Ultrazvučna hidrodestilacija eteričnih ulja
- Konvencionalna ekstrakcija eteričnih ulja je skupa i dugotrajna.
- Ultrazvučna ekstrakcija daje veće prinose i vrhunsku kvalitetu ekstrakta.
- Ultrazvučni se može provesti kao metoda ekstrakcije na bazi otapala ili vode. Alternativno, ultrazvuk se može kombinirati s tradicionalnim sustavima ekstrakcije kako bi se poboljšala učinkovitost i kvaliteta.
Hidrodestilacija biljnih ekstrakata
Hidrodestilacija je varijanta destilacije vodenom parom. Za ekstrakciju hidrodestilacijom, biljni materijal se neko vrijeme namače u vodi nakon čega se smjesa zagrijava, a hlapljivi materijali se odvode parom, kondenziraju i odvajaju. Uobičajen je postupak ekstrakcije za odvajanje fitokemijskih spojeva iz biljnog materijala. Destilacija parom uobičajena je tehnika za izolaciju eteričnih ulja, npr. za parfumeriju.
Budući da su mnogi organski spojevi skloni raspadanju na visokim stalnim temperaturama, industrija korača naprijed prema korištenju alternativnih blagih metoda obrade, koje daju bolje rezultate ekstrakcije (vrhunska kvaliteta, veći prinosi). Ultrazvučna hidrodestilacija je blaga, ali vrlo učinkovita tehnika ekstrakcije, koja se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih eteričnih ulja.
Ultrazvučna ekstrakcija i ultrazvučna hidrodestilacija značajno poboljšavaju proizvodnju eteričnog ulja.
Izazovi konvencionalne proizvodnje eteričnog ulja
Problemi tradicionalnih tehnika ekstrakcije kao što je destilacija vodenom parom leže u ogromnim količinama biljnog materijala koji je potreban za ekstrakciju eteričnih ulja u komercijalnim razmjerima. Za 1 kg (2 1/4 lb) eteričnog ulja lavande je cca. Potrebno je 200 kg (440 lb) svježih cvjetova lavande, za 1 kg ružinog ulja potrebno je između 2,5 i 5 metričkih tona ružinih latica, a za 1 kg eteričnog ulja limuna sirovina se sastoji od cca. 3.000 limuna. Stoga su eterična ulja vrlo skupa. Za rose absolute cijena je oko 20.000 € (21.000 US$) po litri.
Kako bi stekli prednosti u pogledu profitabilnosti i konkurentnosti, proizvođači eteričnih ulja moraju implementirati učinkovitije i učinkovitije metode ekstrakcije. Povoljne tehnike ultrazvučne ekstrakcije nadmašuju tradicionalne metode ekstrakcije blagim uvjetima ekstrakcije, visokim prinosima i vrhunskom kvalitetom ekstrakta. Sonikacija se može izvesti kao ekstrakcija na bazi otapala ili bez otapala. Alternativno, ultrazvučna ekstrakcija tipa sonde može se kombinirati s uobičajenim sustavima ekstrakcije, npr Soxhlet ekstrakcija, Clevengerova ekstrakcija, superkritični CO2, ohmička hidrodestilacija itd. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultrazvučna ohmička hidrodestilacija).
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije i hidrodestilacije
Ekstrakcija uz pomoć ultrazvuka i hidrodestilacija danas je etablirana tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih eteričnih ulja. Kao tehnika ne-termalne ekstrakcije, ultrazvukom se izbjegava toplinska degradacija spojeva osjetljivih na toplinu. Istodobno se značajno povećava učinkovitost ekstrakcije i prinos eteričnog ulja. Dolje pronađite prednosti ultrazvučne proizvodnje eteričnog ulja:
- Visoka učinkovitost ekstrakcije: Ekstrakcija pomoću ultrazvučnog uređaja tipa sonde izolira eterična ulja učinkovitije od tradicionalnih metoda ekstrakcije, poput destilacije vodenom parom ili ekstrakcije otapalom. To je zato što zvučni valovi uzrokuju kavitaciju u tekućini, što pomaže u razgradnji staničnih stijenki biljnog materijala i oslobađanju više eteričnog ulja.
- Kraće vrijeme ekstrakcije: Ultrazvučna ekstrakcija može ekstrahirati eterična ulja u mnogo kraćem vremenu od tradicionalnih metoda ekstrakcije. To je zato što intenzivni zvučni valovi koje stvara ultrazvučna sonda mogu dublje prodrijeti u biljni materijal, poremetiti biljnu stanicu s vrhunskom učinkovitošću i stoga brže i učinkovitije ekstrahirati eterično ulje.
- Poboljšana kvaliteta eteričnog ulja: Budući da ultrazvučna ekstrakcija nije termički tretman, može proizvesti eterična ulja više kvalitete od tradicionalnih metoda ekstrakcije. To je zato što ultrazvučni valovi mogu ekstrahirati eterično ulje bez oštećenja delikatnih aromatičnih spojeva koji ulju daju miris i terapeutska svojstva.
- Energetski učinkovit: Ultrazvučna ekstrakcija energetski je učinkovita metoda ekstrakcije u usporedbi s tradicionalnim metodama, poput destilacije parom, koja zahtijeva puno energije za proizvodnju pare.
- Ekološki prihvatljivo: Ultrasonication je čista i ekološki prihvatljiva tehnika ekstrakcije, jer ne zahtijeva upotrebu otapala ili kemikalija, koje mogu biti štetne za okoliš.
Ove prednosti pretvaraju ultrazvučnu ekstrakciju eteričnog ulja u vrlo učinkovitu i ekonomičnu tehniku koja nudi mnoge prednosti u odnosu na tradicionalne metode ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija zahtijeva samo vrlo kratko vrijeme za postizanje najboljeg prinosa ekstrakcije. Usporedba superkritičnog ugljičnog dioksida (sCO2), ekstrakcije potpomognute ultrazvukom (UAE), superkritične ekstrakcije ugljičnog dioksida u kombinaciji s tehnikom promjene tlaka (SCE-PST) i Soxhlet ekstrakcije pokazuje da je UAE najučinkovitija i najbrža tehnika ekstrakcije.
Princip rada ultrazvučne ekstrakcije eteričnog ulja
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 (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Dok druge moderne tehnike ekstrakcije nude samo ograničene mogućnosti za povećanje industrijske proizvodnje, moć povećanja ultrazvučne ekstrakcije na industrijsku razinu već je dokazana. Na primjer, prinos ekstrakcije eteričnih ulja iz japanskih citrusa povećan je za 44% u usporedbi s tradicionalnim metodama ekstrakcije (Mason i dr. 2011.).
Clevenger sa Ultrazvučni aparat UP200Ht
Ultrazvučna ekstrakcija i hidrodestilacija
Ultrazvučni predtretman za ekstrakciju eteričnih ulja
Za ultrazvučnu ekstrakciju eteričnog ulja iz biljnog materijala (npr. lavandina, kadulje, citrusa itd.), može se koristiti sonda za ultrazvuk kao što je UIP2000hdT za ekstrakciju na stolu, pilot i proizvodnoj razini. Sustav ekstrakcije može se postaviti kao šaržni ili inline sustav.
Za ultrazvučnu šaržnu ekstrakciju preporučuje se spremnik s kupkom hladne vode. Vodena kupelj omogućuje izbjegavanje neželjenog porasta temperature i rezultirajuće degradacije. Za ekstrakciju eteričnog ulja lavandina, cvjetovi lavande se ekstrahiraju s npr. 2L destilirane vode u trajanju ekstrakcije od 30 min. Ultrazvučna amplituda postavljena je na 60%. Nakon ultrazvučne predtretmane, cvijet lavande se uklanja, a izvodi se konvencionalna destilacija vodenom parom kako bi se ekstrahiralo eterično ulje.
Za postavljanje inline ekstrakcije, ultrazvučni procesor opremljen je sonotrodom i protočnom ćelijom. U svrhu hlađenja, reaktor s protočnim ćelijama opremljen je rashladnim plaštom. Za ultrazvučnu prethodnu obradu, macerirani biljni materijal se pumpa kroz reakcijsku komoru gdje prolazi izravno kroz kavitacijsku zonu. Daljnja prednost ultrazvučne inline ekstrakcije je mogućnost stvaranja tlaka u reakcijskoj komori kako bi se povećao učinak ekstrakcije.
Ultrazvučna prethodna obrada prije hidrodestilacije povećava prinos ekstrahiranih eteričnih ulja i poboljšava brzinu ekstrakcije – što rezultira ukupno učinkovitijim postupkom.
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije i hidrodestilacije
- Brzo & učinkovita ekstrakcija
- Netermički, blagi postupak
- Ekstrakti visoke kvalitete
- visok prinos
- Puni spektar mirisa
- Manje sirovina
- Zelena ekstrakcija
Sono-Clevenger s ultrazvučnom sondom UP200S: ultrazvučno intenzivirana hidrodestilacijska postavka za visoko učinkovitu izolaciju eteričnog ulja.
Studija slučaja: Ultrazvučna hidrodestilacija eteričnog ulja iz Satureja khuzistanica
Rasouli i sur. (2021.) istraživali su učinkovitost ekstrakcije eteričnih ulja iz biljne biljke Satureja khuzistanica Jamzad uspoređujući tradicionalnu hidrodestilaciju i ultrazvučno pojačanu Clevenger (Sono-Clevenger). Usporedili su obje tehnike ekstrakcije, hidrodestilaciju i ultrazvučni Clevenger, u pogledu vremena izolacije, prinosa i kvalitete dobivenih eteričnih ulja. Rezultati pokazuju da dok su kemijski profil i biološka svojstva dobivenih eteričnih ulja usporedive visoke kvalitete, metoda ultrazvučne ekstrakcije povećava učinkovitost prinosa izolacije eteričnog ulja do 40%. Slike obrađenog lišća Satureje snimljene skeniranjem elektronskog mikrografa (SEM) otkrivaju učinkovitije ometanje staničnih stijenki biljaka ultrazvukom. Kao rezultat toga, uočeno je povećanje ekstrakcije eteričnog ulja za oko 40% u usporedbi s konvencionalnom metodologijom hidrodestilacije.
Ova studija naglašava rezultate mnogih drugih izvješća, u kojima je istražena ultrazvučna prethodna obrada prije hidrodestilacije i pokazano je da ultrazvučna sonda poboljšava i kvalitetu i količinu eteričnog ulja dok istovremeno smanjuje vrijeme ekstrakcije i potrošnju energije u usporedbi s konvencionalnim tehnikama. .
Usporedba prinosa ekstrakcije kao funkcije vremena za hidrodestilaciju i sono-clevenger metode: Ultrazvučna ekstrakcija eteričnog ulja sa Sono-Clevengerom daje veće prinose eteričnog ulja unutar kraćeg vremena ekstrakcije.
SEM lišća Satureje: (A) nakon hidrodestilacije od 4 sata, i (B) nakon tretmana sono-clevengerom od 60 minuta. Kraći Sono-Clevenger tretman daje bolje razbijanje stanica i time veće prinose eteričnog ulja.
Ultrazvučni ekstraktori za hidrodestilaciju eteričnog ulja
Hielscher power ultrazvučni ekstraktori dostupni su za instalacije na stolu, u pilot postrojenjima i industrijskim postrojenjima. Našim ultrazvučnim procesorima moguće je precizno upravljati i mogu isporučiti vrlo visoke amplitude (do 200 µm za industrijske ultrazvučne uređaje, veće amplitude na zahtjev) za generiranje intenzivnog akustičnog polja. Svi naši ultrazvučni uređaji, od laboratorija do industrijskih sustava, napravljeni su za rad 24/7 u teškim uvjetima.
Hielscher ultrazvučni ekstraktori mogu se testirati na stolnoj razini za testove izvedivosti i optimizaciju procesa. Nakon toga, svi rezultati procesa mogu se linearno skalirati na punu industrijsku proizvodnju. Naše dugogodišnje iskustvo u ultrazvučnoj obradi omogućuje nam savjetovanje i pomoć našim klijentima od prvih testova i optimizacije procesa do implementacije visoko učinkovite industrijske operacije.
Posjetite naš tehnički laboratorij i procesni centar kako biste istražili mogućnosti Hielscher ultrazvučnih sustava!
Naši robusni ultrazvučni sustavi mogu se koristiti za šaržnu i inline sonikaciju. Za proizvodnju eteričnog ulja, sinergistička kombinacija može se postići ugradnjom ultrazvučne sonde u konvencionalni hidrodestilacijski uređaj. Nadogradnja postojećih proizvodnih linija također se može jednostavno izvesti.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas!? Pitajte nas!
Sono-Soxhlet postava pomoću sonikatora UP200Ht za bolje rezultate ekstrakcije
Literatura? Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Uspješno ekstrahirano ultrazvukom
Za sljedeći biljni materijal i biljna tkiva dokazano je da ultrazvučna ekstrakcija postiže poboljšane rezultate ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija daje veće prinose, ekstrakte visoke kvalitete s kompletnim profilom spoja/arome i punim spektrom okusa.
bilje & listovi: metvica, metvica, stevia, kanabis, hmelj, bosiljak, majčina dušica, papar, origano, kadulja, komorač, peršin, eukaliptus, Maslina, zeleni čaj, crni čaj, boldo, duhan, paprena metvica, mažuran itd.
Cvijeće (attars): ruža, lavanda, ylang-ylang, jasmin, pačuli, tuberoza, mimoza itd.
Voće: naranča, citrusi, limun, malina, rajčica, jabuka, borovnica, borovnica, mandarina, grožđe, Maslina, žižula itd.
Začini: šafran, korijander, đumbir, lovor, muškatni oraščić, cimet, kurkuma, vanilija, klinčić, muškatni oraščić, mace itd.
drvo & kora: agar drvo, hrast, sandalovina, cedrovina, bor, kora cimeta itd.
Botanički ekstrakti sadrže cijeli spektar aktivnih spojeva i fitokemikalija tako da eterično ulje sadrži lipide, terpene i terpenoide, fenole, alkaloide, flavonoide, karbonilne spojeve, antioksidanse, vitamine, pigmente, enzime itd.
Primjeri ekstrahiranih molekula: monoterpeni i monoterpeneoidi, seskviterpeni, limonen, karvon, a-pinen, limonen, 1,8-cineol, cis-ocimen, trans-ocimen, 3-oktanon, beta-karoten, α-pinen, kamfor, kamfen , β-pinen, mircen, para-cimen, limonen, γ-terpinen, linalol, mirtenol, mirtenal, karvon.
Eterična ulja pokazuju antioksidativno i antimikrobno djelovanje, što ih čini osim arome i okusa i blagotvornim sastojkom prehrambenih i medicinskih proizvoda.
Eterična ulja, npr. lavande, paprene metvice i eukaliptusa, uglavnom se proizvode destilacijom vodenom parom. Sirovi biljni materijal kao što su cvijeće, lišće, drvo, kora, korijenje, sjemenke i kore ekstrahiraju se destilacijom vode dok se namaču i kuhaju s vodom u aparatu za destilaciju.
hidrodestilacija
Za hidrodestilaciju razlikuju se dva oblika: destilacija vodom i destilacija vodenom parom.
Za izolaciju eteričnih ulja destilacijom vode, biljni materijal se stavlja u vodu za kuhanje. Za parnu destilaciju, para se ubrizgava u/kroz biljni materijal. Pod utjecajem vruće vode i pare dolazi do oslobađanja eteričnog ulja iz lipidnih žlijezda u biljnom tkivu. Vodena para koja isparava odnosi ulje iz biljnog materijala. Zatim se para kondenzira u kondenzatoru posrednim hlađenjem vodom. Iz kondenzatora destilirani ekstrakt (eterično ulje) teče u separator, gdje se ulje automatski odvaja od destilatne vode.
ekstrakcija otapalom
Zbog učinkovitosti, većina eteričnih ulja, npr. za industriju parfema i mirisa, proizvodi se ekstrakcijom otapalom, koristeći hlapljiva otapala, npr. heksan, di-metilen-klorid ili petrolej eter. Glavne prednosti ekstrakcije otapalom u odnosu na destilaciju su da se tijekom procesa može održavati jednolika temperatura (približno 50°C). Budući da više temperature rezultiraju razgradnjom spojeva eteričnih ulja, ulja ekstrahirana otapalima karakterizira veća cjelovitost hlapljivih spojeva i prirodniji miris.
Superkritični CO2 dokazano je i kao izvrsno organsko otapalo te je stoga još jedna alternativna metoda za ekstrakciju aromatičnih ulja iz biljaka.
Otapala za ekstrakciju
Tradicionalna organska otapala za ekstrakciju uključuju benzen, toluen, heksan, dimetil eter, petrolej eter, di-metilen-klorid, etil acetat, aceton ili etanol.
Etanol se koristi za ekstrakciju mirisnih spojeva iz suhih biljnih materijala, kao i iz nečistih ulja ili betona koji su prvo proizvedeni ekstrakcijom organskim otapalima, ekspresijom ili enflueracijom. Ekstrakti etanola iz suhih materijala poznati su kao tinkture. Tinkture se ne smiju brkati s ispiranjem etanolom, koje se provodi za pročišćavanje ulja i betona da bi se dobili apsoluti.
Kada se voda koristi kao tekućina za ekstrakciju, proces se naziva ekstrakcija bez otapala.
esencijalna ulja
Eterična ulja se proizvode ekstrakcijom iz biljnog materijala. Kao sirovina mogu se koristiti različite vrste biljnih dijelova, npr. cvijeće (npr. ruža, jasmin, karanfil, klinčić, mimoza, ružmarin, lavanda), lišće (npr. metvica, Ocimum spp., limunska trava, jamrosa), lišće i stabljike (npr. geranij, pačuli, petitgrain, verbena, cimet), kora (npr. cimet, kasija, canella), drvo (npr. cedar, sandal, bor), korijenje (npr. anđelika, sassafras, vetiver, saussurea, valerijana), sjemenke (npr. komorač, korijander, kim, kopar, muškatni oraščić), voće (bergamot, naranča, limun, borovica), rizomi (npr. đumbir, calamus, kurkuma, iris) i gume ili izlučevine uljane smole (npr. peruanski balzam, Myroxylon balsamum, storax, smirna, benzoin ).
Konkretno i Apsolutno
Beton je naziv za polučvrstu masu koja se dobiva ekstrakcijom svježeg biljnog materijala otapalom. Svježi biljni materijal uglavnom se ekstrahira pomoću nepolarnih otapala kao što su benzen, toluen, heksan, petrolej eter. Nakon postupka ekstrakcije otapalo se isparava, tako da se dobije polukruti ostatak eteričnih ulja, voskova, smola i drugih lipofilnih (hidrofobnih) fitokemikalija. Ovo je takozvani beton.
Za dobivanje apsoluta iz betona, beton se mora tretirati jakim alkoholom u kojem se mogu otopiti određeni sastojci.
Ultrazvučna proizvodnja nanoemulzija
Zanimanje za korištenje nanoemulzija kao sustava za dostavu lipofilnih sastojaka hrane, kao nosača za aktivne spojeve u farmaceutici i kozmetici značajno raste zbog njihove visoke optičke čistoće, dobre fizičke stabilnosti i sposobnosti povećanja bioraspoloživosti. Ultrazvučni emulgiranje priprema stabilne mikro- i nano-emulzije koje jamče najbolje rezultate u konačnom proizvodu.
Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučnoj emulzifikaciji!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.