Eteeristen öljyjen ultraäänitehostettu hydrotislaus

Eteeristen öljyjen perinteinen uutto on kallista ja aikaa vievää. Ultraäänikäsittely tehostaa uuttoa, mikä parantaa saantoja ja uutteiden laatua. Hielscherin ultraäänilaitteet voidaan helposti integroida mihin tahansa perinteiseen hydrotislausjärjestelmään tehokkuuden ja laadun parantamiseksi.

Eteeristen öljyjen hydrotislaus kasveista

Hydrotislaus on höyrytislauksen muunnelma, jota käytetään fytokemiallisten yhdisteiden uuttamiseen kasvimateriaalista. Tässä prosessissa kasvimateriaalia liotetaan vedessä määrätyn ajan, minkä jälkeen seos kuumennetaan. Haihtuvat yhdisteet kulkeutuvat höyryn mukana, minkä jälkeen ne tiivistetään ja erotetaan. Höyrytislausta, johon menetelmä perustuu, käytetään yleisesti eteeristen öljyjen eristämiseen – esimerkiksi hajuvesien valmistuksessa.
Koska monet orgaaniset yhdisteet hajoavat herkästi pitkäaikaisessa altistuksessa korkeille lämpötiloille, teollisuudessa otetaan yhä enemmän käyttöön hellävaraisia vaihtoehtoisia käsittelymenetelmiä, jotka tuottavat parempia tuloksia (parempaa laatua ja suurempia saantoja). Ultraäänitehostettu hydrotislaus on yksi tällainen tekniikka – hellävarainen mutta erittäin tehokas uuttomenetelmä, jota käytetään korkealaatuisten eteeristen öljyjen valmistukseen.

Eteeristen öljyjen perinteisen tuotannon haasteet

Perinteisten uuttotekniikoiden, kuten höyrytislauksen, ongelmana ovat valtavat kasvimateriaalimäärät, joita tarvitaan eteeristen öljyjen uuttamiseen kaupallisessa mittakaavassa. 1 kg:n (2 1/4 lb) laventelin eteerisen öljyn saamiseksi tarvitaan noin 200 kg (440 lb) tuoreita laventelinkukkia, 1 kg:n ruusuöljyn saamiseksi tarvitaan 2,5–5 metristä tonnia ruusun terälehtiä ja 1 kg:n sitruunan eteerisen öljyn saamiseksi tarvitaan raaka-aineeksi noin 3 000 sitruunaa. Siksi eteeriset öljyt ovat erittäin kalliita. Ruusuabsoluutin hinta on noin 20 000€ (21,000US$) litralta.
Saavuttaakseen etuja kannattavuudessa ja kilpailukyvyssä eteeristen öljyjen tuottajien on otettava käyttöön tehokkaampia ja tuloksellisempia uuttomenetelmiä. Ultraääniuuton edulliset tekniikat ovat perinteisiä uuttomenetelmiä parempia hellävaraisten uutto-olosuhteiden, suurten saantojen ja uutteiden paremman laadun ansiosta. Ultraäänikäsittely voidaan toteuttaa liuotinpohjaisena tai liuottimettomana uuttona. Vaihtoehtoisesti anturityyppinen ultraääniuutto voidaan yhdistää yleisiin uuttojärjestelmiin, esimerkiksi Soxhlet-uuttoon, Clevenger-uuttoon, ylikriittiseen CO2-uuttoon, ohmiseen hydrotislaukseen jne. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultraäänitehostettu ohminen hydrotislaus).

Sono-Clevenger, jossa on ultraäänianturi UP200S: ultraäänellä tehostettu hydrotislauslaitteisto eteeristen öljyjen erittäin tehokkaaseen eristämiseen.
(©Rasouli et al. 2021)

Ultraääniuuton ja hydrotislauksen yhdistämisen edut

Ultraääniavusteinen uutto ja hydrotislaus on nykyään vakiintunut tekniikka korkealaatuisten eteeristen öljyjen tuotannossa. Ei-termisenä uuttotekniikkana ultraäänikäsittely ehkäisee lämpöherkkien yhdisteiden lämpöhajoamista. Samalla uuttotehokkuus ja eteeristen öljyjen saannot kasvavat merkittävästi. Eteeristen öljyjen ultraäänitehostetun tuotannon edut esitellään alla:

1. Suuri uuttotehokkuus: Anturityyppisellä ultraäänilaitteella tehtävä uutto eristää eteeriset öljyt tehokkaammin kuin perinteiset uuttomenetelmät, kuten höyrytislaus tai liuotinuutto. Tämä johtuu siitä, että ääniaallot aiheuttavat nesteessä kavitaatiota, joka auttaa hajottamaan kasvimateriaalin soluseiniä ja vapauttamaan enemmän eteeristä öljyä.
2. Lyhyempi uuttoaika: Ultraääniuutolla voidaan uuttaa eteerisiä öljyjä paljon lyhyemmässä ajassa kuin perinteisillä uuttomenetelmillä. Tämä johtuu siitä, että ultraäänianturin tuottamat voimakkaat ääniaallot voivat tunkeutua syvemmälle kasvimateriaaliin, hajottaa kasvisolun tehokkaammin ja siten uuttaa eteerisen öljyn nopeammin ja tuloksellisemmin.
3. Eteerisen öljyn parempi laatu: Koska ultraääniuutto on ei-terminen käsittely, sillä voidaan tuottaa laadukkaampia eteerisiä öljyjä kuin perinteisillä uuttomenetelmillä. Tämä johtuu siitä, että ultraääniaallot voivat uuttaa eteerisen öljyn vahingoittamatta herkkiä aromiyhdisteitä, jotka antavat öljylle sen tuoksun ja terapeuttiset ominaisuudet.
4. Energiatehokkuus: Ultraääniuutto on energiatehokas uuttomenetelmä verrattuna perinteisiin menetelmiin, kuten höyrytislaukseen, joka vaatii paljon energiaa höyryn tuottamiseen.
5. Ympäristöystävällisyys: Ultraäänikäsittely on puhdas ja ympäristöystävällinen uuttotekniikka, koska se ei edellytä ympäristölle mahdollisesti haitallisten liuottimien tai kemikaalien käyttöä.

Näiden etujen ansiosta eteeristen öljyjen ultraääniuutto on erittäin tehokas ja taloudellinen tekniikka, joka tarjoaa monia etuja perinteisiin uuttomenetelmiin verrattuna.

Ylikriittisellä hiilidioksidilla (sCO₂) tehtävän uuton, ultraääniavusteisen uuton (UAE), paineenvaihtelutekniikkaan yhdistetyn ylikriittisen hiilidioksidiuuton (SCE-PST) ja Soxhlet-uuton vertailu osoittaa, että UAE on tehokkain ja nopein uuttotekniikka.

Tieteellinen tutkimus: eteeristen öljyjen ultraäänitehostettu hydrotislaus

• Uuton raaka-aine: Timjamin, salvian, sitruunamelissan, laventelin ja oreganon kuivatut lehdet
• Suurempi eteeristen öljyjen saanto: jopa 29,58 % enemmän eteeristä öljyä (EO)
• Lyhyempi käsittelyaika

Nenciu et al. (2026) osoittivat tuoreessa tutkimuksessaan ultraääniavusteisen hydrotislauksen edut timjamin, salvian, sitruunamelissan, laventelin ja oreganon eteeristen öljyjen tuotannossa. Kuivattu kasvimateriaali sekoitettiin veteen, esikäsiteltiin anturityyppisellä ultraäänilaitteella Hielscher UP400St ja sen jälkeen höyrytislattiin. Akustinen kavitaatio hajottaa kasvikudosta ja öljyä sisältäviä rauhasrakenteita, mikä helpottaa haihtuvien yhdisteiden vapautumista ennen tislausta. Optimoiduissa olosuhteissa – biomassahiukkasten koko 1 cm, ultraääniteho 150 W ja uuttoaika 85 minuuttia – eteerisen öljyn saanto kasvoi arvosta 1,42 arvoon 1,84 % v/w, mikä merkitsee jopa 29,58 %:n parannusta verrattuna perinteiseen 120 minuutin hydrotislaukseen. GC-MS-analyysi vahvisti kullekin öljylle ominaiset yhdisteet, kuten oreganon karvakrolin, timjamin tymolin, sitruunamelissan sitraalin ja geraniaalin, salvian sineolin ja kamferin sekä laventelin linaloolin ja linalyyliasetaatin. Tulokset osoittavat, että ultraääniesikäsittely voi lisätä eteeristen öljyjen saantoa ja lyhentää hydrotislausaikaa, mikä parantaa eteeristen öljyjen tuotannon kokonaistehokkuutta.

Ultraääniavusteinen hydrotislauslaitteisto (UAHD): (a) ultraäänilaite UP400St (b) hydrotislausyksikkö; (c) höyryn tiivistys- ja jäähdytysjärjestelmä
Kuva ja tutkimus: Nenciu et al., 2026

Suurempi eteeristen öljyjen saanto: ultraääniuutto ennen hydrotislausta

Eteerisen öljyn ultraääniuuttoon kasvimateriaalista (esim. lavandiinista, salviasta, sitruskasveista jne.) voidaan käyttää anturityyppistä ultraäänikäsittelyjärjestelmää, kuten järjestelmää UIP2000hdT, laboratoriopöytä-, pilotti- ja tuotantomittakaavassa. Uuttojärjestelmä voidaan toteuttaa erä- tai läpivirtausjärjestelmänä.
Ultraäänellä tehtävään eräuuttoon suositellaan astiaa, jota ympäröi kylmä vesihaude. Vesihauteen avulla voidaan välttää ei-toivottu lämpötilan nousu ja siitä aiheutuva hajoaminen. Lavandiinin eteerisen öljyn uutossa laventelinkukkia uutetaan käyttäen esimerkiksi 2 L tislattua vettä, ja uuttoaika on 30 min. Ultraäänen amplitudi asetetaan arvoon 60 %. Ultraääniesikäsittelyn jälkeen laventelinkukka poistetaan ja eteerinen öljy uutetaan perinteisellä höyrytislauksella.
Läpivirtausuuttoa varten ultraääniprosessori varustetaan sonotrodilla ja virtauskennolla. Jäähdytystä varten virtauskennoreaktori varustetaan jäähdytysvaipalla. Ultraääniesikäsittelyä varten maseroitu kasvimateriaali pumpataan reaktiokammion läpi, jossa se kulkee suoraan kavitaatiovyöhykkeen läpi. Ultraäänellä tehtävän läpivirtausuuton lisäetuna on mahdollisuus paineistaa reaktiokammio uuttovaikutuksen tehostamiseksi.
Ultraääniesikäsittely ennen hydrotislausta lisää uutettujen eteeristen öljyjen saantoa ja parantaa uuttonopeutta – mikä tekee menetelmästä kokonaisuutena tehokkaamman.

Tapaustutkimus: eteerisen öljyn ultraäänitehostettu hydrotislaus Satureja khuzistanica -kasvista

Rasouli et al. (2021) tutkivat Satureja khuzistanica Jamzad -yrttikasvin eteeristen öljyjen uuttotehokkuutta vertaamalla perinteistä hydrotislausta ja ultraäänellä tehostettua Clevenger-menetelmää (Sono-Clevenger). He vertasivat molempia uuttotekniikoita, hydrotislausta ja ultraäänitehostettua Clevenger-menetelmää, eristämisajan, saannon ja saatujen eteeristen öljyjen laadun suhteen. Tulokset osoittavat, että vaikka saatujen eteeristen öljyjen kemiallinen profiili ja biologiset ominaisuudet ovat molemmilla menetelmillä yhtä korkealaatuisia, ultraääniuutto parantaa eteeristen öljyjen eristämisen saantotehokkuutta jopa 40 %. Käsiteltyjen Satureja-lehtien pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvat (SEM) osoittavat, että ultraäänikäsittely hajottaa kasvisolujen seinämiä tehokkaammin. Tämän seurauksena eteeristen öljyjen uutossa havaittiin noin 40 %:n parannus verrattuna perinteiseen hydrotislausmenetelmään.
Tämä tutkimus tukee monien muiden tutkimusraporttien tuloksia. Niissä on tutkittu ultraääniesikäsittelyä ennen hydrotislausta ja osoitettu, että anturityyppinen ultraäänikäsittely parantaa sekä eteerisen öljyn laatua että määrää ja samalla vähentää uuttoaikaa ja energiankulutusta perinteisiin tekniikoihin verrattuna.
 

Uuttosaannon vertailu ajan funktiona hydrotislauksessa ja sono-clevenger-menetelmässä: eteeristen öljyjen ultraääniuutto Sono-Clevenger-menetelmällä tuottaa suurempia eteerisen öljyn saantoja lyhyemmässä uuttoajassa.
(©Rasouli et al. 2021)

Satureja-lehtien SEM-kuvat: (A) 4 tunnin hydrotislauksen jälkeen ja (B) 60 minuutin sono-clevenger-käsittelyn jälkeen. Lyhyempi Sono-Clevenger-käsittely hajottaa solut paremmin ja tuottaa siten suurempia eteeristen öljyjen saantoja.
(©Rasouli et al. 2021)

Ultraääniuuttimet eteeristen öljyjen hydrotislaukseen

Hielscherin teho-ultraääniuuttimia on saatavana laboratoriopöytä-, pilottilaitos- ja teollisuuslaitosasennuksiin. Ultraääniprosessoreitamme voidaan ohjata tarkasti, ja ne voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja (teollisuuden ultraäänilaitteilla jopa 200 µm, suurempia amplitudeja pyynnöstä) voimakkaan akustisen kentän aikaansaamiseksi. Kaikki ultraäänilaitteemme laboratoriojärjestelmistä teollisuusjärjestelmiin on rakennettu ympärivuorokautiseen 24/7-käyttöön raskaissa käyttöolosuhteissa.
Hielscherin ultraääniuuttimia voidaan testata laboratoriopöytämittakaavassa toteutettavuuskokeita ja prosessin optimointia varten. Sen jälkeen kaikki prosessitulokset voidaan skaalata lineaarisesti täysimittaiseen teolliseen tuotantoon. Pitkä kokemuksemme ultraäänikäsittelystä antaa meille valmiudet neuvoa ja auttaa asiakkaitamme ensimmäisistä kokeista ja prosessin optimoinnista aina erittäin tehokkaan teollisen toiminnan toteuttamiseen.
Tutustu Hielscherin ultraäänijärjestelmien mahdollisuuksiin teknisessä laboratoriossamme ja prosessikeskuksessamme!
Kestäviä ultraäänijärjestelmiämme voidaan käyttää erä- ja läpivirtauskäsittelyyn. Eteeristen öljyjen tuotannossa voidaan saavuttaa synerginen yhdistelmä asentamalla ultraäänianturi perinteiseen hydrotislauslaitteistoon. Myös olemassa olevien tuotantolinjojen jälkiasennus on helppoa.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Eteeristen öljyjen ultraääniuuton toimintaperiaate

Ultraääniuuton on osoitettu tuottavan suurempia uuttosaantoja ja vähentävän energiankulutusta. Ultraääniuuton toimintaperiaatteena on ultraäänikavitaation aiheuttama kuplien luhistuminen. Ultraäänikavitaatio eli akustinen kavitaatio synnyttää nesteeseen mikrosuihkuja, jotka tuhoavat kasvikudoksen lipidejä sisältäviä rauhasia. Näin aineensiirto solun ja liuottimen välillä paranee ja eteerinen öljy vapautuu. Nykyisten modernien ultraääniuuttimien merkittävä etu on käyttöparametrien tarkka hallinta (esim. ultraäänen intensiteetti, lämpötila, käsittelyaika, paine, viipymäaika jne.). Eteeristen öljyjen suurempi saanto sekä vähäisempi lämpöhajoaminen, korkea laatu ja hyvä aromi- ja makuprofiili on osoitettu tieteellisesti (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Muiden nykyaikaisten uuttotekniikoiden skaalausmahdollisuudet teolliseen tuotantoon ovat vain rajalliset, mutta ultraääniuuton skaalattavuus teolliseen mittakaavaan on jo osoitettu. Esimerkiksi japanilaisten sitruskasvien eteeristen öljyjen uuttosaanto kasvoi 44 % perinteisiin uuttomenetelmiin verrattuna (Mason et al. 2011).

Kirjallisuus / Lähteet

• 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.