Hydrodistillation ultrasonique d'huiles essentielles
- L'extraction classique des huiles essentielles est coûteuse et prend du temps.
- extraction par ultrasons donne des rendements plus élevés et la qualité de l'extrait supérieur.
- peut être réalisée par ultrasons comme procédé d'extraction au solvant ou à base d'eau. Sinon, sonication peut être combiné avec les systèmes traditionnels d'extraction pour améliorer l'efficacité et la qualité.
Hydrodistillation d'extraits de plantes
L'hydrodistillation est une variante de la distillation à la vapeur. Pour l'extraction par hydrodistillation, le matériel végétal est trempé pendant un certain temps dans de l'eau, puis le mélange est chauffé et les matières volatiles sont entraînées par la vapeur, condensées et séparées. Il s'agit d'un procédé d'extraction courant pour séparer les composés phytochimiques du matériel végétal. La distillation à la vapeur d'eau est une technique courante pour isoler les huiles essentielles, par exemple pour la parfumerie.
Étant donné que de nombreux composés organiques ont tendance à se décomposer à des températures élevées, l'industrie s'oriente vers l'utilisation d'autres méthodes de traitement douces, qui donnent de meilleurs résultats d'extraction (qualité supérieure, rendements plus élevés). L'hydrodistillation ultrasonique est une technique d'extraction douce mais très efficace, utilisée pour produire des huiles essentielles de haute qualité.
L'extraction ultrasonique et l'hydrodistillation ultrasonique améliorent considérablement la production d'huile essentielle.
Les défis de la production conventionnelle d'huile essentielle
Les problèmes des techniques d'extraction traditionnelles telles que la distillation à la vapeur se trouvent dans les énormes quantités de matériel végétal nécessaires pour extraire les huiles essentielles à l'échelle commerciale. Pour 1 kg (2 1/4 lb) d'huile essentielle de lavande sont env. 200 kg (440lb) de fleurs de lavande fraîches sont nécessaires, pour 1 kg d'huile de rose, entre 2,5 et 5 tonnes métriques de pétales de roses nécessaires et pour 1 kg d'huile essentielle de citron, la matière première consiste en env. 3 000 citrons. Par conséquent, les huiles essentielles sont très chères. Pour la rose absolue, le prix est d'environ 20.000 € (21.000US $) par litre.
Pour gagner en rentabilité et en compétitivité, les producteurs d'huiles essentielles doivent mettre en œuvre des méthodes d'extraction plus efficaces et plus performantes. Les techniques favorables de l'extraction par ultrasons surpassent les méthodes d'extraction traditionnelles grâce à des conditions d'extraction douces, des rendements élevés et une qualité d'extrait supérieure. La sonication peut être utilisée comme méthode d'extraction avec ou sans solvant. Il est également possible de combiner l'extraction par sonde ultrasonique avec des systèmes d'extraction courants, par ex. extraction Soxhletextraction Clevenger, CO2 supercritique, hydrodistillation Ohmic, etc.Sono-SoxhletSono-Clevenger, Sono-scCO2, hydrodistillation ohmique ultrasonique).
Avantages de l'extraction par ultrasons et de l'hydrodistillation
L'extraction et l'hydrodistillation assistées par ultrasons sont aujourd'hui une technique reconnue pour la production d'huiles essentielles de haute qualité. En tant que technique d'extraction non thermique, la sonication évite la dégradation thermique des composés sensibles à la chaleur. En même temps, l'efficacité de l'extraction et les rendements en huile essentielle sont considérablement augmentés. Découvrez ci-dessous les avantages de la production d'huiles essentielles par ultrasons :
- Efficacité d'extraction élevée : L'extraction à l'aide d'un appareil à ultrasons à sonde permet d'isoler les huiles essentielles plus efficacement que les méthodes d'extraction traditionnelles, telles que la distillation à la vapeur ou l'extraction par solvant. En effet, les ondes sonores provoquent une cavitation dans le liquide, ce qui contribue à briser les parois cellulaires de la matière végétale et à libérer une plus grande quantité d'huile essentielle.
- Temps d'extraction plus court : L'extraction par ultrasons permet d'extraire les huiles essentielles en un temps beaucoup plus court que les méthodes d'extraction traditionnelles. En effet, les ondes sonores intenses générées par une sonde ultrasonique peuvent pénétrer plus profondément dans la matière végétale, perturber la cellule végétale avec une efficacité supérieure et donc extraire l'huile essentielle plus rapidement et plus efficacement.
- Amélioration de la qualité de l'huile essentielle : L'extraction par ultrasons étant un traitement non thermique, elle permet de produire des huiles essentielles de meilleure qualité que les méthodes d'extraction traditionnelles. En effet, les ondes ultrasoniques peuvent extraire l'huile essentielle sans endommager les délicats composés aromatiques qui confèrent à l'huile son parfum et ses propriétés thérapeutiques.
- Efficacité énergétique : L'extraction par ultrasons est une méthode d'extraction économe en énergie par rapport aux méthodes traditionnelles, telles que la distillation à la vapeur, qui nécessite beaucoup d'énergie pour produire de la vapeur.
- Respectueux de l'environnement : L'ultrasonication est une technique d'extraction propre et respectueuse de l'environnement, car elle ne nécessite pas l'utilisation de solvants ou de produits chimiques, qui peuvent être nocifs pour l'environnement.
Ces avantages font de l'extraction d'huiles essentielles par ultrasons une technique très efficace et économique qui offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes d'extraction traditionnelles.
L'extraction par ultrasons ne nécessite qu'un temps très court, ce qui permet d'obtenir les meilleurs rendements d'extraction. La comparaison entre le dioxyde de carbone supercritique (sCO2), l'extraction assistée par ultrasons (UAE), l'extraction par dioxyde de carbone supercritique combinée à la technique de variation de pression (SCE-PST) et l'extraction Soxhlet montre que l'UAE est la technique d'extraction la plus efficace et la plus rapide.
Principe de fonctionnement de l'extraction d'huile essentielle par ultrasons
Il a été prouvé que l'extraction par ultrasons permet d'obtenir des rendements d'extraction plus élevés et de réduire la consommation d'énergie. Le principe de fonctionnement de l'extraction par ultrasons est l'implosion des bulles générée par la cavitation ultrasonique. La cavitation ultrasonique/acoustique génère des micro-jets liquides qui détruisent les glandes contenant des lipides dans le tissu végétal. Le transfert de masse entre la cellule et le solvant est ainsi amélioré et l'huile essentielle est libérée. L'un des principaux avantages des extracteurs ultrasoniques modernes est le contrôle précis des paramètres de fonctionnement (par exemple, l'intensité des ultrasons, la température, la durée du traitement, la pression, le temps de rétention, etc.) L'augmentation du rendement des huiles essentielles ainsi que la diminution de la dégradation thermique, la haute qualité et un bon profil d'arôme et de saveur sont scientifiquement prouvés. (Porto et al 2009;.. Asfaw et al 2005).
Alors que les autres techniques d'extraction modernes n'offrent qu'une capacité limitée d'extension à la production industrielle, la capacité d'extension de l'extraction ultrasonique au niveau industriel est déjà prouvée. Par exemple, le rendement de l'extraction d'huiles essentielles d'agrumes japonais a été augmenté de 44 % par rapport aux méthodes d'extraction traditionnelles. (Mason et al., 2011).
Clevenger avec Ultrasonateur UP200Ht
(©Pingret et al., 2014)
Extraction par ultrasons et hydrodistillation
Ultrasons Prétraitement pour l'extraction des huiles essentielles
Pour l'extraction par ultrasons de l'huile essentielle d'un matériel végétal (par exemple, le lavandin, la sauge, agrumes, etc.), un système de sonication de type de sonde tel que le UIP2000hdT peut être utilisé pour l'extraction à paillasse, pilote et à l'échelle de production. Le système d'extraction peut être configuré comme un système de traitement par lots ou en ligne.
Pour l'extraction par lots par ultrasons, un récipient avec un bain d'eau froide environnant est recommandé. Le bain d'eau permet d'éviter une élévation de température indésirable et la dégradation qui en résulte. Pour l'extraction de l'huile essentielle de lavandin, les fleurs de lavande sont extraites avec par exemple 2L d'eau distillée pour un temps d'extraction de 30 min. L'amplitude ultrasonore est fixée à 60%. Après le prétraitement aux ultrasons, la fleur de lavande est éliminée et une distillation à la vapeur classique est effectuée pour extraire l'huile essentielle.
Pour la configuration d'extraction en ligne, le processeur à ultrasons ist équipé d'sonotrode et de la cellule de flux. Pour le refroidissement but, le réacteur à cuve à circulation est équipée d'une chemise de refroidissement. Pour le pré-traitement par ultrasons, le matériau de plante macérée est pompé à travers la chambre de réaction où il passe directement à travers la zone de cavitation. Un autre avantage de l'extraction en ligne ultrasonore est la possibilité de mettre sous pression la chambre de réaction pour augmenter l'effet d'extraction.
Le pré-traitement par ultrasons avant hydrodistillation augmente le rendement en huiles essentielles extraites et améliore le taux d'extraction – entraînant une procédure globale plus efficace.
Avantages de l'extraction par ultrasons et de l'hydrodistillation
- Vite & extraction efficace
- processus non thermique, doux
- extraits de haute qualité
- haut rendement
- spectre arôme
- Moins de matières premières
- Extraction vert
Sono-Clevenger avec sonde ultrasonique UP200S : Une installation d'hydrodistillation intensifiée par ultrasons pour une isolation très efficace de l'huile essentielle.
(©Rasouli et al. 2021)
Étude de cas : Hydrodistillation ultrasonique de l'huile essentielle de Satureja khuzistanica
Rasouli et al. (2021) ont étudié l'efficacité de l'extraction des huiles essentielles de la plante Satureja khuzistanica Jamzad en comparant l'hydrodistillation traditionnelle et la méthode Clevenger intensifiée par ultrasons (Sono-Clevenger). Ils ont comparé les deux techniques d'extraction, l'hydrodistillation et le Clevenger ultrasonique, en ce qui concerne le temps d'isolement, le rendement et la qualité des huiles essentielles obtenues. Les résultats montrent que si le profil chimique et les propriétés biologiques des huiles essentielles obtenues sont tous deux de qualité comparable, la méthode d'extraction par ultrasons améliore le rendement de l'isolement de l'huile essentielle jusqu'à 40 %. Les images de la micrographie électronique à balayage (MEB) des feuilles de Satureja traitées révèlent une perturbation plus efficace des parois cellulaires de la plante par l'ultrason. En conséquence, une amélioration de l'extraction de l'huile essentielle d'environ 40 % par rapport à la méthode d'hydrodistillation conventionnelle a été observée.
Cette étude souligne les résultats de nombreux autres rapports, dans lesquels le prétraitement ultrasonique avant l'hydrodistillation a été étudié et a montré que l'ultrasonication par sonde améliore à la fois la qualité et la quantité de l'huile essentielle tout en réduisant le temps d'extraction et la consommation d'énergie par rapport aux techniques conventionnelles.
Comparaison du rendement d'extraction en fonction du temps pour l'hydrodistillation et la méthode Sono-Clevenger : L'extraction d'huile essentielle par ultrasons à l'aide d'un Sono-Clevenger permet d'obtenir des rendements plus élevés d'huile essentielle dans un temps d'extraction plus court.
(©Rasouli et al. 2021)
MEB des feuilles de Satureja : (A) après hydrodistillation pendant 4 heures, et (B) après traitement au sono-clevenger pendant 60 minutes. Le traitement Sono-Clevenger plus court permet une meilleure désintégration des cellules et donc des rendements en huile essentielle plus élevés.
(©Rasouli et al. 2021)
Extracteurs ultrasoniques pour l'hydrodistillation des huiles essentielles
Les extracteurs d'ultrasons de puissance Hielscher sont disponibles pour les installations de paillasse, les installations pilotes et les installations industrielles. Nos processeurs à ultrasons sont contrôlables avec précision et peuvent délivrer des amplitudes très élevées (jusqu'à 200µm pour les ultrasons industriels, amplitudes plus élevées sur demande) pour générer un champ acoustique intense. Tous nos appareils à ultrasons, du laboratoire aux systèmes industriels, sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des conditions difficiles.
Les extracteurs ultrasoniques Hielscher peuvent être testés à l'échelle du banc d'essai pour les tests de faisabilité et l'optimisation des processus. Par la suite, tous les résultats du processus peuvent être mis à l'échelle de façon linéaire jusqu'à la production industrielle complète. Notre longue expérience dans le domaine du traitement par ultrasons nous permet de conseiller et d'assister nos clients depuis les premiers essais et l'optimisation du processus jusqu'à la mise en œuvre d'une opération industrielle hautement efficace.
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Nos systèmes ultrasoniques robustes peuvent être utilisés pour la sonication par lots et en ligne. Pour la production d'huiles essentielles, une combinaison synergique peut être obtenue en installant une sonde ultrasonique dans une installation d'hydrodistillation conventionnelle. L'adaptation des lignes de production existantes est également facile à réaliser.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:
| lot Volume | Débit | Appareils recommandés | 1 à 500 ml | 10 à 200 ml / min | UP100H |
|---|---|---|
| 10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
| n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
Contactez nous! / Demandez nous!
Ultrasonateur UP200Ht avec extracteur Soxhlet.
(©Djenni, et al., 2012)
Littérature / Références
- 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.
Qu'il faut savoir
Extrait avec succès par Ultrasons
Le matériel végétal suivants et les tissus végétaux sont prouvés que l'extraction par ultrasons atteint des résultats d'extraction améliorées. L'extraction par ultrasons donne des rendements plus élevés, des extraits de haute qualité avec un composé complet / profil aromatique et spectre de saveur.
Herbes & feuilles: menthe verte, menthe, stevia, cannabis, Le houblon, le basilic, le thym, le poivre, l'origan, la sauge, le fenouil, le persil, l'eucalyptus, olive, thé vert, thé noir, boldo, Le tabac, la menthe poivrée, la marjolaine, etc.
Fleurs (attars): Rose, lavande, ylang-ylang, de jasmin, de patchouli, de tubéreuse, mimosas, etc.
Fruits: orange, citron, citron, framboise, tomate, pomme, myrtille, airelle, mandarine, les raisins, olive, Jujube, etc.
Épices: Safran, coriandre, gingembre, Le laurier, la muscade, la cannelle, le curcuma, la vanille, le clou de girofle, la muscade, le macis, etc.
Bois & écorce: bois d'agar, chêne, bois de santal, bois de cèdre, le pin, l'écorce de cannelle, etc.
Les extraits végétaux contiennent toute la gamme des composés actifs et de composés phytochimiques de sorte que l'huile essentielle contient des lipides, les terpènes et les terpénoïdes, des phénols, des alcaloïdes, des flavonoïdes, des composés carbonyliques, des antioxydants, des vitamines, des pigments, des enzymes, etc.
Des exemples de molécules extraites: monoterpènes et monoterpeneoids, sesquiterpènes, le limonène, la carvone, a-pinène, le limonène, le 1,8-cinéole, le cis-ocimène, trans-ocimène, le 3-octanone, le bêta-carotène, α-pinène, le camphre, le camphène , β-pinène, le myrcène, le para-cymène, le limonène, le γ-terpinène, le linalol, le myrténol, le myrténal, carvone.
Les huiles essentielles montrent effets antioxydants et antimicrobiens, ce qui les rend en plus de leur arôme et la saveur d'un ingrédient bénéfique pour les produits alimentaires et médicaux, aussi.
Les huiles essentielles, par exemple, de lavande, de menthe poivrée et d'eucalyptus, sont le plus souvent produit par distillation à la vapeur. matières premières végétales telles que les fleurs, les feuilles, le bois, l'écorce, les racines, les graines et les pelures sont extraits par distillation de l'eau et on fait bouillir pendant trempé avec de l'eau dans un appareil de distillation.
hydrodistillation
Pour hydrodistillation, deux formes sont différenciées: la distillation de l'eau et distillation à la vapeur.
Pour l'isolement des huiles essentielles par distillation de l'eau, le matériel végétal est placé dans de l'eau à bouillir. Par distillation à la vapeur, la vapeur est injectée dans / à travers la matière végétale. En raison de l'influence de l'eau chaude et de la vapeur, l'huile essentielle est libérée par les glandes de lipides dans le tissu végétal. La vapeur d'eau d'évaporation transporte l'huile hors de la matière végétale. Ensuite, la vapeur est condensée dans un condenseur par refroidissement indirect avec de l'eau. Dans le condenseur, l'extrait distillé (huile essentielle) circule dans un séparateur, où l'huile se sépare automatiquement de l'eau distillé.
extraction par solvant
En raison de l'efficacité, les huiles les plus essentielles, par exemple pour l'industrie des parfums et des parfums, sont produits par extraction par solvant, en utilisant des solvants volatils, par exemple l'hexane, le chlorure de di-méthylène ou l'éther de pétrole. Les principaux avantages de l'extraction par solvant est au-dessus de distillation qu'une température uniforme (env. 50 ° C) peut être maintenue pendant le processus. Etant donné que des températures plus élevées conduisent à la dégradation de composés d'huiles essentielles, des huiles extraites aux solvants sont caractérisés par une exhaustivité plus élevé de leurs composés volatils et une odeur plus naturelle.
CO supercritiques2 est avéré être un excellent solvant organique, et est donc aussi une autre variante de procédé pour l'extraction des huiles aromatiques à partir de plantes.
Les solvants d'extraction
Des solvants organiques classiques d'extraction comprennent le benzène, le toluène, l'hexane, l'éther de diméthyle, l'éther de pétrole, le méthylène-di-chlorure, l'acétate d'éthyle, l'acétone, ou de l'éthanol.
L'éthanol est utilisé pour extraire les composés aromatiques à partir de matières végétales sèches, ainsi que des huiles ou des bétons impures qui ont été produites d'une part par extraction par solvant organique, expression, ou enfluerage. extraits d'éthanol à partir de matières sèches sont connus sous le nom Teintures. Teintures ne doivent pas être confondus avec des lavages à l'éthanol, qui sont effectués pour purifier les huiles et Bétons pour obtenir des absolus.
Lorsque l'eau est utilisée comme fluide d'extraction, le procédé est appelé une extraction sans solvant.
huiles essentielles
Les huiles essentielles sont produites par extraction de la matière végétale. Comme matière première différents types de parties de la plante peut être utilisée, par exemple, des fleurs (par exemple, rose, jasmin, Carnation, clou de girofle, le mimosa, le romarin, lavandes), les feuilles (par exemple la menthe, Ocimum spp., lemongrass, jamrosa), les feuilles et les tiges (par exemple Géranium, patchouli, petitgrain, verveine, cannelle), l'écorce ( par exemple, la cannelle, cassia, canella), le bois (par exemple, de cèdre, de santal, de pin), les racines (par exemple, l'angélique, de sassafras, de vétiver, saussurea, valériane), les graines (par exemple, le fenouil, la coriandre, le carvi, aneth, la muscade), les fruits (bergamote, orange, citron, genièvre), rhizome (par exemple, le gingembre, Calamus, curcuma, orris) et les gencives ou oléorésines exsudats (par exemple, le baume du Pérou, Myroxylon balsamum, styrax, myrrhe, benjoin).
Béton et absolu
Le béton est le terme pour la masse semi-solide qui est obtenu par extraction par solvant de la matière végétale fraîche. Le matériau de plante fraîche est principalement soumis à une extraction en utilisant des solvants non polaires tels le benzène, le toluène, l'hexane, l'éther de pétrole. Après le processus d'extraction, le solvant est évaporé, de telle sorte qu'un résidu semi-solide d'huiles essentielles, les cires, les résines et autres produits phytochimiques lipophiles (hydrophobes) sont obtenus. Ceci est le béton que l'on appelle.
Pour obtenir une absolue de béton, le béton doit être traité avec un alcool fort dans lequel certains constituants peuvent être dissous.
La production par ultrasons de nanoémulsions
L'intérêt à utiliser nanoémulsions les systèmes de distribution pour les ingrédients alimentaires lipophiles, en tant que support pour les composés actifs dans l'industrie pharmaceutique et cosmétique est en forte croissance en raison de leur grande clarté optique, une bonne stabilité physique, et sa capacité à augmenter la biodisponibilité. Ultrasonique émulsification prépare micro stable et nano-émulsions qui garantissent les meilleurs résultats dans le produit final.
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