Kanelin tehostettu uutto ultraäänellä

Perinteinen kanelin uutto on aikaa vievää ja suhteellisen tehotonta. Ultraääniuutto on yksinkertainen mutta erittäin tehokas prosessin tehostamistekniikka, joka lyhentää uuttoajan muutamaan tuntiin ja lisää samalla kanelin eteerisen öljyn saantoa.

Tehokkaampi kanelin uutto ultraäänellä

Kanelin eteeristä öljyä uutetaan perinteisesti höyrytislaamalla kanelin kuorta ja lehtiä. Perinteinen höyrytislaus on hyvin hidasta ja aikaa vievää. Mitä suurempaa kaneliöljyn saantoa tavoitellaan, sitä kauemmin höyrytislaus kestää. Tämä tarkoittaa, että kattilallisen kanelinlehtiä höyrytislaus voi kestää jopa 12 tuntia, kun taas kanelin kuoren höyrytislaus voi kestää yli 24 tuntia. Ultraääniuutto hajottaa kanelin kuoren ja lehtien solurakenteet, jolloin kaneliöljy vapautuu nopeasti ja kokonaan. Ultraääniuutto nopeuttaa höyrytislausta merkittävästi ja lyhentää käsittelyajan kokonaisesta vuorokaudesta muutamaan tuntiin sekä lisää samalla kanelin eteerisen öljyn saantoa.
Ultraääniuutto vapauttaa kanelin aromaattisten yhdisteiden koko kirjon, mukaan lukien kanelialdehydin, linaloolin, eugenolin ja kanelihapon. Ultraäänellä uutettujen kaneliöljyjen erinomainen laatu johtuu siitä, että uute sisältää korkealaatuisten eteeristen öljy-yhdisteiden koko kirjon. Erityisesti kanelialdehydi, joka on tärkein orgaaninen yhdiste, antaa kanelille sen tunnusomaisen maun ja tuoksun. Koska ultraäänikäsittely on ei-terminen käsittely, eteeristen öljyjen yhdisteet suojataan lämpöhajoamiselta. Siksi ultraääniuutto tuottaa voimakkaan aromaattisia eteerisiä öljyjä, jotka täyttävät korkeimmat laatustandardit.
Ultraääniuuttoa voidaan käyttää kanelin kuoreen ja lehtiin. Kanelinlehtiöljyllä on voimakkaampi tuoksu kuin kuoresta saatavalla öljyllä. Kanelinlehdet sisältävät runsaasti eugenolia.

Miksi ultraääniuutto on höyrytislausta parempi

Jotta kanelista voidaan tuottaa eteerisiä öljyjä höyrytislaamalla, eteeriset öljyt on ensin vapautettava kasvimatriisista (eli kanelin lehtien tai kuoren kasvisoluista). Höyrytislauksessa kanelin kasvimateriaalia keitetään kattiloissa jopa 24 tuntia. Pelkkä lämpö hajottaa solurakenteita ja vapauttaa niihin sitoutuneita eteerisiä öljyjä suhteellisen tehottomasti. Yleensä keittäminen ei vapauta sitoutuneita eteerisiä öljyjä kokonaan, ja suurempia määriä jäännösöljyjä menee hukkaan, koska niitä ei ole uutettu. Lämpöuuttoprosessin jälkeen suoritetaan höyrytislaus. Tätä varten keitetään kahden toisiinsa sekoittumattoman nesteen (eli eteerisen öljyn ja veden) seosta. Seos alkaa kiehua, kun niiden yhteenlaskettu höyrynpaine on 760 mm Hg. Veden ja eteerisen öljyn seoksen kiehumispiste on siten alhaisempi kuin kummankaan komponentin kiehumispiste erikseen. Perinteisellä vesitislauksella on merkittäviä haittoja: pitkä keitto- ja höyrytysprosessi kuluttaa erittäin paljon aikaa ja energiaa.
Ultraääniuutto perustuu akustiseen kavitaatioon. Akustista kavitaatiota syntyy, kun suuritehoisia ultraääniaaltoja kytketään nesteeseen (esimerkiksi suspensioon, joka koostuu liuottimessa tai vedessä olevasta kasvimateriaalista). Ultraääniaallot etenevät nesteessä ja aiheuttavat vuorottelevia korkean ja matalan paineen jaksoja. Matalan paineen jaksojen aikana syntyy pieniä tyhjiökuplia (niin sanottuja kavitaatiokuplia), jotka kasvavat useiden painejaksojen aikana. Kun kuplat saavuttavat tietyn koon eivätkä enää pysty absorboimaan lisää energiaa, ne luhistuvat voimakkaasti korkean paineen jakson aikana. Kuplien luhistumiselle ovat ominaisia voimakkaat kavitaatiovoimat, kuten mikroturbulenssi ja nestevirtaukset, joiden nopeus on jopa 100 m/s. Näitä kavitaation aiheuttamia leikkausvaikutuksia kutsutaan myös sonomekaanisiksi vaikutuksiksi. Bioaktiivisten molekyylien ultraääniuutto johtuu pääasiassa sonomekaanisista vaikutuksista: sekoittuminen ja turbulenssi hajottavat soluja ja edistävät aineensiirtoa. Tämä tarkoittaa, että bioaktiiviset molekyylit, kuten eteeriset öljyt, polyfenolit, terpeenit ja kannabinoidit, vapautuvat kasvisolumatriisista liuottimeen.
Ultraääniuuton etuna perinteiseen keitto- ja höyrytislausmenetelmään verrattuna on eteeristen öljyjen ja muiden orgaanisten yhdisteiden suhteellisesti suurempi uuttomäärä merkittävästi lyhyemmässä ajassa. Suuremmat uuttosaannot estävät raaka-aineen haaskaamista ja tekevät uutosta kannattavampaa. Ultraääniuutolla saavutettavat ajan- ja energiansäästöt ovat huomattavia. Ei-termisenä menetelmänä ultraääniuutto estää lämpöherkkien yhdisteiden lämmön aiheuttaman hajoamisen.
Maltilliset lämpötilat ja lyhyt käsittelyaika ovat ultraääniuuton merkittäviä etuja, koska luonnollisten uutteiden lämpöhajoaminen estetään. Tämä tekee ultraääniuutosta erittäin tehokasta, ja siksi ultraäänikäsittely tuottaa laadultaan erinomaisia eteerisiä öljyjä.

Tapaustutkimuksia kanelin ultraääniuutosta

Tutkimuksessa ja teollisuudessa on jo otettu käyttöön ultraääniuutto korkealaatuisten eteeristen öljyjen tuotannossa monista kasvimateriaaleista, mukaan lukien kanelin lehdet ja kuori.

Kanelin ultraääniavusteinen vesitislaus

Chen ym. (2020) tutkivat ultraäänellä tehostettua vesitislausta ja totesivat, että ultraäänikäsittely paransi tislausprosessia merkittävästi. Ultraääniavusteisella höyrytislauksella saatiin suurempia kaneliöljysaantoja huomattavasti lyhyemmässä uuttoajassa. Käyttämällä analyysimenetelmänä GC-MS he osoittivat, että ultraääniavusteinen vesitislaus tuotti perinteiseen vesitislaukseen verrattuna arvokkaampaa eteeristä öljyä, jossa pääyhdisteen trans-kanelialdehydin (trans-cinnamaldehyde) pitoisuus oli suuri. Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva (SEM) vahvisti ultraäänikäsittelyn tehokkuuden kaneliöljyn uutossa. Lisäksi sähkönkulutuksen ja hiilidioksidipäästöjen (CO2) analyysi osoittaa, että ultraääniavusteinen vesitislausprosessi on taloudellisempi ja ympäristöystävällisempi menetelmä. Siksi Chen ym. toteavat yhteenvetona, että ultraääniavusteinen vesitislaus on tehokas ja vihreä teknologia kanelin eteerisen öljyn uuttoon ja että se voi parantaa kaneliöljyjen määrää ja laatua.

Kanelin ultraääniuutto syväeutektisilla liuottimilla

Syväeutektisia liuottimia käyttävän ultraääniuuton on osoitettu olevan erinomainen tekniikka trans-kanelialdehydin ja kumariinin uuttamiseen kanelin kuoresta suurilla saannoilla.
Optimaalisissa olosuhteissa menetelmä tuotti suurempia trans-kanelialdehydi- ja kumariinipitoisuuksia kuin perinteiset menetelmät (refluksiuutto, Soxhlet-uutto ja maserointi), joissa käytettiin orgaanisia liuottimia (96 % etanolia). Luonnollisia syväeutektisia liuottimia käyttävän ultraääniuuton optimaalisiksi olosuhteiksi todettiin koliinikloridi-sitruunahappo (ChCl-CA), johon lisättiin 40 % vettä, sekä 30 minuutin uuttoaika trans-kanelialdehydin (9,24 ± 0,01 mg/g) ja kumariinin (11,6 ± 0,11 mg/g) uuttamiseksi kanelin kuoresta (C. burmannii Blume). Lisätutkimuksia olisi tehtävä kanelin kuoresta saatavan trans-kanelialdehydin ja kumariinin farmakologisen aktiivisuuden selvittämiseksi. (Vrt. Aryati ym. 2020)

Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla otettu pintakuva kanelin kuoresta 1000x suurennoksella; kuivattu jauhe (a); maserointiuuton jälkeen (b); refluksiuuton jälkeen (c); Soxhlet-uuton jälkeen (d); NADES-UAE ChCl-CA -uuton jälkeen (e).
tutkimus ja kuva: Aryati ym. 2020

Suuritehoiset ultraääniuuttimet

Ultraääniuutto on luotettava käsittelyteknologia, joka helpottaa ja nopeuttaa korkealaatuisten eteeristen öljyjen tuotantoa. Hielscher Ultrasonics -valikoima kattaa koko kirjon kompakteista laboratorioiden ultraäänilaitteista teollisiin uuttojärjestelmiin. Näin me, Hielscher, voimme tarjota sinulle suunnittelemaasi prosessikapasiteettiin parhaiten sopivan ultraäänilaitteen. Kokenut henkilöstömme auttaa sinua toteutettavuustesteistä ja prosessin optimoinnista aina ultraäänijärjestelmän asentamiseen lopulliseen tuotantoon.
Ultraääniuuttimiemme pieni tilantarve ja monipuoliset asennusvaihtoehdot mahdollistavat niiden sijoittamisen myös pieniin käsittelytiloihin. Ultraääniprosessoreita on asennettu elintarvikkeiden, lääkkeiden ja ravintolisien tuotantolaitoksiin kaikkialla maailmassa.

Hielscher Ultrasonics – edistykselliset uuttolaitteet

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa suuritehoisten ultraääniuuttimien koko kirjon pienestä suureen mittakaavaan. Lisävarusteiden avulla uuttamiseen parhaiten sopiva ultraäänilaitekokoonpano on helppo koota. Optimaalinen ultraäänilaitteisto riippuu suunnitellusta kapasiteetista, tilavuudesta, raaka-aineesta, erä- tai linjaprosessista ja aikataulusta.

Erä- ja linjakäsittely

Hielscherin ultraäänilaitteita voidaan käyttää eräkäsittelyyn ja jatkuvatoimiseen läpivirtauskäsittelyyn. Ultraäänellä tehtävä eräkäsittely soveltuu ihanteellisesti prosessin testaukseen, optimointiin sekä pienimuotoiseen ja keskisuureen tuotantoon. Kun tuotannossa käsitellään suuria määriä kasvimateriaalia (esimerkiksi kanelin lehtiä ja kuorta), linjakäsittely saattaa olla edullisempi vaihtoehto. Vaikka eräkäsittely vaatii vain hyvin yksinkertaisen laitteiston, se kuluttaa enemmän aikaa ja työtä. Jatkuvatoiminen linjauuttoprosessi vaatii edistyksellisen laitteiston – joka koostuu pumpusta, letkuista tai putkista ja säiliöistä – mutta on tehokkaampi ja nopeampi sekä vaatii merkittävästi vähemmän työtä. Hielscher Ultrasonics tarjoaa uuttomäärääsi ja prosessitavoitteisiisi parhaiten sopivan uuttolaitteiston.

Ultraääniuuttimet jokaiseen tuotantokapasiteettiin

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa ultraääniprosessorien koko kirjon kompakteista laboratorioiden ultraäänilaitteista pöytä- ja pilottilaitteistoihin sekä täysin teollisiin ultraääniprosessoreihin, joiden kapasiteetti riittää kuorma-autokuormallisten käsittelyyn tunnissa. Kattavan tuotevalikoiman ansiosta voimme tarjota raaka-aineeseesi, prosessikapasiteettiisi ja tuotantotavoitteisiisi parhaiten sopivan ultraääniuuttimen.
Ultraäänipöytälaitteistot soveltuvat ihanteellisesti toteutettavuustesteihin ja prosessin optimointiin. Vakiintuneisiin prosessiparametreihin perustuva lineaarinen mittakaavan suurentaminen tekee käsittelykapasiteetin kasvattamisesta pienemmistä eristä täysimittaiseen kaupalliseen tuotantoon erittäin helppoa. Mittakaavaa voidaan suurentaa joko asentamalla tehokkaampi ultraääniuutinyksikkö tai kytkemällä useita ultraäänilaitteita rinnakkain. UIP16000 on Hielscherin tarjoama maailman tehokkain ultraääniuutin.

Tarkasti säädettävät amplitudit optimaalisiin tuloksiin

Kaikki Hielscherin ultraäänilaitteet ovat tarkasti säädettävissä ja siten luotettavia työjuhtia tuotannossa. Amplitudi on yksi keskeisistä prosessiparametreista, jotka vaikuttavat kanelin eteeristen öljyjen ultraääniuuton tehokkuuteen ja vaikuttavuuteen.
Kaikki Hielscher Ultrasonics -prosessorit mahdollistavat amplitudin tarkan säädön. Sonotrodit ja amplitudivahvistimet ovat lisävarusteita, joiden avulla amplitudia voidaan muuttaa entistä laajemmalla alueella. Hielscherin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja ja vaativissa sovelluksissa tarvittavan ultraääni-intensiteetin. Jopa 200 µm:n amplitudeja voidaan helposti käyttää jatkuvasti 24/7-käytössä.
Tarkat amplitudiasetukset ja ultraääniprosessin parametrien jatkuva seuranta älykkäällä ohjelmistolla mahdollistavat kanelin lehtien ja kuoren käsittelyn tehokkaimmissa ultraääniolosuhteissa. Optimaalinen ultraäänikäsittely takaa parhaat uuttotulokset!
Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä. Tämä tekee Hielscherin ultraäänilaitteista luotettavia työvälineitä, jotka täyttävät uuttovaatimuksesi.

Helppo, riskitön testaus

Ultraääniprosessien mittakaavaa voidaan muuttaa täysin lineaarisesti. Tämä tarkoittaa, että jokainen laboratorio- tai pöytämallisella ultraäänilaitteella saavuttamasi tulos voidaan skaalata täsmälleen samaan tulokseen käyttämällä täsmälleen samoja prosessiparametreja. Siksi ultraäänikäsittely soveltuu ihanteellisesti riskittömään toteutettavuuden testaukseen, prosessin optimointiin ja myöhempään käyttöönottoon kaupallisessa valmistuksessa. Ota yhteyttä ja selvitä, miten ultraäänikäsittely voi lisätä kaneliuutteesi tuotantoa.

Korkein laatu – suunniteltu ja valmistettu Saksassa

Perheen omistamana ja johtamana yrityksenä Hielscher asettaa ultraääniprosessoriensa korkeimmat laatustandardit etusijalle. Kaikki ultraäänilaitteet suunnitellaan, valmistetaan ja testataan perusteellisesti päätoimipaikassamme Teltowissa lähellä Berliiniä Saksassa. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys ja luotettavuus tekevät niistä tuotantosi työjuhtia. 24/7-käyttö täydellä kuormituksella ja vaativissa ympäristöissä on Hielscherin suuritehoisten sekoittimien luontainen ominaisuus.

Alla olevasta taulukosta saat käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: