הידרודיזיקציה קולית של שמנים אתריים

• מיצוי קונבנציונאלי של שמנים אתריים הוא יקר וגוזל זמן.
• מיצוי קולי נותן תפוקות גבוהות יותר ואיכות תמצית מעולה.
• קולי יכול להתבצע כמו ממס או שיטת מיצוי מבוסס מים. לחלופין, ניתן לשלב סוניקציה עם מערכות מיצוי מסורתיות כדי לשפר את היעילות והאיכות.

הידרודיגיטציה של תמציות צמחיות

זיקוק הידרודיג הוא גרסה של זיקוק קיטור. עבור מיצוי hydrodistillation, חומר צמחי הוא ספוג במשך זמן מה במים ולאחר מכן תערובת מחוממת חומרים נדיפים נסחפים קיטור, מעובה ומופרד. זהו תהליך מיצוי נפוץ להפרדת תרכובות פיטוכימיות מחומר צמחי. זיקוק בקיטור הוא טכניקה נפוצה לבידוד שמנים אתריים, למשל עבור בשמים.
מכיוון שתרכובות אורגניות רבות נוטות להתפרק בטמפרטורות מתמשכות גבוהות, התעשייה צועדת קדימה לשימוש בשיטות עיבוד מתונות חלופיות, המעניקות תוצאות מיצוי טובות יותר (איכות מעולה, יבולים גבוהים יותר). הידרודיזיקציה קולית היא טכניקת מיצוי עדינה אך יעילה ביותר, המשמשת לייצור שמנים אתריים באיכות גבוהה.

אתגרים בייצור שמן אתרי קונבנציונלי

הבעיות של טכניקות המיצוי המסורתיות כגון זיקוק בקיטור טמונות בכמויות העצומות של חומר צמחי, הנדרשות למיצוי שמנים אתריים בקנה מידה מסחרי. עבור 1 ק"ג (2 1/4 ליברות) של שמן אתרי לבנדר נדרשים כ-200 ק"ג (440 ליברות) של פרחי לבנדר טריים, עבור 1 ק"ג של שמן ורדים דרושים בין 2.5 ל-5 טון מטרי של עלי כותרת של ורדים ועבור 1 ק"ג של שמן אתרי לימון חומר הגלם מורכב מכ-3,000 לימונים. לכן שמנים אתריים יקרים מאוד. עבור ורד מוחלט המחיר הוא סביב 20.000€ (21,000US$) לליטר.
כדי להשיג יתרונות לגבי רווחיות ותחרותיות, יצרני שמנים אתריים חייבים ליישם שיטות מיצוי יעילות ויעילות יותר. הטכניקות המועדפות של מיצוי קולי מצטיינות בשיטות מיצוי מסורתיות בתנאי מיצוי מתונים, יבולים גבוהים ואיכות תמצית מעולה. סוניקציה יכולה להתבצע כמיצוי מבוסס ממס או ללא ממס. לחלופין, ניתן לשלב מיצוי מסוג בדיקה קולית עם מערכות חילוץ נפוצות, למשל. מיצוי Soxhletמיצוי קלבנגר, CO2 סופר-קריטי, זיקוק הידרודיסטיק אומי וכו' (סונו-סוקסלטSono-Clevenger, Sono-scCO2, Ultrasonic Ohmic hydrodistillation).,

היתרונות של מיצוי קולי וזיקוק הידרודיסטיקציה

מיצוי וזיקוק בסיוע אולטרסאונד היא כיום טכניקה מבוססת לייצור שמנים אתריים באיכות גבוהה. כטכניקת מיצוי לא תרמית, סוניקציה מונעת פירוק תרמי של תרכובות רגישות לחום. במקביל, יעילות המיצוי ותשואות השמן האתרי גדלות באופן משמעותי. מצא את היתרונות של ייצור שמן אתרי קולי להלן:

1. יעילות מיצוי גבוהה: מיצוי באמצעות אולטרסאונד מסוג בדיקה מבודד שמנים אתריים בצורה יעילה יותר מאשר שיטות מיצוי מסורתיות, כגון זיקוק בקיטור או מיצוי ממס. הסיבה לכך היא כי גלי קול לגרום cavitation בנוזל, אשר מסייע לשבור את קירות התא של החומר הצמחי ולשחרר יותר שמן אתרי.
2. זמן חילוץ קצר יותר: מיצוי קולי יכול לחלץ שמנים אתריים בזמן קצר בהרבה משיטות מיצוי מסורתיות. הסיבה לכך היא שגלי הקול העזים הנוצרים על ידי בדיקה קולית יכולים לחדור לחומר הצמחי עמוק יותר, לשבש את תא הצמח ביעילות מעולה ולכן לחלץ את השמן האתרי במהירות וביעילות רבה יותר.
3. שיפור איכות השמן האתרי: כמו מיצוי קולי הוא טיפול לא תרמי, זה יכול לייצר שמנים אתריים באיכות גבוהה יותר מאשר שיטות מיצוי מסורתיות. הסיבה לכך היא שגלי אולטרסאונד יכולים לחלץ את השמן האתרי מבלי לפגוע בתרכובות הארומטיות העדינות המעניקות לשמן את ניחוחו ואת תכונותיו הטיפוליות.
4. חסכוני באנרגיה: מיצוי קולי הוא שיטת מיצוי חסכונית באנרגיה בהשוואה לשיטות מסורתיות, כגון זיקוק קיטור, הדורש אנרגיה רבה כדי לייצר קיטור.
5. ידידותי לסביבה: Ultrasonication היא טכניקה נקייה וידידותית לסביבה של מיצוי, שכן היא אינה דורשת שימוש בממסים או כימיקלים, אשר יכול להזיק לסביבה.

יתרונות אלה הופכים את מיצוי השמן האתרי האולטרסוני לטכניקה יעילה וחסכונית ביותר המציעה יתרונות רבים על פני שיטות מיצוי מסורתיות.

מיצוי קולי דורש רק זמן קצר מאוד לייצר את תפוקות החילוץ הטובות ביותר. השוואה בין פחמן דו-חמצני סופר-קריטי (sCO2), מיצוי בסיוע אולטרסאונד (איחוד האמירויות הערביות), מיצוי פחמן דו-חמצני סופר-קריטי בשילוב עם טכניקת נדנדת לחץ (SCE-PST) ומיצוי Soxhlet מראה כי איחוד האמירויות הערביות היא טכניקת החילוץ היעילה והמהירה ביותר.

עקרון העבודה של מיצוי שמן אתרי קולי

Ultrasonic extraction has been proven to give higher extraction yields and to reduce the energy consumption. The working principle of ultrasonic extraction is the bubble implosion generated by ultrasonic cavitation. Ultrasonic? acoustic cavitation generates liquid micro-jets which destroy the lipid-containing glands in the plant tissue. Thereby, mass transfer between cell and solvent is improved and the essential oil is released. A major advantage of today’s modern ultrasonic extractors is the precise control over the operating parameters (e.g. ultrasonic intensity, temperature, treatment time, pressure, retention time etc.). Increased yield of essential oils as well as lower thermal degradation, high quality and a good aroma and flavour profile are scientifically proven (פורטו ואחרים 2009; אספו ואח' 2005).
בעוד טכניקות מיצוי מודרניות אחרות מציעות יכולת מוגבלת בלבד להרחבה לייצור תעשייתי, העוצמה להגדיל את המיצוי העל-קולי לרמה תעשייתית כבר הוכחה. לדוגמה, תפוקת המיצוי של שמנים אתריים מהדרים יפניים עלתה ב -44% בהשוואה לשיטות המיצוי המסורתיות (מייסון ואחרים 2011).

טיפול מקדים קולי למיצוי שמנים אתריים

עבור מיצוי קולי של שמן אתרי מחומר צמחי (למשל לבנדין, מרווה, הדרים וכו '), מערכת סוניקציה מסוג בדיקה כגון UIP2000hdT יכולה לשמש למיצוי בקנה מידה של ספסל, טייס וייצור. ניתן להגדיר את מערכת החילוץ כאצווה או כמערכת מוטבעת.
עבור מיצוי אצווה קולי, מיכל עם אמבט מים קרים שמסביב מומלץ. אמבט המים מאפשר למנוע עליית טמפרטורה לא רצויה ואת השפלה וכתוצאה מכך. עבור מיצוי שמן אתרי לבנדין, פרחי לבנדר מופקים עם למשל 2L של מים מזוקקים למשך זמן מיצוי של 30 דקות. המשרעת העל-קולית מוגדרת ל -60%. לאחר טיפול מקדים קולי, פרח הלבנדר מוסר, זיקוק קיטור קונבנציונאלי מבוצע כדי לחלץ את השמן האתרי.
עבור הגדרת חילוץ מוטבעת, מעבד קולי מצויד sonotrode ותא זרימה. למטרות קירור, כור תא הזרימה מצויד במעיל קירור. עבור טיפול מקדים קולי, החומר הצמחי macerated נשאב דרך תא התגובה שבו הוא עובר ישירות דרך אזור cavitational. יתרון נוסף של מיצוי קולי מוטבע הוא האפשרות של לחץ על תא התגובה כדי להגדיל את אפקט החילוץ.
הטיפול המקדים האולטרסוני לפני ההידרודיגוק מגדיל את התשואה של שמנים אתריים שחולצו ומשפר את קצב המיצוי – וכתוצאה מכך הליך כללי יעיל יותר.

Sono-Clevenger עם בדיקה על-קולית UP200S: מערך זיקוק הידרו-סאונד מוגבר לבידוד שמן אתרי יעיל במיוחד.(©רסולי ואח' 2021)

מקרה מבחן: הידרודיזיקציה קולית של שמן אתרי מ Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) חקרו את יעילות המיצוי של שמנים אתריים מצמח הצמחים Satureja khuzistanica Jamzad והשוו בין זיקוק הידרודיסטיק מסורתי לקלוונג'ר מוגבר אולטרה-סאונד (Sono-Clevenger). הם השוו את שתי טכניקות המיצוי, זיקוק הידרודיסטיק וקלבנג'ר על-קולי, לגבי זמן הבידוד, התפוקה ואיכות השמנים האתריים המתקבלים. התוצאות מראות כי בעוד שהפרופיל הכימי של השמנים האתריים המתקבלים והתכונות הביולוגיות הם שניהם באיכות גבוהה דומה, שיטת המיצוי העל-קולי משפרת את יעילות בידוד השמנים האתריים בעד 40%. תמונות מיקרוגרף אלקטרונים סורק (SEM) של עלי סאטורג'ה המטופלים חושפות שיבוש יעיל יותר של דפנות תאי הצמח על ידי אולטרה-סוניקציה. כתוצאה מכך נצפתה עלייה של כ-40% במיצוי השמן האתרי בהשוואה למתודולוגיית הזיקוק ההידרודיסטיק הקונבנציונלית.
מחקר זה מדגיש את התוצאות של דוחות רבים אחרים, בהם נחקר הטיפול המקדים האולטרסוני לפני הזיקוק ההידרודיסטיק והראו כי אולטרסוניקציה מסוג בדיקה משפרת הן את האיכות והן את הכמות של השמן האתרי תוך הפחתת זמן המיצוי וצריכת האנרגיה בהשוואה לטכניקות הקונבנציונליות.
 

השוואת תפוקת המיצוי כפונקציה של זמן לזיקוק הידרודיזיקציה ושיטת סונו-קלבנג'ר: מיצוי שמן אתרי אולטראסוני עם סונו-קלבנג'ר נותן יבולים גבוהים יותר של שמן אתרי בזמן מיצוי קצר יותר.(©רסולי ואח' 2021)

SEM של עלי Satureja: (A) לאחר זיקוק הידרודיג במשך 4 שעות, ו-(B) לאחר טיפול בסונו-קלבנג'ר במשך 60 דקות. טיפול Sono-Clevenger קצר יותר נותן הפרעה טובה יותר לתאים ובכך תפוקת שמן אתרי גבוהה יותר.(©רסולי ואח' 2021)

קולטי אדים אולטראסוניים להידרודיזיקציה של שמן אתרי

מחלצי אולטרסאונד כוח Hielscher זמינים עבור ספסל, מפעל פיילוט ומתקני מפעל תעשייתי. המעבדים האולטרסוניים שלנו ניתנים לשליטה מדויקת ויכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד (עד 200μm עבור אולטרסאונד תעשייתי, אמפליטודות גבוהות יותר על פי בקשה) כדי ליצור שדה אקוסטי אינטנסיבי. כל המכשירים האולטרסוניים שלנו, החל ממעבדות וכלה במערכות תעשייתיות, בנויים לפעולה 24/7 בתנאי עומס.
ניתן לבדוק מחלצים קוליים Hielscher בקנה מידה עליון עבור בדיקות היתכנות ואופטימיזציה של תהליכים. לאחר מכן, ניתן לשנות באופן ליניארי את כל תוצאות התהליך לייצור תעשייתי מלא. ניסיוננו רב השנים בעיבוד אולטראסוני מאפשר לנו לייעץ ולסייע ללקוחותינו החל מבדיקות ראשונות ואופטימיזציה של תהליכים ועד ליישום אופרציה תעשייתית יעילה ביותר.
בקר במעבדה הטכנית שלנו ומרכז התהליך כדי לחקור את היכולות של מערכות קוליות Hielscher!
ניתן להשתמש במערכות העל-קוליות החזקות שלנו עבור סוניקציה אצווה ומוטבעת. לייצור שמן אתרי, ניתן להשיג שילוב סינרגיסטי על ידי התקנת בדיקה קולית במערך זיקוק הידרודיג קונבנציונאלי. גם שיפוץ קווי ייצור קיימים יכול להיעשות בקלות.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: