Turbo-extraction de la cannelle par ultrasons

L’extraction traditionnelle de la cannelle est longue et relativement inefficace. L’extraction par ultrasons est une technique d’intensification des procédés simple mais très efficace, qui réduit le temps d’extraction à quelques heures et augmente simultanément le rendement en huile essentielle de cannelle.

Extraction améliorée de la cannelle par ultrasons

L’extraction traditionnelle de l’huile essentielle de cannelle est réalisée par distillation à la vapeur de l’écorce et des feuilles de cannelle. La distillation à la vapeur traditionnelle est très lente et chronophage. Plus le rendement visé en huile de cannelle est élevé, plus la distillation à la vapeur est longue, ce qui signifie que la distillation à la vapeur d’une cuve de feuilles de cannelle peut durer jusqu’à 12 heures, tandis que la distillation à la vapeur de l’écorce de cannelle peut prendre plus de 24 heures. L’extraction par ultrasons brise les structures cellulaires de l’écorce et des feuilles de cannelle, de sorte que l’huile de cannelle est libérée rapidement et complètement. L’extraction par ultrasons accélère considérablement la distillation à la vapeur, réduisant la durée de traitement d’une journée entière à quelques heures tout en augmentant le rendement en huile essentielle de cannelle.
L’extraction par ultrasons libère le spectre complet des composés aromatiques de la cannelle, notamment le cinnamaldéhyde, le linalol, l’eugénol et l’acide cinnamique. L’obtention d’un extrait à spectre complet de composés d’huile essentielle de haute qualité explique la qualité supérieure des huiles de cannelle extraites par ultrasons. C’est en particulier le cinnamaldéhyde, le principal composé organique, qui confère à la cannelle sa saveur et son parfum caractéristiques. La sonication étant un traitement non thermique, les composés de l’huile essentielle sont protégés de la dégradation thermique. Par conséquent, l’extraction par ultrasons produit des huiles essentielles intensément aromatiques répondant aux normes de qualité les plus élevées.
L’extraction par ultrasons peut être appliquée à l’écorce et aux feuilles de cannelle. L’huile de feuilles de cannelle a un parfum plus prononcé que l’huile d’écorce. Les feuilles de cannelle contiennent de grandes quantités d’eugénol.

Pourquoi l’extraction par ultrasons surpasse la distillation à la vapeur

Pour produire des huiles essentielles à partir de la cannelle par distillation à la vapeur, les huiles essentielles doivent d’abord être libérées de la matrice végétale (c.-à-d. les cellules végétales des feuilles ou de l’écorce de cannelle). Lors de la distillation à la vapeur, la matière végétale de cannelle est bouillie jusqu’à 24 heures dans des cuves. La chaleur seule est relativement inefficace pour briser les structures cellulaires et libérer les huiles essentielles piégées. En général, l’ébullition ne libère pas complètement les huiles essentielles piégées, et des quantités assez importantes d’huiles résiduelles sont perdues, faute d’avoir été extraites. Après le processus d’extraction thermique a lieu la distillation à la vapeur. Pour ce faire, un mélange de deux liquides non miscibles (c.-à-d. huile essentielle et eau) est porté à ébullition. Le mélange commence à bouillir lorsque la somme de leurs pressions de vapeur est égale à 760 mm Hg. Le point d’ébullition d’un mélange d’eau et d’huile essentielle est donc inférieur au point d’ébullition de chacun des composants pris séparément. L’hydrodistillation traditionnelle présente des inconvénients majeurs : le long processus d’ébullition et de passage à la vapeur est très consommateur de temps et d’énergie.
L’extraction par ultrasons repose sur la cavitation acoustique. La cavitation acoustique se produit lorsque des ondes ultrasonores de puissance sont couplées dans un liquide (p. ex. une suspension constituée de matière végétale dans un solvant ou dans l’eau). Les ondes ultrasonores se propagent dans le liquide en provoquant une alternance de cycles de haute pression / basse pression. Pendant les cycles de basse pression, de minuscules bulles de vide (appelées bulles de cavitation) se forment et grossissent au fil de plusieurs cycles de pression. À une certaine taille, lorsque les bulles ne peuvent plus absorber d’énergie, elles implosent violemment au cours d’un cycle de haute pression. L’implosion des bulles se caractérise par d’intenses forces de cavitation, notamment des micro-turbulences et des jets de liquide atteignant des vitesses allant jusqu’à 100m/s. Ces effets de cisaillement liés à la cavitation sont également appelés effets sonomécaniques. L’extraction par ultrasons de molécules bioactives est principalement due aux effets sonomécaniques : l’agitation et les turbulences rompent les cellules et favorisent le transfert de masse. Cela signifie que les molécules bioactives telles que les huiles essentielles, les polyphénols, les terpènes et les cannabinoïdes sont libérées de la matrice cellulaire végétale dans le solvant.
L’avantage de l’extraction par ultrasons par rapport à la méthode traditionnelle d’ébullition et de distillation à la vapeur réside dans l’extraction comparativement plus élevée d’huiles essentielles et d’autres composés organiques en un temps nettement plus court. Les rendements d’extraction plus élevés évitent le gaspillage de matière première et rendent l’extraction plus lucrative. Les économies de temps et d’énergie réalisées grâce à l’extraction par ultrasons sont considérables. En tant que méthode non thermique, l’extraction par ultrasons protège les composés thermosensibles de la dégradation induite par la chaleur.
Les températures modérées et la courte durée de traitement sont des avantages majeurs de l’extraction par ultrasons, car une décomposition thermique des extraits naturels est évitée. L’extraction par ultrasons est ainsi très efficace et, par conséquent, la sonication permet d’obtenir des huiles essentielles de qualité supérieure.

Études de cas sur l’extraction de la cannelle par ultrasons

La recherche et l’industrie ont déjà adopté l’extraction par ultrasons pour la production d’huiles essentielles de haute qualité à partir de nombreuses plantes, notamment des feuilles et de l’écorce de cannelle.

Hydrodistillation de la cannelle par ultrasons

Chen et al. (2020) ont étudié l’hydrodistillation assistée par ultrasons et ont conclu que la sonication améliorait considérablement le processus de distillation. La distillation à la vapeur par ultrasons a fourni des rendements plus élevés en huile de cannelle avec une durée d’extraction considérablement réduite. À l’aide d’une analyse GC-MS, ils ont montré que l’hydrodistillation assistée par ultrasons fournissait une huile essentielle de plus grande valeur, à forte teneur en trans-cinnamaldéhyde, le composé principal, par rapport à l’hydrodistillation traditionnelle. Une micrographie électronique à balayage (SEM) a confirmé l’efficacité de la sonication pour l’extraction de l’huile de cannelle. En outre, l’analyse de la consommation électrique et des émissions de CO2 montre que le procédé d’hydrodistillation assistée par ultrasons est l’approche la plus économique et la plus respectueuse de l’environnement. Chen et al. concluent donc que l’hydrodistillation assistée par ultrasons est une technologie efficace et verte pour l’extraction de l’huile essentielle de cannelle, capable d’améliorer la quantité et la qualité des huiles de cannelle.

Extraction de la cannelle par ultrasons à l’aide de solvants eutectiques profonds

Il a été démontré que l’extraction par ultrasons à l’aide de solvants eutectiques profonds est une technique supérieure pour extraire des rendements élevés de trans-cinnamaldéhyde et de coumarine à partir de l’écorce de cannelle.
méthode dans des conditions optimales a donné des teneurs en trans-cinnamaldéhyde et en coumarine plus élevées que celles obtenues par les méthodes conventionnelles (reflux, soxhlet et macération) utilisant des solvants organiques (éthanol à 96%). Les conditions optimales pour l’extraction par ultrasons à l’aide de solvants eutectiques profonds naturels se sont avérées être le chlorure de choline-acide citrique (ChCl-CA) avec un ajout de 40% d’eau et une durée d’extraction de 30 minutes pour extraire le trans-cinnamaldéhyde (9,24 ± 0,01 mg/g) et la coumarine (11,6 ± 0,11 mg/g) de l’écorce de cannelle (C. burmannii Blume). Des recherches complémentaires devraient être menées pour explorer l’activité pharmacologique du trans-cinnamaldéhyde et de la coumarine issus de l’écorce de cannelle. (cf. Aryati et al. 2020)

Image de surface de l’écorce de cannelle obtenue par microscopie électronique à balayage, grossissement 1000x ; poudre séchée (a) ; après extraction par macération (b) ; après extraction par reflux (c) ; après extraction Soxhlet (d) ; après extraction par NADES-UAE ChCl-CA (e).
étude et image : Aryati et al. 2020

Extracteurs à ultrasons haute performance

L’extraction par ultrasons est une technologie de traitement fiable qui facilite et accélère la production d’huiles essentielles de haute qualité. Le portefeuille de Hielscher Ultrasonics couvre toute la gamme, des ultrasonicateurs de laboratoire compacts aux systèmes d’extraction industriels. Ainsi, chez Hielscher, nous pouvons vous proposer l’ultrasonicateur le mieux adapté à la capacité de traitement que vous envisagez. Notre personnel, fort d’une longue expérience, vous accompagne des essais de faisabilité et de l’optimisation du procédé jusqu’à l’installation de votre système à ultrasons au niveau de la production finale.
Le faible encombrement de nos extracteurs à ultrasons ainsi que la polyvalence de leurs options d’installation leur permettent de s’intégrer même dans des installations de traitement exiguës. Les processeurs à ultrasons sont installés dans le monde entier dans des sites de production alimentaire, pharmaceutique et de compléments nutritionnels.

Hielscher Ultrasonics – Équipements d’extraction sophistiqués

Le portefeuille de produits de Hielscher Ultrasonics couvre toute la gamme d’extracteurs à ultrasons haute performance, de la petite à la grande échelle. Des accessoires supplémentaires permettent d’assembler facilement la configuration d’appareil à ultrasons la mieux adaptée à votre procédé d’extraction. La configuration ultrasonore optimale dépend de la capacité envisagée, du volume, de la matière première, du procédé par lots ou en ligne et du calendrier.

Par lots et en ligne

Les ultrasonicateurs Hielscher peuvent être utilisés pour le traitement par lots et le traitement en flux continu. Le traitement par ultrasons par lots est idéal pour les essais de procédé, l’optimisation et la production à petite et moyenne échelle. Pour la production de grands volumes de matières végétales (p. ex. feuilles et écorce de cannelle), le traitement en ligne peut s’avérer plus avantageux. Alors que le traitement par lots ne nécessite qu’une installation très simple, il demande plus de temps et de main-d’œuvre. Un procédé d’extraction continu en ligne nécessite une installation sophistiquée – composée d’une pompe, de tuyaux ou de conduites et de réservoirs –, mais il est plus efficace, plus rapide et nécessite nettement moins de main-d’œuvre. Hielscher Ultrasonics dispose de la configuration d’extraction la mieux adaptée à votre volume d’extraction et à vos objectifs de procédé.

Extracteurs à ultrasons pour toutes les capacités de production

La gamme de produits de Hielscher Ultrasonics couvre tout le spectre des processeurs à ultrasons, des ultrasonicateurs de laboratoire compacts, en passant par les systèmes de paillasse et pilotes, jusqu’aux processeurs à ultrasons entièrement industriels capables de traiter des camions entiers par heure. Cette gamme complète nous permet de vous proposer l’extracteur à ultrasons le mieux adapté à votre matière première, à votre capacité de traitement et à vos objectifs de production.
Les systèmes à ultrasons de paillasse sont idéaux pour les essais de faisabilité et l’optimisation des procédés. La mise à l’échelle linéaire basée sur des paramètres de procédé établis permet d’augmenter très facilement les capacités de traitement, des petits lots à la production entièrement commerciale. La mise à l’échelle peut se faire soit en installant une unité d’extraction à ultrasons plus puissante, soit en regroupant plusieurs ultrasonicateurs en parallèle. Avec l’UIP16000, Hielscher propose l’extracteur à ultrasons le plus puissant au monde.

Amplitudes précisément contrôlables pour des résultats optimaux

Tous les ultrasonicateurs Hielscher sont précisément contrôlables et constituent ainsi de véritables bêtes de somme fiables en production. L’amplitude est l’un des paramètres de procédé déterminants qui influencent l’efficience et l’efficacité de l’extraction par ultrasons des huiles essentielles de la cannelle.
Tous les processeurs de Hielscher Ultrasonics permettent un réglage précis de l’amplitude. Les sonotrodes et les cornes booster sont des accessoires qui permettent de modifier l’amplitude dans une plage encore plus large. Les processeurs à ultrasons industriels de Hielscher peuvent fournir des amplitudes très élevées ainsi que l’intensité ultrasonore requise pour les applications exigeantes. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent facilement être maintenues en continu en fonctionnement 24/7.
Des réglages précis de l’amplitude et la surveillance permanente des paramètres du procédé ultrasonore via un logiciel intelligent vous donnent la possibilité de traiter vos feuilles et écorces de cannelle dans les conditions ultrasonores les plus efficaces. Une sonication optimale pour les meilleurs résultats d’extraction !
La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24/7 en service intensif et dans des environnements exigeants. Cela fait des équipements à ultrasons Hielscher un outil de travail fiable qui répond à vos exigences d’extraction.

Essais faciles et sans risque

Les procédés ultrasonores peuvent être mis à l’échelle de manière entièrement linéaire. Cela signifie que chaque résultat obtenu avec un ultrasonicateur de laboratoire ou de paillasse peut être transposé à exactement la même production en utilisant exactement les mêmes paramètres de procédé. Cela fait de l’ultrasonication la solution idéale pour des essais de faisabilité sans risque, l’optimisation des procédés et la mise en œuvre ultérieure dans la fabrication commerciale. Contactez-nous pour découvrir comment la sonication peut accroître votre production d’extrait de cannelle.

Qualité optimale – Conçu et fabriqué en Allemagne

En tant qu’entreprise familiale, détenue et gérée par la famille, Hielscher accorde la priorité aux normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les ultrasonicateurs sont conçus, fabriqués et minutieusement testés dans notre siège de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité des équipements à ultrasons Hielscher en font une véritable bête de somme dans votre production. Le fonctionnement 24/7 à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des mélangeurs haute performance de Hielscher.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :