Illóolajok ultrahangos hidrodesztillációja
- Az illóolajok hagyományos kivonása drága és időigényes.
- Az ultrahangos extrakció magasabb hozamot és kiváló kivonatminőséget biztosít.
- Az ultrahang oldószer- vagy vízalapú extrakciós módszerként hajtható végre. Alternatív megoldásként az ultrahangos kezelés kombinálható a hagyományos extrakciós rendszerekkel a hatékonyság és a minőség javítása érdekében.
Botanikai kivonatok hidrodesztillációja
A hidrodesztilláció a gőzdesztilláció egyik változata. A hidrodesztillációs extrakcióhoz a növényi anyagot egy ideig vízben áztatjuk, majd az elegyet melegítjük, és az illékony anyagokat a gőzben kondenzáljuk és elválasztjuk. Ez egy általános extrakciós folyamat a fitokémiai vegyületek elválasztására a növényi anyagoktól. A gőzdesztilláció gyakori módszer az illóolajok izolálására, pl. illatszerek esetében.
Mivel sok szerves vegyület hajlamos lebomlani magas tartós hőmérsékleten, az ipar előrelép az alternatív enyhe feldolgozási módszerek alkalmazása felé, amelyek jobb extrakciós eredményeket biztosítanak (kiváló minőség, magasabb hozam). Az ultrahangos hidrodesztilláció enyhe, mégis rendkívül hatékony extrakciós technika, amelyet kiváló minőségű illóolajok előállítására használnak.
Az ultrahangos extrakció és az ultrahangos hidrodesztilláció jelentősen javítja az illóolaj-termelést.
A hagyományos illóolaj-termelés kihívásai
A hagyományos extrakciós technikák, például a gőzdesztilláció problémái abban rejlenek, hogy hatalmas mennyiségű növényi anyag van, amely az illóolajok kereskedelmi méretű kivonásához szükséges. 1 kg (2 1/4 lb) levendula illóolajhoz kb. 200 kg (440 lb) friss levendulavirág szükséges, 1 kg rózsaolajhoz 2,5-5 tonna rózsaszirom szükséges, és 1 kg citrom illóolajhoz a nyersanyag kb. 3,000 citrom. Ezért az illóolajok nagyon drágák. A rózsa abszolút ára körülbelül 20.000 € (21,000US $) literenként.
A jövedelmezőség és a versenyképesség előnyeinek megszerzése érdekében az illóolajok gyártóinak hatékonyabb és eredményesebb extrakciós módszereket kell alkalmazniuk. Az ultrahangos extrakció kedvező technikái kitűnnek a hagyományos extrakciós módszerekkel enyhe extrakciós körülményekkel, magas hozamokkal és kiváló extrakciós minőséggel. Az ultrahangos kezelés oldószer alapú vagy oldószermentes extrakcióként végezhető el. Alternatív megoldásként az ultrahangos szonda típusú extrakció kombinálható a közös extrakciós rendszerekkel, pl. Soxhlet extrakció, Clevenger extrakció, szuperkritikus CO2, ohmikus hidrodesztilláció stb. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultrahangos ohmikus hidrodesztilláció).
Az ultrahangos extrakció és a hidrodesztilláció előnyei
Az ultrahanggal segített extrakció és hidrodesztilláció manapság bevált technika a kiváló minőségű illóolajok előállítására. Nem termikus extrakciós technikaként az ultrahangozás elkerüli a hőérzékeny vegyületek termikus lebomlását. Ugyanakkor jelentősen megnő a kitermelés hatékonysága és az illóolaj-hozam. Keresse meg az ultrahangos illóolaj-termelés előnyeit az alábbiakban:
- Nagy extrakciós hatékonyság: A szonda típusú ultrahangos készülékkel történő extrakció hatékonyabban izolálja az illóolajokat, mint a hagyományos extrakciós módszerek, például gőzdesztilláció vagy oldószeres extrakció. Ez azért van, mert a hanghullámok kavitációt okoznak a folyadékban, ami segít lebontani a növényi anyag sejtfalát, és több illóolajat szabadít fel.
- Rövidebb extrakciós idő: Az ultrahangos extrakció sokkal rövidebb idő alatt kivonhatja az illóolajokat, mint a hagyományos extrakciós módszerek. Ez azért van, mert az ultrahangos szonda által generált intenzív hanghullámok mélyebben behatolhatnak a növényi anyagba, kiváló hatékonysággal megzavarhatják a növényi sejtet, és ezért gyorsabban és hatékonyabban kivonják az illóolajat.
- Az illóolaj jobb minősége: Mivel az ultrahangos extrakció nem hőkezelés, magasabb minőségű illóolajokat állíthat elő, mint a hagyományos extrakciós módszerek. Ez azért van, mert az ultrahanghullámok kivonhatják az illóolajat anélkül, hogy károsítanák azokat a finom aromás vegyületeket, amelyek az olaj illatát és terápiás tulajdonságait adják.
- Energiahatékony: Az ultrahangos extrakció energiahatékony extrakciós módszer a hagyományos módszerekhez képest, mint például a gőzdesztilláció, amely sok energiát igényel a gőz előállításához.
- Környezetbarát: Az ultrahangos kezelés tiszta és környezetbarát extrakciós technika, mivel nem igényel oldószereket vagy vegyszereket, amelyek károsak lehetnek a környezetre.
Ezek az előnyök az ultrahangos illóolaj-extrakciót rendkívül hatékony és gazdaságos technikává alakítják, amely számos előnyt kínál a hagyományos extrakciós módszerekkel szemben.
Az ultrahangos extrakció csak nagyon rövid időt igényel a legjobb extrakciós hozamok előállításához. A szuperkritikus szén-dioxid (sCO2), az ultrahanggal segített extrakció (Egyesült Arab Emírségek), a szuperkritikus szén-dioxid-extrakció és a nyomáslengési technika (SCE-PST) és a Soxhlet extrakció összehasonlítása azt mutatja, hogy az Egyesült Arab Emírségek a leghatékonyabb és leggyorsabb extrakciós technika.
Az ultrahangos illóolaj-extrakció működési elve
Az ultrahangos extrakcióról bebizonyosodott, hogy magasabb extrakciós hozamot eredményez és csökkenti az energiafogyasztást. Az ultrahangos extrakció működési elve az ultrahangos kavitáció által generált buborék implózió. Az ultrahangos / akusztikus kavitáció folyékony mikrofúvókákat generál, amelyek elpusztítják a lipidtartalmú mirigyeket a növényi szövetben. Ezáltal javul a sejt és az oldószer közötti tömegátadás, és az illóolaj felszabadul. A mai modern ultrahangos elszívók egyik fő előnye a működési paraméterek pontos ellenőrzése (pl. ultrahangos intenzitás, hőmérséklet, kezelési idő, nyomás, retenciós idő stb.). Az illóolajok megnövekedett hozama, valamint az alacsonyabb termikus lebomlás, a kiváló minőség és a jó aroma- és ízprofil tudományosan bizonyított (Porto et al. 2009; Asfaw és mtsai, 2005).
Míg más modern extrakciós technikák csak korlátozott kapacitást kínálnak az ipari termelésre való felskálázásra, az ultrahangos extrakció ipari szintre történő növelésének hatékonysága már bizonyított. Például a japán citrusfélékből származó illóolajok extrakciós hozama 44% -kal nőtt a hagyományos extrakciós módszerekhez képest (Mason et al. 2011).
Clevenger a Ultrahangos UP200Ht
(©Pingret és mtsai., 2014)
Ultrahangos extrakció és hidrodesztilláció
Ultrahangos előkezelés illóolajok extrahálásához
Az illóolaj növényi anyagból (pl. Lavandin, zsálya, citrusfélék stb.) történő ultrahangos extrakciójához szonda típusú szonda ultrahangos rendszer, például az UIP2000hdT használható a padon történő extrakcióhoz, kísérleti és gyártási méretben. Az extrakciós rendszer beállítható kötegelt vagy inline rendszerként.
Az ultrahangos szakaszos extrakcióhoz ajánlott egy tartály, amely környező hidegvízfürdővel rendelkezik. A vízfürdő lehetővé teszi a nemkívánatos hőmérséklet-emelkedés és az ebből eredő degradáció elkerülését. A lavandin illóolaj extrakcióhoz a levendulavirágokat pl. 2L desztillált vízzel extrahálják 30 perces extrakciós időre. Az ultrahangos amplitúdó 60% -ra van állítva. Az ultrahangos előkezelés után a levendula virágot eltávolítjuk, és hagyományos gőzdesztillációt végzünk az illóolaj kivonására.
Az inline extrakciós beállításhoz az ultrahangos processzor sonotrode és áramlási cellával van felszerelve. Hűtési célból az áramlási cellás reaktor hűtőköpennyel van felszerelve. Az ultrahangos előkezeléshez a macerált növényi anyagot szivattyúzzák át a reakciókamrán, ahol közvetlenül áthalad a kavitációs zónán. Az ultrahangos inline extrakció további előnye, hogy a reakciókamrát nyomás alá helyezheti az extrakciós hatás növelése érdekében.
A hidrodesztilláció előtti ultrahangos előkezelés növeli az extrahált illóolajok hozamát és javítja az extrakciós sebességet – ami összességében hatékonyabb eljárást eredményez.
Az ultrahangos extrakció és a hidrodesztilláció előnyei
- gyors & hatékony kitermelés
- Nem termikus, enyhe folyamat
- Kiváló minőségű kivonatok
- magas hozam
- Teljes aromaspektrum
- Kevesebb nyersanyag
- Zöld extrakció
Sono-Clevenger ultrahangos szondával UP200S: Ultrahanggal intenzívebb hidrodesztillációs beállítás a rendkívül hatékony illóolaj-izoláláshoz.
(©Rasouli et al. 2021)
Esettanulmány: Illóolaj ultrahangos hidrodesztillációja a Satureja khuzistanica-ból
Rasouli et al. (2021) megvizsgálta az illóolajok extrakciós hatékonyságát a Satureja khuzistanica Jamzad gyógynövényből, összehasonlítva a hagyományos hidrodesztillációt és az ultrahanggal intenzívebb Clevengert (Sono-Clevenger). Összehasonlították mindkét extrakciós technikát, a hidrodesztillációt és az ultrahangos Clevenger-t, az izolálási idő, a hozam és a kapott illóolajok minősége tekintetében. Az eredmények azt mutatják, hogy míg a kapott illóolajok kémiai profilja és biológiai tulajdonságai egyaránt összehasonlíthatóan kiváló minőségűek, az ultrahangos extrakciós módszer akár 40% -kal növeli az illóolaj-izolálás hozamhatékonyságát. A kezelt Satureja levelek pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képei ultrahanggal hatékonyabb megzavarást mutatnak a növényi sejtfalakban. Ennek eredményeként az illóolaj-kitermelés mintegy 40% -kal javult a hagyományos hidrodesztillációs módszerhez képest.
Ez a tanulmány hangsúlyozza számos más jelentés eredményeit, amelyekben a hidrodesztilláció előtti ultrahangos előkezelést vizsgálták és kimutatták, hogy a szonda típusú ultrahangos kezelés javítja az illóolaj minőségét és mennyiségét, miközben csökkenti az extrakciós időt és az energiafogyasztást a hagyományos technikákhoz képest.
Az extrakciós hozam összehasonlítása a hidrodesztilláció idejének függvényében és a sono-clevenger módszer: Az ultrahangos illóolaj-extrakció a Sono-Clevengerrel rövidebb extrakciós idő alatt magasabb illóolaj-hozamot eredményez.
(©Rasouli et al. 2021)
A Satureja levelek SEM-je: (A) hidrodesztilláció után 4 órán keresztül, és (B) sono-clevenger kezelés után 60 percig. A rövidebb Sono-Clevenger kezelés jobb sejtzavart és ezáltal magasabb illóolaj-hozamot biztosít.
(©Rasouli et al. 2021)
Ultrahangos extrahálók illóolaj-hidrodesztillációhoz
A Hielscher teljesítmény ultrahang-elszívók asztali számítógépekhez, kísérleti üzemekhez és ipari üzemekhez állnak rendelkezésre. Ultrahangos processzoraink pontosan vezérelhetők és nagyon nagy amplitúdókat tudnak biztosítani (akár 200μm ipari ultrahangos készülékekhez, nagyobb amplitúdók kérésre), hogy intenzív akusztikus mezőt hozzanak létre. Minden ultrahangos készülékünk, a laboratóriumtól az ipari rendszerekig, 24/7 működésre épül nagy igénybevétel mellett.
A Hielscher ultrahangos elszívók asztali skálán tesztelhetők megvalósíthatósági tesztek és folyamatoptimalizálás céljából. Ezt követően az összes folyamateredmény lineárisan skálázható a teljes ipari termelésre. Az ultrahangos feldolgozásban szerzett hosszú tapasztalatunk lehetővé teszi számunkra, hogy konzultáljunk és segítsük ügyfeleinket az első tesztektől és a folyamat optimalizálásától a rendkívül hatékony ipari működés megvalósításáig.
Látogasson el műszaki laboratóriumunkba és folyamatközpontunkba, hogy felfedezze a Hielscher ultrahangos rendszerek képességeit!
Robusztus ultrahangos rendszereink kötegelt és inline szonikáláshoz használhatók. Az illóolaj-előállításhoz szinergikus kombináció érhető el ultrahangos szonda telepítésével egy hagyományos hidrodesztillációs beállításba. A meglévő gyártósorok utólagos felszerelése is könnyen elvégezhető.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök | 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
|---|---|---|
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Ultrahangos UP200Ht Soxhlet extrahálóval.
(©Djenni és mtsai., 2012)
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Sikeresen kivonható ultrahanggal
A következő növényi anyagok és növényi szövetek bizonyítottak, hogy az ultrahangos extrakció jobb extrakciós eredményeket ér el. Az ultrahangos extrakció magasabb hozamot, kiváló minőségű kivonatokat biztosít teljes vegyület / aromaprofillal és teljes ízspektrummal.
Gyógynövények & levelek: fodormenta, menta, Stevia, kannabisz, komló, bazsalikom, kakukkfű, bors, oregánó, zsálya, édeskömény, petrezselyem, eukaliptusz, Olajbogyó, zöld tea, fekete tea, Boldo, dohány, borsmenta, majoránna stb.
Virágok (attars): Rózsa, levendula, ylang-ylang, jázmin, pacsuli, tubarózsa, mimóza stb.
gyümölcsök: narancs, citrusfélék, citrom, málna, paradicsom, alma, áfonya, áfonya, áfonya, mandarin, szőlő, Olajbogyó, jujube stb.
Fűszerek: sáfránykoriander gyömbér, babér, szerecsendió, fahéj, kurkuma, vanília, szegfűszeg, szerecsendió, buzogány stb.
fa & kéreg: agarwood, tölgy, szantálfa, cédrusfa, fenyő, fahéj kéreg stb.
A botanikai kivonatok a hatóanyagok és fitokemikáliák teljes spektrumát tartalmazzák, így az illóolaj lipideket, terpéneket és terpenoidokat, fenolokat, alkaloidokat, flavonoidokat, karbonilvegyületeket, antioxidánsokat, vitaminokat, pigmenteket, enzimeket stb. Tartalmaz.
Példák extrahált molekulákra: monoterpének és monoterpénoidok, szeszkviterpének, limonén, karvon, a-pinén, limonén, 1,8-cineol, cisz-ocimén, transz-ocimén, 3-oktán, béta-karotin, α-pinén, kámfor, kamfén, β-pinén, mircén, para-cimen, limonén, γ-terpinén, linalool, mirtenol, mirtenal, karvon.
Az illóolajok antioxidáns és antimikrobiális hatást fejtenek ki, ami aromájuk és ízük mellett az élelmiszerek és gyógyászati termékek hasznos összetevőjévé is teszi őket.
Az illóolajokat, például levendulából, borsmentából és eukaliptuszból többnyire gőzdesztillációval állítják elő. A nyers növényi anyagokat, például virágokat, leveleket, fát, kérget, gyökereket, magokat és héjakat vízdesztillációval extrahálják, miközben desztilláló készülékben vízzel áztatják és főzik.
hidrodesztilláció
A hidrodesztillációhoz két formát különböztetünk meg: vízdesztillációt és gőzdesztillációt.
Az illóolajok vízdesztillációval történő izolálásához a növényi anyagot forralandó vízbe helyezzük. A gőzdesztillációhoz gőzt injektálnak a növényi anyagba/azon keresztül. A forró víz és a gőz hatása miatt az illóolaj felszabadul a növényi szövet lipidmirigyeiből. Az elpárolgó vízgőz kivezeti az olajat a növényi anyagból. Ezután a gőzt kondenzátorban kondenzálják vízzel történő közvetett hűtéssel. A kondenzátorból a desztillált kivonat (illóolaj) egy szeparátorba áramlik, ahol az olaj automatikusan elválik a desztillátumvíztől.
oldószeres extrakció
A hatékonyság miatt a legtöbb illóolajat, például a parfüm- és illatiparban, oldószeres extrakcióval állítják elő, illékony oldószerek, például hexán, dimetilén-klorid vagy petroléter felhasználásával. Az oldószeres extrakció fő előnye a desztillációval szemben, hogy egyenletes hőmérséklet (kb. 50 °C) tartható fenn a folyamat során. Mivel a magasabb hőmérséklet az illóolajvegyületek lebomlását eredményezi, az oldószerrel extrahált olajokat illékony vegyületeik nagyobb teljessége és természetesebb szaga jellemzi.
Szuperkritikus CO2 bizonyítottan kiváló szerves oldószer is, ezért egy másik alternatív módszer az aromás olajok növényi anyagokból történő kivonására.
Extrakciós oldószerek
Az extrakcióhoz használt hagyományos szerves oldószerek közé tartozik a benzol, toluol, hexán, dimetil-éter, petroléter, dimetilén-klorid, etil-acetát, aceton vagy etanol.
Az etanolt illatos vegyületek kivonására használják száraz növényi anyagokból, valamint olyan tisztátalan olajokból vagy betonokból, amelyeket először szerves oldószeres extrakcióval, expresszióval vagy befolyásolással állítottak elő. A száraz anyagokból származó etanolkivonatokat tinktúráknak nevezik. A tinktúrákat nem szabad összekeverni az etanolos mosásokkal, amelyeket az olajok és betonok tisztítására végeznek, hogy abszolút anyagokat kapjanak.
Ha extrakciós folyadékként vizet használnak, az eljárást oldószermentes extrakciónak nevezik.
Illóolajok
Az illóolajokat növényi anyagból történő extrakcióval állítják elő. Nyersanyagként különféle növényi részek használhatók, pl. virágok (pl. rózsa, jázmin, szegfű, szegfűszeg, mimóza, rozmaring, levendula), levelek (pl. menta, Ocimum spp., citromfű, jamrosa), levelek és szárak (pl. muskátli, pacsuli, petitgrain, verbéna, fahéj), kéreg (pl. fahéj, kasszia, canella), fa (pl. cédrus, szantál, fenyő), gyökerek (pl. angelica, sassafras, vetiver, saussurea, valerian), magvak (pl. édeskömény, koriander, kömény, kapor, szerecsendió), gyümölcsök (bergamott, narancs, citrom, boróka), rizómák (pl. gyömbér, calamus, kurkuma, orrisz) és gumik vagy oleorezinváladékok (pl. perui balzsam, miroxilon balzsam, storax, mirha, benzoin).
Beton és abszolút
A beton a félig szilárd tömeg kifejezése, amelyet friss növényi anyag oldószeres extrakciójával nyernek. A friss növényi anyagot többnyire nem poláros oldószerekkel, például benzollal, toluollal, hexánnal, petróleum-éterrel extrahálják. Az extrakciós folyamat után az oldószert elpárologtatjuk, így illóolajok, viaszok, gyanták és más lipofil (hidrofób) fitokemikáliák félig szilárd maradékát kapjuk. Ez az úgynevezett beton.
Ahhoz, hogy abszolútot nyerjünk a betonból, a betont erős alkohollal kell kezelni, amelyben bizonyos összetevők feloldhatók.
Nanoemulziók ultrahangos előállítása
A nanoemulziók lipofil élelmiszer-összetevők szállítórendszereként, gyógyszerekben és kozmetikumokban lévő hatóanyagok hordozójaként történő felhasználása iránti érdeklődés jelentősen növekszik magas optikai tisztaságuk, jó fizikai stabilitásuk és biológiai hozzáférhetőségük növelésének képessége miatt. Ultrahangos Emulgeálás stabil mikro- és nanoemulziókat készít, amelyek garantálják a legjobb eredményt a végtermékben.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahangos emulgeálásról!
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.