Turbo ekstrakcija cimeta ultrazvukom

Tradicionalna ekstrakcija cimeta dugotrajna je i relativno neučinkovita. Ultrazvučna ekstrakcija jednostavna je, ali vrlo učinkovita tehnika intenziviranja procesa koja skraćuje vrijeme ekstrakcije na nekoliko sati i istodobno povećava prinos eteričnog ulja cimeta.

Poboljšana ekstrakcija cimeta ultrazvukom

Tradicionalna ekstrakcija eteričnog ulja cimeta provodi se destilacijom kore i listova cimeta vodenom parom. Tradicionalna destilacija vodenom parom vrlo je spora i dugotrajna. Što je veći ciljani prinos ulja cimeta, to destilacija vodenom parom traje dulje, što znači da destilacija jednog kotla listova cimeta vodenom parom može trajati do 12 sati, dok destilacija kore cimeta vodenom parom može trajati više od 24 sata. Ultrazvučna ekstrakcija razara stanične strukture kore i listova cimeta tako da se ulje cimeta oslobađa brzo i potpuno. Ultrazvučna ekstrakcija znatno ubrzava destilaciju vodenom parom, skraćujući vrijeme obrade s cijelog dana na nekoliko sati uz istodobno povećanje prinosa eteričnog ulja cimeta.
Ultrazvučna ekstrakcija oslobađa puni spektar aromatskih spojeva cimeta, uključujući cinamaldehid, linalol, eugenol i cimetnu kiselinu. Dobivanje ekstrakta s punim spektrom visokokvalitetnih spojeva eteričnog ulja razlog je vrhunske kvalitete ultrazvučno ekstrahiranih ulja cimeta. Osobito cinamaldehid, glavni organski spoj, daje cimetu njegov prepoznatljiv okus i miris. Budući da je sonikacija netoplinski postupak, sprječava se toplinska razgradnja spojeva eteričnog ulja. Stoga se ultrazvučnom ekstrakcijom dobivaju eterična ulja intenzivne arome koja zadovoljavaju najviše standarde kvalitete.
Ultrazvučna ekstrakcija može se primijeniti na koru i listove cimeta. Ulje listova cimeta ima snažniji miris od ulja kore. Listovi cimeta sadrže velike količine eugenola.

Zašto ultrazvučna ekstrakcija nadmašuje destilaciju vodenom parom

Za proizvodnju eteričnih ulja iz cimeta destilacijom vodenom parom, eterična ulja najprije se moraju osloboditi iz biljnog matriksa (tj. biljnih stanica u listovima ili kori cimeta). Pri destilaciji vodenom parom biljni materijal cimeta kuha se u kotlovima do 24 sata. Sama toplina relativno je neučinkovita u razaranju staničnih struktura i oslobađanju zarobljenih eteričnih ulja. Općenito, kuhanjem se zarobljena eterična ulja ne oslobađaju u potpunosti te se veće količine preostalih ulja gube jer nisu ekstrahirane. Nakon postupka toplinske ekstrakcije slijedi destilacija vodenom parom. U tu se svrhu zagrijava do vrenja smjesa dviju tekućina koje se međusobno ne miješaju (tj. eteričnog ulja i vode). Smjesa počinje vreti kada njihov ukupni tlak pare dosegne 760 mm Hg. Vrelište smjese vode i eteričnog ulja stoga će biti niže od vrelišta svake pojedine komponente. Tradicionalna hidrodestilacija ima velike nedostatke: dugotrajan postupak kuhanja i obrade parom zahtijeva vrlo mnogo vremena i energije.
Ultrazvučna ekstrakcija djeluje putem akustične kavitacije. Akustična kavitacija nastaje kada se valovi ultrazvuka velike snage uvode u tekućinu (npr. suspenziju biljnog materijala u otapalu ili vodi). Ultrazvučni valovi prolaze kroz tekućinu i uzrokuju izmjenične cikluse visokog i niskog tlaka. Tijekom ciklusa niskog tlaka nastaju sićušni vakuumski mjehurići (takozvani kavitacijski mjehurići), koji rastu tijekom nekoliko tlačnih ciklusa. Pri određenoj veličini, kada mjehurići više ne mogu apsorbirati energiju, oni snažno implodiraju tijekom ciklusa visokog tlaka. Imploziju mjehurića obilježavaju intenzivne kavitacijske sile, uključujući mikroturbulencije i strujanja tekućine brzinama do 100m/s. Ti kavitacijski smični učinci poznati su i kao sonomehanički učinci. Ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih molekula uglavnom je uzrokovana sonomehaničkim učincima: miješanje i turbulencije razaraju stanice i potiču prijenos tvari. To znači da se bioaktivne molekule poput eteričnih ulja, polifenola, terpena i kanabinoida oslobađaju iz matriksa biljnih stanica u otapalo.
Prednost ultrazvučne ekstrakcije u odnosu na tradicionalnu metodu kuhanja i destilacije vodenom parom jest razmjerno veća ekstrakcija eteričnih ulja i drugih organskih spojeva u znatno kraćem vremenu. Veći prinosi ekstrakcije sprječavaju gubitak sirovine i čine ekstrakciju isplativijom. Uštede vremena i energije ostvarene ultrazvučnom ekstrakcijom znatne su. Kao netoplinska metoda, ultrazvučna ekstrakcija sprječava razgradnju spojeva osjetljivih na toplinu uzrokovanu zagrijavanjem.
Blage temperature i kratko vrijeme obrade glavne su prednosti ultrazvučne ekstrakcije jer se sprječava toplinska razgradnja prirodnih ekstrakata. Time ultrazvučna ekstrakcija postaje vrlo učinkovita te se stoga sonikacijom dobivaju eterična ulja vrhunske kvalitete.

Studije slučaja ultrazvučne ekstrakcije cimeta

Znanstvenici i industrija već su usvojili ultrazvučnu ekstrakciju za proizvodnju visokokvalitetnih eteričnih ulja iz brojnih biljnih sirovina, uključujući listove i koru cimeta.

Ultrazvučna hidrodestilacija cimeta

Chen i sur. (2020) istraživali su ultrazvučno potpomognutu hidrodestilaciju i zaključili da je sonikacija znatno poboljšala postupak destilacije. Ultrazvučna destilacija vodenom parom omogućila je veće prinose cimetova ulja uz drastično skraćeno vrijeme ekstrakcije. Analizom GC-MS pokazali su da ultrazvučno potpomognuta hidrodestilacija daje vrjednije eterično ulje s visokim sadržajem glavnog spoja, trans-cinamaldehida, u usporedbi s tradicionalnom hidrodestilacijom. Snimka dobivena pretražnim elektronskim mikroskopom (SEM) potvrdila je učinkovitost sonikacije pri ekstrakciji cimetova ulja. Osim toga, analiza potrošnje električne energije i emisije CO2 pokazuje da je postupak ultrazvučno potpomognute hidrodestilacije ekonomičniji i prihvatljiviji za okoliš. Stoga Chen i sur. zaključuju da je ultrazvučno potpomognuta hidrodestilacija učinkovita i zelena tehnologija za ekstrakciju eteričnog ulja cimeta koja može poboljšati količinu i kvalitetu cimetovih ulja.

Ultrazvučna ekstrakcija cimeta primjenom dubokih eutektičkih otapala

Ultrazvučna ekstrakcija primjenom dubokih eutektičkih otapala pokazala se kao superiorna tehnika za dobivanje visokih prinosa trans-cinamaldehida i kumarina iz kore cimeta.
Metoda je u optimalnim uvjetima dala veći sadržaj trans-cinamaldehida i kumarina od onoga dobivenog konvencionalnim metodama (ekstrakcijom uz refluks, Soxhletovom ekstrakcijom i maceracijom) uz primjenu organskih otapala (96% etanola). Utvrđeno je da su optimalni uvjeti za ultrazvučnu ekstrakciju primjenom prirodnih dubokih eutektičkih otapala kolin-klorid i limunska kiselina (ChCl-CA) uz dodatak 40% vode i vrijeme ekstrakcije od 30 minuta za ekstrakciju trans-cinamaldehida (9,24 ± 0,01 mg/g) i kumarina (11,6 ± 0,11 mg/g) iz kore cimeta (C. burmannii Blume). Potrebno je provesti daljnja istraživanja kako bi se ispitala farmakološka aktivnost trans-cinamaldehida i kumarina iz kore cimeta. (usp. Aryati i sur. 2020)

Snimka površine kore cimeta dobivena pretražnom elektronskom mikroskopijom pri povećanju od 1000x; osušeni prah (a); nakon ekstrakcije maceracijom (b); nakon ekstrakcije uz refluks (c); nakon Soxhletove ekstrakcije (d); nakon ekstrakcije primjenom NADES-UAE ChCl-CA (e).
istraživanje i slika: Aryati i sur. 2020

Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi

Ultrazvučna ekstrakcija pouzdana je tehnologija obrade koja olakšava i ubrzava proizvodnju visokokvalitetnih eteričnih ulja. Ponuda tvrtke Hielscher Ultrasonics obuhvaća cijeli raspon od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do industrijskih sustava za ekstrakciju. Time vam mi u tvrtki Hielscher možemo ponuditi najprikladniji ultrazvučni uređaj za predviđeni kapacitet vašeg procesa. Naše osoblje s dugogodišnjim iskustvom pružit će vam podršku od ispitivanja izvedivosti i optimizacije procesa do ugradnje vašeg ultrazvučnog sustava na konačnoj proizvodnoj razini.
Mala površina koju zauzimaju naši ultrazvučni ekstraktori i njihove raznovrsne mogućnosti ugradnje omogućuju smještaj čak i u pogone za obradu s ograničenim prostorom. Ultrazvučni procesori ugrađeni su diljem svijeta u pogonima za proizvodnju hrane, farmaceutskih proizvoda i dodataka prehrani.

Hielscher Ultrasonics – sofisticirana oprema za ekstrakciju

Ponuda proizvoda tvrtke Hielscher Ultrasonics obuhvaća cijeli raspon ultrazvučnih ekstraktora visokih performansi, od malog do velikog mjerila. Dodatna oprema omogućuje jednostavno sastavljanje najprikladnije konfiguracije ultrazvučnog uređaja za vaš postupak ekstrakcije. Optimalna konfiguracija ultrazvučnog sustava ovisi o predviđenom kapacitetu, volumenu, sirovini, šaržnom ili kontinuiranom postupku u liniji te vremenskom planu.

Šaržna obrada i obrada u liniji

Hielscher ultrazvučni uređaji mogu se upotrebljavati za šaržnu i kontinuiranu protočnu obradu. Ultrazvučna šaržna obrada idealna je za ispitivanje procesa, optimizaciju te proizvodnju malog do srednjeg opsega. Za obradu velikih količina biljnog materijala (npr. listova i kore cimeta) obrada u proizvodnoj liniji mogla bi biti povoljnija. Iako šaržna obrada zahtijeva samo vrlo jednostavan sustav, iziskuje više vremena i rada. Kontinuirani proces ekstrakcije u proizvodnoj liniji zahtijeva složen sustav – koji se sastoji od pumpe, crijeva ili cijevi te spremnika – ali je učinkovitiji, brži i zahtijeva znatno manje rada. Hielscher Ultrasonics ima najprikladniji sustav za ekstrakciju za vaš volumen ekstrakcije i ciljeve procesa.

Ultrazvučni ekstraktori za svaki proizvodni kapacitet

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics obuhvaća cijeli spektar ultrazvučnih procesora, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilot-sustava do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora koji mogu obraditi čitave kamionske terete na sat. Cjelovit asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniji ultrazvučni ekstraktor za vašu sirovinu, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.
Stolni ultrazvučni sustavi idealni su za ispitivanja izvedivosti i optimizaciju procesa. Linearno povećanje opsega na temelju utvrđenih procesnih parametara omogućuje vrlo jednostavno povećanje kapaciteta obrade od manjih šarži do potpuno komercijalne proizvodnje. Opseg se može povećati ugradnjom snažnije ultrazvučne ekstrakcijske jedinice ili paralelnim povezivanjem više ultrazvučnih uređaja. Modelom UIP16000 Hielscher nudi najsnažniji ultrazvučni ekstraktor na svijetu.

Precizno podesive amplitude za optimalne rezultate

Svim Hielscher ultrazvučnim uređajima može se precizno upravljati, što ih čini pouzdanim radnim alatima u proizvodnji. Amplituda je jedan od ključnih procesnih parametara koji utječu na učinkovitost i djelotvornost ultrazvučne ekstrakcije eteričnih ulja iz cimeta.
Svi procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics omogućuju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i pojačivači amplitude pribor su koji omogućuje promjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscher industrijski ultrazvučni procesori mogu postići vrlo visoke amplitude i osigurati potreban intenzitet ultrazvuka za zahtjevne primjene. Amplitude do 200µm mogu se bez poteškoća kontinuirano održavati pri radu 24/7.
Precizno podešavanje amplitude i stalno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera omogućuju vam obradu listova i kore cimeta u najučinkovitijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za najbolje rezultate ekstrakcije!
Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima. To Hielscher ultrazvučnu opremu čini pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve za ekstrakciju.

Jednostavno ispitivanje bez rizika

Opseg ultrazvučnih procesa može se povećavati potpuno linearno. To znači da se svaki rezultat koji ste postigli laboratorijskim ili stolnim ultrazvučnim uređajem može prenijeti na veći opseg uz potpuno isti izlazni rezultat i potpuno iste procesne parametre. Zbog toga je ultrazvučna obrada idealna za ispitivanje izvedivosti bez rizika, optimizaciju procesa i naknadno uvođenje u komercijalnu proizvodnju. Obratite nam se kako biste saznali kako sonikacija može povećati vašu proizvodnju ekstrakta cimeta.

Najviša kvaliteta – projektirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao poduzeće u obiteljskom vlasništvu i pod obiteljskim upravljanjem, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvalitete svojih ultrazvučnih procesora. Svi ultrazvučni uređaji projektiraju se, proizvode i temeljito ispituju u našem sjedištu u Teltowu blizu Berlina u Njemačkoj. Robusnost i pouzdanost Hielscher ultrazvučne opreme čine je pouzdanim radnim alatom u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodna je značajka Hielscher miješalica visokih performansi.

Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja: