایهٔ آن است، معمولاً برای جداسازی اسانس‌ها – برای مثال در عطرسازی – استفاده می‌شود.
از آنجا که بسیاری از ترکیبات آلی در دماهای بالا و مداوم مستعد تجزیه هستند، صنعت به‌طور فزاینده‌ای به روش‌های جایگزین و ملایم فرآوری روی می‌آورد که نتایج بهتری دارند؛ یعنی کیفیت برتر و بازده بالاتر. تقطیر آبی فراصوتی یکی از این روش‌هاست – روشی ملایم و در عین حال بسیار کارآمد برای استخراج که در تولید اسانس‌های باکیفیت استفاده می‌شود.

چالش‌های تولید متداول اسانس

مشکل روش‌های سنتی استخراج، مانند تقطیر با بخار، نیاز به مقادیر عظیم مواد گیاهی برای استخراج اسانس در مقیاس تجاری است. برای تولید 1kg (2 1/4 lb) اسانس اسطوخودوس، حدود 200kg (440lb) گل تازهٔ اسطوخودوس لازم است؛ برای 1kg روغن گل رز، بین 2٫5 و 5 تن متریک گلبرگ رز نیاز است و برای 1kg اسانس لیمو، مادهٔ اولیه شامل حدود 3٬000 عدد لیمو است. به همین دلیل، اسانس‌ها بسیار گران هستند. قیمت ابسولوت گل رز حدود 20٬000€ (21,000US$) به‌ازای هر لیتر است.
تولیدکنندگان اسانس برای دستیابی به مزیت در سودآوری و رقابت‌پذیری باید روش‌های استخراج کارآمدتر و مؤثرتری به کار گیرند. روش‌های مطلوب استخراج فراصوتی به‌دلیل شرایط ملایم استخراج، بازده بالا و کیفیت برتر عصاره، از روش‌های سنتی استخراج پیشی می‌گیرند. فراصوت‌دهی را می‌توان برای استخراج با حلال یا بدون حلال انجام داد. همچنین می‌توان استخراج فراصوتی با پروب را با سامانه‌های رایج استخراج ترکیب کرد، برای مثال استخراج سوکسله، استخراج کلونجر، CO2 فوق‌بحرانی، تقطیر آبی اهمی و غیره (Sono-Soxhlet، Sono-Clevenger، Sono-scCO2، تقطیر آبی اهمی فراصوتی).

Sono-Clevenger با پروب فراصوتی UP200S: چیدمان تقطیر آبی تشدیدشده با فراصوت برای جداسازی بسیار کارآمد اسانس.
(©Rasouli et al. 2021)

مزایای ترکیب استخراج فراصوتی و تقطیر آبی

استخراج و تقطیر آبی به کمک فراصوت امروزه روشی تثبیت‌شده برای تولید اسانس‌های باکیفیت است. فراصوت‌دهی به‌عنوان روشی غیرحرارتی برای استخراج، از تخریب حرارتی ترکیبات حساس به گرما جلوگیری می‌کند. هم‌زمان، کارایی استخراج و بازده اسانس به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد. مزایای تولید فراصوتی اسانس را در ادامه ببینید:

1. کارایی بالای استخراج: استخراج با دستگاه فراصوت پروبی، اسانس‌ها را کارآمدتر از روش‌های سنتی استخراج مانند تقطیر با بخار یا استخراج با حلال جدا می‌کند. دلیل آن ایجاد کاویتاسیون در مایع به‌وسیلهٔ امواج صوتی است که به تخریب دیواره‌های سلولی مواد گیاهی و آزادسازی مقدار بیشتری اسانس کمک می‌کند.
2. زمان کوتاه‌تر استخراج: استخراج فراصوتی می‌تواند اسانس‌ها را در زمانی بسیار کوتاه‌تر از روش‌های سنتی استخراج به دست آورد. زیرا امواج صوتی شدید تولیدشده توسط پروب فراصوتی می‌توانند به عمق بیشتری از مواد گیاهی نفوذ کنند، سلول گیاهی را با کارایی بالاتری تخریب کنند و در نتیجه اسانس را سریع‌تر و مؤثرتر استخراج کنند.
3. بهبود کیفیت اسانس: از آنجا که استخراج فراصوتی یک تیمار غیرحرارتی است، می‌تواند اسانس‌هایی با کیفیت بالاتر از روش‌های سنتی استخراج تولید کند. زیرا امواج فراصوت می‌توانند اسانس را بدون آسیب رساندن به ترکیبات معطر حساس که رایحه و خواص درمانی اسانس را ایجاد می‌کنند، استخراج کنند.
4. بهره‌وری انرژی: استخراج فراصوتی در مقایسه با روش‌های سنتی مانند تقطیر با بخار، که برای تولید بخار به انرژی زیادی نیاز دارد، روشی با بهره‌وری بالای انرژی است.
5. سازگار با محیط‌زیست: فراصوت‌دهی روشی پاک و سازگار با محیط‌زیست برای استخراج است، زیرا به استفاده از حلال‌ها یا مواد شیمیایی که ممکن است برای محیط‌زیست زیان‌آور باشند، نیاز ندارد.

این مزایا، استخراج فراصوتی اسانس را به روشی بسیار کارآمد و اقتصادی تبدیل می‌کنند که نسبت به روش‌های سنتی استخراج مزایای فراوانی دارد.

مقایسهٔ دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی (sCO₂)، استخراج به کمک فراصوت (UAE)، استخراج با دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی همراه با روش نوسان فشار (SCE-PST) و استخراج سوکسله نشان می‌دهد که UAE کارآمدترین و سریع‌ترین روش استخراج است.

مطالعهٔ علمی: تقطیر آبی فراصوتی اسانس‌ها

• مادهٔ اولیهٔ استخراج: برگ‌های خشک آویشن، مریم‌گلی، بادرنجبویه، اسطوخودوس و اورگانو
• افزایش بازده اسانس: تا 29٫58% اسانس (EO) بیشتر
• زمان کوتاه‌تر فرآوری

مطالعهٔ اخیر Nenciu et al. (2026) مزایای تقطیر آبی به کمک فراصوت را برای اسانس‌های آویشن، مریم‌گلی، بادرنجبویه، اسطوخودوس و اورگانو نشان داد. مواد گیاهی خشک با آب مخلوط شدند، با سونیکاتور پروبی Hielscher UP400St پیش‌تیمار شدند و سپس تحت تقطیر با بخار قرار گرفتند. کاویتاسیون آکوستیکی، بافت گیاهی و ساختارهای غده‌ای حاوی اسانس را تخریب می‌کند و آزادسازی ترکیبات فرّار پیش از تقطیر را تسهیل می‌کند. در شرایط بهینه – ذرات زیست‌توده با اندازهٔ 1 cm، توان فراصوتی 150 W و استخراج به‌مدت 85 دقیقه – بازده اسانس از 1٫42 به 1٫84% v/w افزایش یافت که در مقایسه با تقطیر آبی متداول 120 دقیقه‌ای، بهبودی تا 29٫58% را نشان می‌دهد. آنالیز GC-MS ترکیبات شاخص هر اسانس را تأیید کرد، از جمله کارواکرول در اورگانو، تیمول در آویشن، سیترال و ژرانیال در بادرنجبویه، سینئول و کافور در مریم‌گلی، و لینالول و لینالیل استات در اسطوخودوس. نتایج نشان می‌دهند که پیش‌تیمار فراصوتی می‌تواند بازده اسانس را افزایش دهد و زمان تقطیر آبی را کوتاه کند و از این طریق کارایی کلی تولید اسانس را بهبود بخشد.

چیدمان تقطیر آبی به کمک فراصوت (UAHD): (a) سونیکاتور UP400St (b) واحد تقطیر آبی؛ (c) سامانهٔ چگالش بخار + خنک‌کاری
تصویر و مطالعه: Nenciu et al., 2026

بازده بالاتر اسانس: استخراج فراصوتی پیش از تقطیر آبی

برای استخراج فراصوتی اسانس از مواد گیاهی (مانند لاواندین، مریم‌گلی، مرکبات و غیره)، می‌توان از سامانهٔ فراصوت‌دهی پروبی مانند UIP2000hdT برای استخراج در مقیاس رومیزی، پایلوت و تولید استفاده کرد. سامانهٔ استخراج را می‌توان به‌صورت ناپیوسته یا درون‌خطی راه‌اندازی کرد.
برای استخراج فراصوتی ناپیوسته، استفاده از ظرفی که حمام آب سرد آن را احاطه کرده باشد توصیه می‌شود. حمام آب از افزایش ناخواستهٔ دما و تخریب ناشی از آن جلوگیری می‌کند. برای استخراج اسانس لاواندین، گل‌های اسطوخودوس برای مثال با 2L آب مقطر و به‌مدت 30 min استخراج می‌شوند. دامنهٔ فراصوت روی 60% تنظیم می‌شود. پس از پیش‌تیمار فراصوتی، گل اسطوخودوس خارج می‌شود و تقطیر متداول با بخار برای استخراج اسانس انجام می‌گیرد.
برای چیدمان استخراج درون‌خطی، پردازشگر فراصوتی به سونوتْرود و سلول جریان مجهز می‌شود. راکتور سلول جریان برای خنک‌کاری به ژاکت خنک‌کننده مجهز است. برای پیش‌تیمار فراصوتی، مواد گیاهی خیسانده‌شده از درون محفظهٔ واکنش پمپ می‌شوند و در آنجا مستقیماً از ناحیهٔ کاویتاسیون عبور می‌کنند. یکی دیگر از مزایای استخراج فراصوتی درون‌خطی، امکان تحت فشار قرار دادن محفظهٔ واکنش برای افزایش اثر استخراج است.
پیش‌تیمار فراصوتی پیش از تقطیر آبی، بازده اسانس‌های استخراج‌شده را افزایش می‌دهد و سرعت استخراج را بهبود می‌بخشد – در نتیجه فرایند در مجموع کارآمدتر می‌شود.

مطالعهٔ موردی: تقطیر آبی فراصوتی اسانس Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) کارایی استخراج اسانس از گیاه دارویی Satureja khuzistanica Jamzad را با مقایسهٔ تقطیر آبی سنتی و کلونجر تشدیدشده با فراصوت (Sono-Clevenger) بررسی کردند. آن‌ها هر دو روش استخراج، یعنی تقطیر آبی و کلونجر فراصوتی، را از نظر زمان جداسازی، بازده و کیفیت اسانس‌های حاصل مقایسه کردند. نتایج نشان می‌دهند که در حالی که پروفایل شیمیایی و خواص زیستی اسانس‌های حاصل در هر دو روش کیفیت بالای قابل‌مقایسه‌ای دارند، روش استخراج فراصوتی کارایی بازده جداسازی اسانس را تا 40% افزایش می‌دهد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از برگ‌های تیمارشدهٔ Satureja، تخریب کارآمدتر دیواره‌های سلولی گیاه به‌وسیلهٔ فراصوت‌دهی را نشان می‌دهند. در نتیجه، افزایش حدود 40% در استخراج اسانس نسبت به روش متداول تقطیر آبی مشاهده شد.
این مطالعه نتایج بسیاری از گزارش‌های دیگر را تأیید می‌کند که در آن‌ها پیش‌تیمار فراصوتی پیش از تقطیر آبی بررسی شده و نشان داده شده است که فراصوت‌دهی پروبی، هم کیفیت و هم مقدار اسانس را افزایش می‌دهد و در عین حال زمان استخراج و مصرف انرژی را نسبت به روش‌های متداول کاهش می‌دهد.
 

مقایسهٔ بازده استخراج برحسب زمان برای تقطیر آبی و روش sono-clevenger: استخراج فراصوتی اسانس با Sono-Clevenger در زمان استخراج کوتاه‌تر، بازده اسانس بالاتری فراهم می‌کند.
(©Rasouli et al. 2021)

تصاویر SEM از برگ‌های Satureja: (A) پس از تقطیر آبی به‌مدت 4 ساعت و (B) پس از تیمار sono-clevenger به‌مدت 60 min. تیمار کوتاه‌تر Sono-Clevenger تخریب سلولی بهتری ایجاد می‌کند و در نتیجه بازده اسانس بالاتری به دست می‌دهد.
(©Rasouli et al. 2021)

استخراج‌کننده‌های فراصوتی برای تقطیر آبی اسانس

استخراج‌کننده‌های فراصوت پرتوان Hielscher برای نصب در مقیاس رومیزی، واحد پایلوت و واحد صنعتی عرضه می‌شوند. پردازشگرهای فراصوتی ما به‌دقت قابل‌کنترل هستند و می‌توانند دامنه‌های بسیار بالا (تا 200µm برای دستگاه‌های فراصوت صنعتی، و دامنه‌های بالاتر بنا به درخواست) ایجاد کنند تا میدان آکوستیکی شدیدی تولید شود. تمام دستگاه‌های فراصوت ما، از سامانه‌های آزمایشگاهی تا صنعتی، برای کارکرد 24/7 در شرایط کاری سنگین ساخته شده‌اند.
استخراج‌کننده‌های فراصوتی Hielscher را می‌توان در مقیاس رومیزی برای آزمون‌های امکان‌سنجی و بهینه‌سازی فرایند آزمایش کرد. سپس می‌توان تمام نتایج فرایند را به‌صورت خطی به مقیاس تولید کاملاً صنعتی منتقل کرد. تجربهٔ طولانی ما در فرآوری فراصوتی به ما امکان می‌دهد از نخستین آزمون‌ها و بهینه‌سازی فرایند تا پیاده‌سازی عملیاتی صنعتی با کارایی بسیار بالا، به مشتریان خود مشاوره و کمک ارائه دهیم.
برای آشنایی با قابلیت‌های سامانه‌های فراصوتی Hielscher، از آزمایشگاه فنی و مرکز فرایند ما بازدید کنید!
سامانه‌های مستحکم فراصوتی ما را می‌توان برای فراصوت‌دهی ناپیوسته و درون‌خطی به کار برد. برای تولید اسانس، با نصب یک پروب فراصوتی در چیدمان متداول تقطیر آبی می‌توان به ترکیبی هم‌افزا دست یافت. تجهیز خطوط تولید موجود نیز به‌آسانی امکان‌پذیر است.

جدول زیر ظرفیت تقریبی فرآوری دستگاه‌های فراصوت ما را نشان می‌دهد:

اصل عملکرد استخراج فراصوتی اسانس

ثابت شده است که استخراج فراصوتی بازده استخراج را افزایش و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. اصل عملکرد استخراج فراصوتی، فروریزش حباب‌های ایجادشده بر اثر کاویتاسیون فراصوتی است. کاویتاسیون فراصوتی / آکوستیکی ریزجت‌های مایع ایجاد می‌کند که غدد حاوی لیپید در بافت گیاه را تخریب می‌کنند. به این ترتیب، انتقال جرم بین سلول و حلال بهبود می‌یابد و اسانس آزاد می‌شود. یکی از مزایای عمدهٔ استخراج‌کننده‌های فراصوتی مدرن امروزی، کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی (مانند شدت فراصوت، دما، زمان تیمار، فشار، زمان ماند و غیره) است. افزایش بازده اسانس‌ها، همراه با تخریب حرارتی کمتر، کیفیت بالا و پروفایل مطلوب رایحه و طعم، از نظر علمی اثبات شده است (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
در حالی که سایر روش‌های مدرن استخراج تنها قابلیت محدودی برای افزایش مقیاس تا تولید صنعتی دارند، قابلیت افزایش مقیاس استخراج فراصوتی تا سطح صنعتی پیش‌تر اثبات شده است. برای مثال، بازده استخراج اسانس از مرکبات ژاپنی نسبت به روش‌های سنتی استخراج 44% افزایش یافت (Mason et al. 2011).

منابع علمی / مراجع

• Nenciu, Florin, Ana-Maria Tăbărașu, Cristina Fătu, Nicolae-Valentin Vlăduț, Iulian Voicea, Sorina Dinu (2026): Ultrasound-Assisted Hydrodistillation of Essential Oils for Eco-Friendly Biocontrol of Botrytis cinerea in Grapevines. Horticulturae 12, no. 9: 1054. 2026
• Rasouli, Seyed Reza; Nejad, Ebrahimi Samad; Rezadoost, Hassan (2021): Simultaneous ultrasound-assisted hydrodistillation of essential oil from aerial parts of the Satureja khuzistanica Jamzad and its antibacterial activity. Journal Of Medicinal Plants, Vol. 20, no. 80; 2021. 47–59.
• Dent, M.; Dragović-Uzelac, V; Elez Garofulić, I.; Bosiljkov, T.; Ježek, D.; Brnčić, M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound-assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from Sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q., 29 (3), 2015. 475–484.
• Djenni, Z.; Pingret, D.; Mason, T.J.; Chemat, F. (2013): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Anal. Methods 6, 2013. 1229-1233.
• Li, Y.; Fabiano-Tixier, A.-S.; Chemat, F. (2014): Essential Oils as Reagents in Green Chemistry, SpringerBriefs in Green Chemistry for Sustainability, 2014. p.9-20.
• Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 5750-5764.
• Pingret, D.; Fabiano-Tixier, A.-S.; Chemat, F. (2014): An Improved Ultrasound Clevenger for Extraction of Essential Oils. Food Anal. Methods 7, 2014. 9–12.
• Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
• Yoswathana, N.; Eshiaghi, M.N.; Jaturapornpanich, K. (2012): Enhancement of Essential Oil from Agarwood by Subcritical Water Extraction and Pretreatments on Hydrodistillation. International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering Vol:6, No:5, 2012. 453-459.