આવશ્યક તેલનું અલ્ટ્રાસોનિક હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન

The conventional extraction of essential oils is expensive and time-consuming. Sonication intensifies extraction resulting in higher yields and superior extract quality. Hielscher sonicators can be easily integrated into any conventional hydrodistillation system to improve efficiency and quality.

બોટનિકલ અર્કનું હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન

Hydrodistillation is a variant of steam distillation used to extract phytochemical compounds from plant material. In this process, plant material is soaked in water for a specified period, after which the mixture is heated. Volatile compounds are carried away in the steam, then condensed and separated. Steam distillation, its parent technique, is commonly used to isolate essential oils – for example, in perfumery.
Since many organic compounds tend to decompose at high sustained temperatures, the industry is increasingly adopting mild alternative processing methods that yield better results (superior quality and higher yields). Ultrasonic hydrodistillation is one such technique – a mild yet highly efficient extraction method used to produce high-quality essential oils.

પરંપરાગત આવશ્યક તેલ ઉત્પાદનના પડકારો

વરાળ નિસ્યંદન જેવી પરંપરાગત નિષ્કર્ષણ તકનીકોની સમસ્યાઓ વનસ્પતિ સામગ્રીના વિશાળ જથ્થામાં રહે છે, જે વ્યાવસાયિક ધોરણે આવશ્યક તેલ કાઢવા માટે જરૂરી છે. 1kg (2 1/4 lb) માટે લવંડર આવશ્યક તેલ આશરે છે. 200kg (440lb) તાજા લવંડર ફૂલોની જરૂર છે, 1kg ગુલાબના તેલ માટે 2.5 થી 5 મેટ્રિક ટન ગુલાબની પાંખડીઓની જરૂર પડે છે અને 1kg લીંબુના આવશ્યક તેલ માટે કાચો માલ આશરે હોય છે. 3,000 લીંબુ. તેથી આવશ્યક તેલ ખૂબ મોંઘા છે. ગુલાબની સંપૂર્ણ કિંમત લગભગ 20.000€ (21,000US$) પ્રતિ લિટર છે.
નફાકારકતા અને સ્પર્ધાત્મકતા અંગેના ફાયદા મેળવવા માટે, આવશ્યક તેલના ઉત્પાદકોએ વધુ કાર્યક્ષમ અને અસરકારક નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓનો અમલ કરવો જોઈએ. અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણની અનુકૂળ તકનીકો હળવા નિષ્કર્ષણની સ્થિતિ, ઉચ્ચ ઉપજ અને શ્રેષ્ઠ અર્ક ગુણવત્તા દ્વારા પરંપરાગત નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે. Sonication દ્રાવક આધારિત અથવા દ્રાવક મુક્ત નિષ્કર્ષણ તરીકે કરી શકાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ-પ્રકારના નિષ્કર્ષણને સામાન્ય નિષ્કર્ષણ સિસ્ટમો સાથે જોડી શકાય છે, દા.ત. સોક્સહલેટ નિષ્કર્ષણ, ક્લેવેન્જર નિષ્કર્ષણ, સુપરક્રિટિકલ CO2, ઓહમિક હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન વગેરે. (સોનો-સોક્સહલેટ, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, અલ્ટ્રાસોનિક ઓહમિક હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન).

અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ UP200S સાથે સોનો-ક્લેવેન્જર: અત્યંત કાર્યક્ષમ આવશ્યક તેલ અલગતા માટે અલ્ટ્રાસોનિકલી ઇન્ટેન્સિફાઇડ હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન સેટઅપ.
(©રસૌલી એટ અલ. 2021)

અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ અને હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશનના ફાયદા

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત નિષ્કર્ષણ અને હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન એ આજકાલ ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા આવશ્યક તેલના ઉત્પાદન માટે સ્થાપિત તકનીક છે. બિન-થર્મલ નિષ્કર્ષણ તકનીક તરીકે, સોનિકેશન ગરમી-સંવેદનશીલ સંયોજનોના થર્મલ ડિગ્રેડેશનને ટાળે છે. તે જ સમયે, નિષ્કર્ષણ કાર્યક્ષમતા અને આવશ્યક તેલની ઉપજમાં નોંધપાત્ર વધારો થયો છે. નીચે અલ્ટ્રાસોનિક આવશ્યક તેલ ઉત્પાદનના ફાયદા શોધો:

1. ઉચ્ચ નિષ્કર્ષણ કાર્યક્ષમતા: પ્રોબ-ટાઇપ અલ્ટ્રાસોનિકેટરનો ઉપયોગ કરીને નિષ્કર્ષણ પરંપરાગત નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓ, જેમ કે વરાળ નિસ્યંદન અથવા દ્રાવક નિષ્કર્ષણ કરતાં આવશ્યક તેલને વધુ અસરકારક રીતે અલગ કરે છે. આનું કારણ એ છે કે ધ્વનિ તરંગો પ્રવાહીમાં પોલાણનું કારણ બને છે, જે છોડની સામગ્રીની કોશિકા દિવાલોને તોડવામાં અને આવશ્યક તેલને વધુ છોડવામાં મદદ કરે છે.
2. ટૂંકો નિષ્કર્ષણ સમય: અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ પરંપરાગત નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓ કરતાં ખૂબ ઓછા સમયમાં આવશ્યક તેલ કાઢી શકે છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી તીવ્ર ધ્વનિ તરંગો છોડની સામગ્રીમાં વધુ ઊંડે પ્રવેશ કરી શકે છે, શ્રેષ્ઠ કાર્યક્ષમતા સાથે છોડના કોષને વિક્ષેપિત કરી શકે છે અને તેથી આવશ્યક તેલને વધુ ઝડપથી અને અસરકારક રીતે બહાર કાઢી શકે છે.
3. આવશ્યક તેલની ગુણવત્તામાં સુધારો: અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ એ બિન-થર્મલ સારવાર હોવાથી, તે પરંપરાગત નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓ કરતાં ઉચ્ચ ગુણવત્તા સાથે આવશ્યક તેલનું ઉત્પાદન કરી શકે છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો નાજુક સુગંધિત સંયોજનોને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના આવશ્યક તેલને બહાર કાઢી શકે છે જે તેલને તેની સુગંધ અને રોગનિવારક ગુણધર્મો આપે છે.
4. ઊર્જા-કાર્યક્ષમ: અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ એ પરંપરાગત પદ્ધતિઓની તુલનામાં નિષ્કર્ષણની ઊર્જા-કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે, જેમ કે સ્ટીમ ડિસ્ટિલેશન, જેને વરાળ ઉત્પન્ન કરવા માટે ઘણી ઊર્જાની જરૂર પડે છે.
5. પર્યાવરણને અનુકૂળ: અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ નિષ્કર્ષણની સ્વચ્છ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ તકનીક છે, કારણ કે તેમાં દ્રાવક અથવા રસાયણોના ઉપયોગની જરૂર નથી, જે પર્યાવરણ માટે હાનિકારક હોઈ શકે છે.

આ ફાયદાઓ અલ્ટ્રાસોનિક આવશ્યક તેલના નિષ્કર્ષણને અત્યંત કાર્યક્ષમ અને આર્થિક તકનીકમાં ફેરવે છે જે પરંપરાગત નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓ પર ઘણા ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ માટે શ્રેષ્ઠ નિષ્કર્ષણ ઉપજ પેદા કરવા માટે માત્ર ખૂબ જ ટૂંકા સમયની જરૂર છે. સુપરક્રિટિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (sCO2), અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત નિષ્કર્ષણ (UAE), સુપરક્રિટિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ નિષ્કર્ષણ પ્રેશર સ્વિંગ ટેકનિક (SCE-PST) અને સોક્સહલેટ નિષ્કર્ષણ સાથેની સરખામણી દર્શાવે છે કે UAE સૌથી કાર્યક્ષમ અને ઝડપી નિષ્કર્ષણ તકનીક છે.

અલ્ટ્રાસોનિક આવશ્યક તેલ નિષ્કર્ષણનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત

અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ ઉચ્ચ નિષ્કર્ષણ ઉપજ આપવા અને ઊર્જા વપરાશ ઘટાડવા માટે સાબિત થયું છે. અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત એ અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ બબલ ઇમ્પ્લોશન છે. અલ્ટ્રાસોનિક / એકોસ્ટિક પોલાણ પ્રવાહી માઇક્રો-જેટ્સ બનાવે છે જે છોડની પેશીઓમાં લિપિડ ધરાવતી ગ્રંથીઓનો નાશ કરે છે. આમ, સેલ અને દ્રાવક વચ્ચે સામૂહિક સ્થાનાંતરણમાં સુધારો થાય છે અને આવશ્યક તેલ મુક્ત થાય છે. આજના આધુનિક અલ્ટ્રાસોનિક એક્સટ્રેક્ટર્સનો મુખ્ય ફાયદો ઓપરેટિંગ પરિમાણો (દા.ત. અલ્ટ્રાસોનિક તીવ્રતા, તાપમાન, સારવારનો સમય, દબાણ, રીટેન્શન સમય વગેરે) પર ચોક્કસ નિયંત્રણ છે. આવશ્યક તેલની વધેલી ઉપજ તેમજ ઓછી થર્મલ ડિગ્રેડેશન, ઉચ્ચ ગુણવત્તા અને સારી સુગંધ અને સ્વાદની પ્રોફાઇલ વૈજ્ઞાનિક રીતે સાબિત થાય છે. (પોર્ટો એટ અલ. 2009; અસફૉ એટ અલ. 2005).
જ્યારે અન્ય આધુનિક નિષ્કર્ષણ તકનીકો ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધીના સ્કેલ-અપ માટે માત્ર મર્યાદિત ક્ષમતા પ્રદાન કરે છે, ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણને ઔદ્યોગિક સ્તર સુધી વધારવાની ક્ષમતા પહેલેથી જ સાબિત થઈ છે. દાખલા તરીકે, પરંપરાગત નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓની તુલનામાં જાપાનીઝ સાઇટ્રસમાંથી આવશ્યક તેલના નિષ્કર્ષણની ઉપજમાં 44% વધારો થયો હતો. (મેસન એટ અલ. 2011).

આવશ્યક તેલના નિષ્કર્ષણ માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રીટ્રીટમેન્ટ

છોડની સામગ્રીમાંથી આવશ્યક તેલના અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ માટે (દા.ત. લવંડિન, ઋષિ, સાઇટ્રસ વગેરે), પ્રોબ-ટાઇપ સોનિકેશન સિસ્ટમ જેમ કે UIP2000hdT નો ઉપયોગ બેન્ચ-ટોપ, પાયલોટ અને પ્રોડક્શન સ્કેલ પર નિષ્કર્ષણ માટે કરી શકાય છે. નિષ્કર્ષણ સિસ્ટમ બેચ અથવા ઇનલાઇન સિસ્ટમ તરીકે સેટઅપ કરી શકાય છે.
અલ્ટ્રાસોનિક બેચના નિષ્કર્ષણ માટે, આસપાસના ઠંડા પાણીના સ્નાન સાથેના કન્ટેનરની ભલામણ કરવામાં આવે છે. પાણીના સ્નાનથી તાપમાનમાં અનિચ્છનીય વધારો અને પરિણામી અધોગતિ ટાળી શકાય છે. લવંડિન આવશ્યક તેલના નિષ્કર્ષણ માટે, લવંડરના ફૂલોને 30 મિનિટના નિષ્કર્ષણ સમય માટે 2L નિસ્યંદિત પાણી સાથે કાઢવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક કંપનવિસ્તાર 60% પર સેટ છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રીટ્રીટમેન્ટ પછી, લવંડર ફૂલ દૂર કરવામાં આવે છે, અને આવશ્યક તેલ કાઢવા માટે પરંપરાગત વરાળ નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે.
ઇનલાઇન નિષ્કર્ષણ સેટઅપ માટે, અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર સોનોટ્રોડ અને ફ્લો સેલથી સજ્જ છે. ઠંડકના હેતુ માટે, ફ્લો સેલ રિએક્ટર કૂલિંગ જેકેટથી સજ્જ છે. અલ્ટ્રાસોનિક પૂર્વ-સારવાર માટે, મેસેરેટેડ પ્લાન્ટ સામગ્રીને પ્રતિક્રિયા ચેમ્બર દ્વારા પમ્પ કરવામાં આવે છે જ્યાં તે સીધી કેવિટેશનલ ઝોનમાંથી પસાર થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઇનલાઇન નિષ્કર્ષણનો વધુ ફાયદો એ છે કે નિષ્કર્ષણ અસર વધારવા માટે પ્રતિક્રિયા ચેમ્બર પર દબાણ લાવવાની શક્યતા છે.
હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન પહેલાં અલ્ટ્રાસોનિક પ્રી-ટ્રીટમેન્ટ એક્સટ્રેક્ટેડ આવશ્યક તેલની ઉપજમાં વધારો કરે છે અને નિષ્કર્ષણ દરમાં સુધારો કરે છે – એકંદરે વધુ કાર્યક્ષમ પ્રક્રિયામાં પરિણમે છે.

કેસ સ્ટડી: સતુરેજા ખુઝિસ્તાનિકામાંથી આવશ્યક તેલનું અલ્ટ્રાસોનિક હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન

રસૌલી એટ અલ. (2021) પરંપરાગત હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન અને અલ્ટ્રાસોનિકલી ઇન્ટેન્સિફાઇડ ક્લેવેન્જર (સોનો-ક્લીવેન્જર) ની તુલના કરીને હર્બલ પ્લાન્ટ સતુરેજા ખુઝિસ્તાનિકા જમઝાદમાંથી આવશ્યક તેલ માટે નિષ્કર્ષણ કાર્યક્ષમતાની તપાસ કરી. તેઓએ મેળવેલા આવશ્યક તેલની અલગતા સમય, ઉપજ અને ગુણવત્તાના સંદર્ભમાં બંને નિષ્કર્ષણ તકનીકો, હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન અને અલ્ટ્રાસોનિક ક્લેવેન્જરની તુલના કરી. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે પ્રાપ્ત આવશ્યક તેલ રાસાયણિક પ્રોફાઇલ અને જૈવિક ગુણધર્મો બંને તુલનાત્મક ઉચ્ચ ગુણવત્તાના છે, ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિ આવશ્યક તેલ અલગતા ઉપજ કાર્યક્ષમતાને 40% સુધી વધારે છે. સારવાર કરાયેલા સતુરેજા પાંદડાઓની સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોગ્રાફ (SEM) છબીઓ અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા છોડની કોશિકાઓની દિવાલોમાં વધુ કાર્યક્ષમ વિક્ષેપ દર્શાવે છે. પરિણામે, પરંપરાગત હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન પદ્ધતિની તુલનામાં આવશ્યક તેલના નિષ્કર્ષણમાં લગભગ 40% નો વધારો જોવા મળ્યો હતો.
આ અભ્યાસ અન્ય ઘણા અહેવાલોના પરિણામોને રેખાંકિત કરે છે, જેમાં હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન પહેલાં અલ્ટ્રાસોનિક પ્રીટ્રીટમેન્ટની તપાસ કરવામાં આવી છે અને દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે પ્રોબ-ટાઇપ અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ આવશ્યક તેલની ગુણવત્તા અને જથ્થા બંનેમાં વધારો કરે છે જ્યારે પરંપરાગત તકનીકોની તુલનામાં નિષ્કર્ષણનો સમય અને ઊર્જા વપરાશ ઘટાડે છે. .
 

હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન અને સોનો-ક્લીવેન્જર પદ્ધતિ માટે સમયના કાર્ય તરીકે નિષ્કર્ષણ ઉપજની સરખામણી: સોનો-ક્લીવેન્જર સાથે અલ્ટ્રાસોનિક આવશ્યક તેલનું નિષ્કર્ષણ ટૂંકા નિષ્કર્ષણ સમયમાં આવશ્યક તેલની ઉચ્ચ ઉપજ આપે છે.
(©રસૌલી એટ અલ. 2021)

સતુરજાના SEM છોડે છે: (A) 4 કલાક માટે હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન પછી, અને (B) 60 મિનિટ માટે સોનો-ક્લીવેન્જર સારવાર પછી. ટૂંકી સોનો-ક્લીવેન્જર ટ્રીટમેન્ટ કોષને વધુ સારી રીતે વિક્ષેપ આપે છે અને ત્યાંથી આવશ્યક તેલની ઊંચી ઉપજ આપે છે.
(©રસૌલી એટ અલ. 2021)

આવશ્યક તેલ હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન માટે અલ્ટ્રાસોનિક એક્સટ્રેક્ટર

Hielscher પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ એક્સ્ટ્રેક્ટર્સ બેન્ચ-ટોપ, પાયલોટ પ્લાન્ટ અને ઔદ્યોગિક પ્લાન્ટ સ્થાપન માટે ઉપલબ્ધ છે. અમારા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ ચોક્કસપણે નિયંત્રણક્ષમ છે અને તીવ્ર એકોસ્ટિક ફિલ્ડ જનરેટ કરવા માટે ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર (ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ માટે 200µm સુધી, વિનંતી પર ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર) પહોંચાડી શકે છે. અમારા તમામ અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો, લેબથી લઈને ઔદ્યોગિક સિસ્ટમો સુધી, ભારે ફરજ શરતો હેઠળ 24/7 કામગીરી માટે બનાવવામાં આવ્યા છે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક એક્સટ્રેક્ટર્સ શક્યતા પરીક્ષણો અને પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશન માટે બેન્ચ-ટોપ સ્કેલ પર પરીક્ષણ કરી શકાય છે. પછીથી, પ્રક્રિયાના તમામ પરિણામોને સંપૂર્ણ ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધી રેખીય રીતે માપી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસિંગમાં અમારો લાંબો અનુભવ અમને અમારા ક્લાયન્ટ્સને પ્રથમ પરીક્ષણો અને પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશનથી લઈને અત્યંત કાર્યક્ષમ ઔદ્યોગિક ઑપરેશનના અમલીકરણ માટે સલાહ અને સહાય કરવા સક્ષમ બનાવે છે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સની ક્ષમતાઓનું અન્વેષણ કરવા માટે અમારી ટેકનિકલ લેબ અને પ્રોસેસ સેન્ટરની મુલાકાત લો!
અમારી મજબૂત અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સનો ઉપયોગ બેચ અને ઇનલાઇન સોનિકેશન માટે થઈ શકે છે. આવશ્યક તેલના ઉત્પાદન માટે, પરંપરાગત હાઇડ્રોડિસ્ટિલેશન સેટઅપમાં અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ ઇન્સ્ટોલ કરીને સિનર્જિસ્ટિક સંયોજન પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. હાલની પ્રોડક્શન લાઇનનું રિટ્રોફિટિંગ પણ સરળતાથી કરી શકાય છે.

નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રોસેસિંગ ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: