מיצוי טורבו של קינמון באמצעות אולטרסאונד

מיצוי מסורתי של קינמון גוזל זמן ויעילותו נמוכה יחסית. מיצוי אולטרסוני הוא טכניקה פשוטה אך יעילה ביותר להעצמת תהליכים, המקצרת את זמן המיצוי לשעות ספורות ובמקביל מגדילה את תפוקת השמן האתרי של הקינמון.

מיצוי משופר של קינמון באמצעות אולטרסאונד

המיצוי המסורתי של שמן אתרי מקינמון מתבצע באמצעות זיקוק בקיטור של קליפת קינמון ועלי קינמון. הזיקוק המסורתי בקיטור איטי מאוד וגוזל זמן רב. ככל שתפוקת שמן הקינמון המבוקשת גבוהה יותר, כך מתארך הזיקוק בקיטור. משמעות הדבר היא שזיקוק בקיטור של דוד מלא בעלי קינמון עשוי להימשך עד 12 שעות, ואילו זיקוק בקיטור של קליפת קינמון עשוי להימשך יותר מ-24 שעות. מיצוי אולטרסוני מפרק את מבני התאים של קליפת הקינמון והעלים, כך ששמן הקינמון משתחרר במהירות ובמלואו. מיצוי אולטרסוני מאיץ משמעותית את הזיקוק בקיטור, מקצר את זמן העיבוד מיום שלם לשעות ספורות ובמקביל מגדיל את תפוקת השמן האתרי של הקינמון.
מיצוי אולטרסוני משחרר את מלוא קשת התרכובות הארומטיות של הקינמון, ובהן צינמאלדהיד, לינלול, אאוגנול וחומצה צינמית. הפקת תמצית המכילה את מלוא קשת התרכובות האיכותיות של השמן האתרי היא הסיבה לאיכותם המעולה של שמני קינמון המופקים במיצוי אולטרסוני. בפרט, צינמאלדהיד, התרכובת האורגנית העיקרית, מעניק לקינמון את טעמו וריחו האופייניים. מכיוון שסוניקציה היא טיפול שאינו תרמי, נמנע פירוק תרמי של תרכובות השמן האתרי. לכן, מיצוי אולטרסוני מפיק שמנים אתריים בעלי ארומה עזה, העומדים בתקני האיכות הגבוהים ביותר.
ניתן ליישם מיצוי אולטרסוני על קליפת קינמון ועלי קינמון. לשמן מעלי קינמון ריח חזק יותר בהשוואה לשמן מהקליפה. עלי קינמון מכילים כמויות גדולות של אאוגנול.

מדוע מיצוי אולטרסוני עולה ביעילותו על זיקוק בקיטור

כדי להפיק שמנים אתריים מקינמון באמצעות זיקוק בקיטור, יש לשחרר תחילה את השמנים האתריים מהמטריצה הצמחית (כלומר, מתאי הצמח שבעלי הקינמון או בקליפתו). בזיקוק בקיטור, החומר הצמחי של הקינמון מורתח בדוודים למשך עד 24 שעות. חום לבדו אינו יעיל במיוחד בפירוק מבני התאים ובשחרור השמנים האתריים הכלואים בהם. ככלל, הרתחה אינה משחררת לחלוטין את השמנים האתריים הכלואים, וכמויות גדולות יותר של שמנים שיוריים מתבזבזות משום שלא מוצו. לאחר תהליך המיצוי בחום מתבצע הזיקוק בקיטור. לשם כך מרתיחים תערובת של שני נוזלים שאינם מתערבבים זה בזה (כלומר, שמן אתרי ומים). התערובת מתחילה לרתוח כאשר לחץ האדים המשולב שלהם שווה ל־760 mm Hg. לפיכך, נקודת הרתיחה של תערובת מים ושמן אתרי תהיה נמוכה מנקודת הרתיחה של כל אחד מהרכיבים בנפרד. לזיקוק המסורתי במים יש חסרונות משמעותיים: תהליך ההרתחה והאידוי הממושך דורש זמן רב ואנרגיה רבה.
מיצוי אולטרסוני פועל באמצעות קוויטציה אקוסטית. קוויטציה אקוסטית מתרחשת כאשר גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מועברים לתוך נוזל (למשל, תרחיף המורכב מחומר צמחי בממס או במים). הגלים האולטרסוניים מתפשטים בנוזל ויוצרים מחזורים מתחלפים של לחץ גבוה / לחץ נמוך. במהלך מחזורי הלחץ הנמוך נוצרות בועות ריק זעירות (המכונות בועות קוויטציה), הגדלות לאורך כמה מחזורי לחץ. כשהבועות מגיעות לגודל מסוים ואינן יכולות לספוג עוד אנרגיה, הן קורסות פנימה בעוצמה במהלך מחזור של לחץ גבוה. קריסת הבועות מאופיינת בכוחות קוויטציה עזים, ובהם מערבולות זעירות וזרמי נוזל במהירויות של עד 100m/s. השפעות הגזירה האלה הנובעות מקוויטציה מוכרות גם כהשפעות סונומכניות. מיצוי אולטרסוני של מולקולות פעילות ביולוגית נגרם בעיקר מהשפעות סונומכניות: הערבול והמערבולות מפרקים תאים ומקדמים מעבר מסה. משמעות הדבר היא שמולקולות פעילות ביולוגית, כגון שמנים אתריים, פוליפנולים, טרפנים וקנבינואידים, משתחררות ממטריצת תאי הצמח אל הממס.
היתרון של מיצוי אולטרסוני על פני שיטת ההרתחה והזיקוק בקיטור המסורתית הוא מיצוי רב יותר יחסית של שמנים אתריים ותרכובות אורגניות אחרות בזמן קצר משמעותית. תפוקות המיצוי הגבוהות יותר מונעות בזבוז של חומר גלם והופכות את המיצוי לרווחי יותר. החיסכון בזמן ובאנרגיה המושג באמצעות מיצוי אולטרסוני הוא משמעותי. כשיטה שאינה תרמית, מיצוי אולטרסוני מונע התפרקות הנגרמת מחום של התרכובות הרגישות לחום.
הטמפרטורות המתונות וזמן העיבוד הקצר הם יתרונות מרכזיים של מיצוי אולטרסוני, שכן נמנע פירוק תרמי של התמציות הטבעיות. הדבר הופך את המיצוי האולטרסוני ליעיל ביותר, ולכן סוניקציה מניבה שמנים אתריים באיכות מעולה.

מקרי בוחן של מיצוי אולטרסוני של קינמון

המחקר והתעשייה כבר אימצו את המיצוי האולטרסוני להפקת שמנים אתריים באיכות גבוהה מחומרי גלם צמחיים רבים, ובהם עלי קינמון וקליפת קינמון.

זיקוק אולטרסוני במים של קינמון

Chen et al. (2020) חקרו הידרודיסטילציה המוגברת באמצעות אולטרסאונד והסיקו שסוניקציה שיפרה את תהליך הזיקוק במידה ניכרת. זיקוק בקיטור בסיוע אולטרסאונד הניב תפוקות גבוהות יותר של שמן קינמון תוך קיצור דרסטי של זמן המיצוי. באמצעות אנליזת GC-MS הם הראו שהידרודיסטילציה בסיוע אולטרסאונד הניבה שמן אתרי בעל ערך רב יותר, עם תכולה גבוהה של התרכובת העיקרית trans-cinnamaldehyde, בהשוואה להידרודיסטילציה המסורתית. מיקרוגרף אלקטרונים סורק (SEM) אישר את יעילות הסוניקציה למיצוי שמן קינמון. נוסף על כך, ניתוח צריכת החשמל ופליטת CO2 מראה שתהליך ההידרודיסטילציה בסיוע אולטרסאונד הוא הגישה החסכונית והידידותית יותר לסביבה. לפיכך, Chen ועמיתיו מסכמים שהידרודיסטילציה בסיוע אולטרסאונד היא טכנולוגיה יעילה וירוקה למיצוי שמן אתרי מקינמון, שיכולה לשפר את הכמות והאיכות של שמני הקינמון.

מיצוי אולטרסוני של קינמון באמצעות ממסים אאוטקטיים עמוקים

הוכח שמיצוי אולטרסוני באמצעות ממסים אאוטקטיים עמוקים הוא טכניקה עדיפה להשגת תפוקות גבוהות של trans-cinnamaldehyde וקומרין מקליפת קינמון.
השיטה בתנאים מיטביים הניבה תכולה גבוהה יותר של trans-cinnamaldehyde וקומרין מזו שהתקבלה בשיטות קונבנציונליות (מיצוי ברפלוקס, מיצוי בסוקסלט והשריה) באמצעות ממסים אורגניים (אתנול 96%). נמצא שהתנאים המיטביים למיצוי אולטרסוני באמצעות ממסים אאוטקטיים עמוקים טבעיים הם כולין כלוריד–חומצה ציטרית (ChCl-CA) בתוספת 40% מים וזמן מיצוי של 30 דקות, למיצוי trans-cinnamaldehyde (9.24 ± 0.01 mg/g) וקומרין (11.6 ± 0.11 mg/g) מקליפת קינמון (C. burmannii Blume). יש לערוך מחקר נוסף לבחינת הפעילות הפרמקולוגית של trans-cinnamaldehyde וקומרין מקליפת קינמון. (ראו Aryati et al. 2020)

תמונת פני השטח של קליפת קינמון באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת בהגדלה של 1000x; אבקה מיובשת (a); לאחר מיצוי בהשריה (b); לאחר מיצוי ברפלוקס (c); לאחר מיצוי בסוקסלט (d); לאחר מיצוי באמצעות NADES-UAE ChCl-CA (e).
מחקר ותמונה מאת Aryati et al. 2020

מכשירי מיצוי אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים

מיצוי אולטרסוני הוא טכנולוגיית עיבוד אמינה, המקלה על ייצור שמנים אתריים באיכות גבוהה ומאיצה אותו. מגוון המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את כל הטווח, ממכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קומפקטיים ועד מערכות מיצוי תעשייתיות. כך אנו ב-Hielscher יכולים להציע לכם את המכשיר האולטרסוני המתאים ביותר לקיבולת העיבוד המתוכננת שלכם. הצוות שלנו, בעל הניסיון רב השנים, יסייע לכם החל מבדיקות היתכנות ואופטימיזציה של התהליך ועד להתקנת המערכת האולטרסונית שלכם בהיקף הייצור הסופי.
השטח הקטן שתופסים מכשירי המיצוי האולטרסוניים שלנו, לצד הגמישות באפשרויות התקנתם, מאפשרים להתקינם אפילו במתקני עיבוד בעלי שטח מצומצם. מעבדים אולטרסוניים מותקנים ברחבי העולם במתקנים לייצור מזון, תרופות ותוספי תזונה.

Hielscher Ultrasonics – ציוד מיצוי מתקדם

מגוון המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את כל הטווח של מכשירי מיצוי אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, מקנה מידה קטן ועד גדול. אביזרים נוספים מאפשרים להרכיב בקלות את תצורת המכשיר האולטרסוני המתאימה ביותר לתהליך המיצוי שלכם. המערך האולטרסוני המיטבי תלוי בקיבולת המתוכננת, בנפח, בחומר הגלם, בסוג התהליך – מנתי או בקו הייצור – ובלוח הזמנים.

עיבוד מנתי ועיבוד בקו הייצור

ניתן להשתמש במכשירי האולטרסאונד של Hielscher לעיבוד באצוות ולעיבוד רציף בזרימה. עיבוד אולטרסוני באצוות אידיאלי לבדיקת תהליכים, לאופטימיזציה ולייצור בהיקף קטן עד בינוני. לעיבוד כמויות גדולות של חומר צמחי (למשל עלי קינמון וקליפת קינמון), עיבוד בקו עשוי להיות כדאי יותר. עיבוד באצוות דורש אמנם מערך פשוט מאוד בלבד, אך הוא כרוך בהשקעה רבה יותר של זמן ועבודה. תהליך מיצוי רציף בקו דורש מערך מתוחכם – הכולל משאבה, צינורות גמישים או קשיחים ומכלים – אך הוא יעיל יותר, מהיר יותר ודורש פחות עבודה במידה ניכרת. ל-Hielscher Ultrasonics יש מערך המיצוי המתאים ביותר לנפח המיצוי וליעדי התהליך שלכם.

מערכות מיצוי אולטרסוניות לכל כושר ייצור

מגוון המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את כל קשת המעבדים האולטרסוניים, החל ממכשירי אולטרסאונד מעבדתיים קומפקטיים, דרך מערכות שולחניות ומערכות פיילוט ועד למעבדים אולטרסוניים תעשייתיים מלאים המסוגלים לעבד מטענים של משאיות לשעה. מגוון המוצרים המלא מאפשר לנו להציע לכם את מערכת המיצוי האולטרסונית המתאימה ביותר לחומר הגלם, לכושר העיבוד וליעדי הייצור שלכם.
מערכות אולטרסוניות שולחניות אידיאליות לבדיקות היתכנות ולאופטימיזציה של תהליכים. הגדלת קנה המידה באופן ליניארי על בסיס פרמטרי תהליך מבוססים מקלה מאוד על הגדלת כושר העיבוד מאצוות קטנות לייצור מסחרי מלא. ניתן להגדיל את קנה המידה באמצעות התקנת יחידת מיצוי אולטרסונית חזקה יותר או באמצעות שילוב כמה מכשירי אולטרסאונד במקביל. עם UIP16000, חברת Hielscher מציעה את מערכת המיצוי האולטרסונית החזקה ביותר בעולם.

משרעות הניתנות לבקרה מדויקת לתוצאות מיטביות

כל מכשירי האולטרסאונד של Hielscher ניתנים לבקרה מדויקת, ולכן הם כלי עבודה אמינים במערך הייצור. המשרעת היא אחד מפרמטרי התהליך המכריעים המשפיעים על היעילות והאפקטיביות של מיצוי אולטרסוני של שמנים אתריים מקינמון.
כל המעבדים של Hielscher Ultrasonics מאפשרים הגדרה מדויקת של המשרעת. סונוטרודות וקרני הגברה הן אביזרים המאפשרים לשנות את המשרעת בטווח רחב אף יותר. המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher יכולים לספק משרעות גבוהות מאוד ואת העוצמה האולטרסונית הנדרשת ליישומים תובעניים. ניתן להפעיל בקלות וברציפות משרעות של עד 200µm בהפעלה של 24/7.
הגדרות משרעת מדויקות וניטור מתמיד של פרמטרי התהליך האולטרסוני באמצעות תוכנה חכמה מאפשרים לכם לטפל בעלי הקינמון ובקליפת הקינמון שלכם בתנאים האולטרסוניים היעילים ביותר. סוניקציה מיטבית לתוצאות המיצוי הטובות ביותר!
עמידות הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת הפעלה של 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות. בזכות זאת, הציוד האולטרסוני של Hielscher הוא כלי עבודה אמין העונה על דרישות המיצוי שלכם.

בדיקות קלות ונטולות סיכון

ניתן להגדיל את קנה המידה של תהליכים אולטרסוניים באופן ליניארי לחלוטין. משמעות הדבר היא שכל תוצאה שהשגתם באמצעות מכשיר אולטרסאונד מעבדתי או שולחני ניתנת להגדלה לאותה תפוקה בדיוק, תוך שימוש באותם פרמטרי תהליך בדיוק. תכונה זו הופכת את הטיפול באולטרסאונד לאידיאלי לבדיקות היתכנות נטולות סיכון, לאופטימיזציה של תהליכים וליישום בהמשך בייצור מסחרי. צרו איתנו קשר כדי ללמוד כיצד סוניקציה יכולה להגדיל את ייצור תמצית הקינמון שלכם.

האיכות הגבוהה ביותר – מתוכנן ומיוצר בגרמניה

כעסק בבעלות משפחתית ובניהול משפחתי, Hielscher נותנת עדיפות לתקני האיכות הגבוהים ביותר עבור המעבדים האולטרסוניים שלה. כל מכשירי האולטרסאונד מתוכננים, מיוצרים ונבדקים ביסודיות במטה שלנו בטלטו שליד ברלין, גרמניה. העמידות והאמינות של הציוד האולטרסוני של Hielscher הופכות אותו לכלי עבודה מסור במערך הייצור שלכם. הפעלה של 24/7 בעומס מלא ובסביבות תובעניות היא מאפיין טבעי של המערבלים עתירי הביצועים של Hielscher.

הטבלה שלהלן נותנת לכם מושג על כושר העיבוד המשוער של מכשירי האולטרסאונד שלנו: