Ultrasonic Hydrodistillation od Essential Oils
- Ekstraksi konvensional minyak esensial mahal dan memakan waktu.
- Ekstraksi ultrasonik memberikan hasil yang lebih tinggi dan kualitas ekstrak yang unggul.
- Ultrasonik dapat dilakukan sebagai metode ekstraksi berbasis pelarut atau air. Atau, sonikasi dapat dikombinasikan dengan sistem ekstraksi tradisional untuk meningkatkan efisiensi dan kualitas.
Hidrodistilasi Ekstrak Botani
Hidrodistilasi adalah varian dari distilasi uap. Untuk ekstraksi hidrodistilasi, bahan tanaman direndam selama beberapa waktu dalam air setelah itu campuran dipanaskan dan bahan yang mudah menguap dibawa pergi dalam uap, dikondensasi dan dipisahkan. Ini adalah proses ekstraksi umum untuk memisahkan senyawa fitokimia dari bahan tanaman. Distilasi uap adalah teknik umum untuk mengisolasi minyak esensial, misalnya untuk wewangian.
Karena banyak senyawa organik cenderung terurai pada suhu berkelanjutan yang tinggi, industri melangkah maju untuk menggunakan metode pemrosesan ringan alternatif, yang memberikan hasil ekstraksi yang lebih baik (kualitas unggul, hasil lebih tinggi). Hidrodistilasi ultrasonik adalah teknik ekstraksi yang ringan, namun sangat efisien, yang digunakan untuk menghasilkan minyak esensial berkualitas tinggi.
Ekstraksi ultrasonik dan hidrodistilasi ultrasonik meningkatkan produksi minyak atsiri secara signifikan.
Tantangan Produksi Minyak Atsiri Konvensional
Masalah teknik ekstraksi tradisional seperti distilasi uap terletak pada sejumlah besar bahan tanaman, yang diperlukan untuk mengekstraksi minyak esensial dalam skala komersial. Untuk 1kg (2 1/4 lb) minyak esensial lavender diperlukan sekitar 200kg (440lb) bunga lavender segar, untuk 1kg minyak mawar diperlukan antara 2,5 dan 5 metrik ton kelopak mawar dan untuk 1kg minyak esensial lemon bahan bakunya terdiri dari sekitar 3.000 lemon. Oleh karena itu minyak esensial sangat mahal. Untuk mawar absolut harganya sekitar 20.000€ (21.000US$) per liter.
Untuk mendapatkan keuntungan terkait profitabilitas dan daya saing, produsen minyak atsiri harus menerapkan metode ekstraksi yang lebih efisien dan efektif. Teknik ekstraksi ultrasonik yang menguntungkan mengungguli metode ekstraksi tradisional dengan kondisi ekstraksi ringan, hasil tinggi, dan kualitas ekstrak yang unggul. Sonikasi dapat dilakukan sebagai ekstraksi berbasis pelarut atau bebas pelarut. Atau, ekstraksi tipe probe ultrasonik dapat dikombinasikan dengan sistem ekstraksi umum, misalnya Ekstraksi Soxhlet, Ekstraksi Clevenger, CO2 superkritis, hidrodistilasi ohmik dll. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, hidrodistilasi ohmik ultrasonik).
Keuntungan dari Ekstraksi Ultrasonik dan Hidrodistilasi
Ekstraksi dan hidrodistilasi dengan bantuan ultrasound saat ini merupakan teknik yang mapan untuk produksi minyak esensial berkualitas tinggi. Sebagai teknik ekstraksi non-termal, sonikasi menghindari degradasi termal senyawa sensitif panas. Pada saat yang sama, efisiensi ekstraksi dan hasil minyak atsiri meningkat secara signifikan. Temukan manfaat produksi minyak esensial ultrasonik di bawah ini:
- Efisiensi ekstraksi tinggi: Ekstraksi menggunakan ultrasonicator tipe probe mengisolasi minyak esensial lebih efisien daripada metode ekstraksi tradisional, seperti distilasi uap atau ekstraksi pelarut. Ini karena gelombang suara menyebabkan kavitasi dalam cairan, yang membantu memecah dinding sel bahan tanaman dan melepaskan lebih banyak minyak esensial.
- Waktu ekstraksi lebih pendek: Ekstraksi ultrasonik dapat mengekstrak minyak esensial dalam waktu yang jauh lebih singkat daripada metode ekstraksi tradisional. Ini karena gelombang suara intens yang dihasilkan oleh probe ultrasonik dapat menembus bahan tanaman lebih dalam, mengganggu sel tanaman dengan efisiensi yang unggul dan oleh karena itu mengekstrak minyak esensial lebih cepat dan berkhasiat.
- Peningkatan kualitas minyak esensial: Karena ekstraksi ultrasonik adalah perawatan non-termal, ia dapat menghasilkan minyak esensial dengan kualitas yang lebih tinggi daripada metode ekstraksi tradisional. Ini karena gelombang ultrasound dapat mengekstrak minyak esensial tanpa merusak senyawa aromatik halus yang memberi minyak aroma dan sifat terapeutik.
- Hemat energi: Ekstraksi ultrasonik adalah metode ekstraksi hemat energi dibandingkan dengan metode tradisional, seperti distilasi uap, yang membutuhkan banyak energi untuk menghasilkan uap.
- Ramah lingkungan: Ultrasonikasi adalah teknik ekstraksi yang bersih dan ramah lingkungan, karena tidak memerlukan penggunaan pelarut atau bahan kimia, yang dapat berbahaya bagi lingkungan.
Manfaat ini mengubah ekstraksi minyak esensial ultrasonik menjadi teknik yang sangat efisien dan ekonomis yang menawarkan banyak keunggulan dibandingkan metode ekstraksi tradisional.
Ekstraksi ultrasonik hanya membutuhkan waktu yang sangat singkat untuk menghasilkan hasil ekstraksi terbaik. Perbandingan karbon dioksida superkritis (sCO2), ekstraksi berbantuan ultrasound (UEA), ekstraksi karbon dioksida superkritis yang dikombinasikan dengan teknik ayunan tekanan (SCE-PST) dan ekstraksi Soxhlet menunjukkan bahwa UEA adalah teknik ekstraksi yang paling efisien dan cepat.
Prinsip Kerja Ekstraksi Minyak Atsiri Ultrasonik
Ekstraksi ultrasonik telah terbukti memberikan hasil ekstraksi yang lebih tinggi dan mengurangi konsumsi energi. Prinsip kerja ekstraksi ultrasonik adalah ledakan gelembung yang dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik. Kavitasi ultrasonik / akustik menghasilkan jet mikro cair yang menghancurkan kelenjar yang mengandung lipid di jaringan tanaman. Dengan demikian, perpindahan massa antara sel dan pelarut ditingkatkan dan minyak esensial dilepaskan. Keuntungan utama dari ekstraktor ultrasonik modern saat ini adalah kontrol yang tepat atas parameter operasi (misalnya intensitas ultrasonik, suhu, waktu perawatan, tekanan, waktu retensi, dll.). Peningkatan hasil minyak esensial serta degradasi termal yang lebih rendah, kualitas tinggi dan profil aroma dan rasa yang baik terbukti secara ilmiah (Porto et al. 2009; Asfaw dkk. 2005).
Sementara teknik ekstraksi modern lainnya hanya menawarkan kemampuan terbatas untuk meningkatkan skala ke produksi industri, potensi untuk meningkatkan ekstraksi ultrasonik ke tingkat industri sudah terbukti. Misalnya, hasil ekstraksi minyak atsiri dari jeruk Jepang meningkat sebesar 44% dibandingkan dengan metode ekstraksi tradisional (Mason et al. 2011).
Pretreatment Ultrasonik untuk Ekstraksi Minyak Atsiri
Untuk ekstraksi ultrasonik minyak esensial dari bahan tanaman (misalnya lavandin, sage, jeruk dll.), Sistem sonikasi tipe probe seperti UIP2000hdT dapat digunakan untuk ekstraksi pada skala bench-top, pilot dan produksi. Sistem ekstraksi dapat diatur sebagai sistem batch atau inline.
Untuk ekstraksi batch ultrasonik, wadah dengan penangas air dingin di sekitarnya direkomendasikan. Pemandian air memungkinkan untuk menghindari kenaikan suhu yang tidak diinginkan dan degradasi yang dihasilkan. Untuk ekstraksi minyak esensial lavandin, bunga lavender diekstraksi dengan misalnya 2L air suling untuk waktu ekstraksi 30 menit. Amplitudo ultrasonik diatur ke 60%. Setelah pretreatment ultrasonik, bunga lavender dihilangkan, dan distilasi uap konvensional dilakukan untuk mengekstrak minyak esensial.
Untuk pengaturan ekstraksi inline, prosesor ultrasonik dilengkapi dengan sonotrode dan sel aliran. Untuk tujuan pendinginan, reaktor sel aliran dilengkapi dengan jaket pendingin. Untuk pra-perawatan ultrasonik, bahan tanaman maserasi dipompa melalui ruang reaksi di mana ia melewati langsung melalui zona kavitasi. Manfaat lebih lanjut dari ekstraksi inline ultrasonik adalah kemungkinan menekan ruang reaksi untuk meningkatkan efek ekstraksi.
Pra-perawatan ultrasonik sebelum hidrodistilasi meningkatkan hasil minyak esensial yang diekstraksi dan meningkatkan tingkat ekstraksi – menghasilkan prosedur yang lebih efisien secara keseluruhan.
Keuntungan dari Ekstraksi Ultrasonik dan Hidrodistilasi
- Cepat & Ekstraksi yang efisien
- Non-termal, proses ringan
- Ekstrak berkualitas tinggi
- hasil yang tinggi
- Spektrum aroma penuh
- Lebih sedikit bahan baku
- Ekstraksi Hijau
Sono-Clevenger dengan probe ultrasonik UP200S: Pengaturan hidrodistilasi yang diintensifkan secara ultrasonik untuk isolasi minyak esensial yang sangat efisien.
(©Rasouli dkk. 2021)
Studi Kasus: Hidrodistilasi Ultrasonik Minyak Atsiri dari Satureja khuzistanica
Rasouli et al. (2021) menyelidiki efisiensi ekstraksi minyak atsiri dari tanaman herbal Satureja khuzistanica Jamzad membandingkan hidrodistilasi tradisional dan Clevenger yang diintensifkan secara ultrasonik (Sono-Clevenger). Mereka membandingkan teknik ekstraksi, hidrodistilasi dan Clevenger ultrasonik, mengenai waktu isolasi, hasil, dan kualitas minyak atsiri yang diperoleh. Hasilnya menunjukkan bahwa meskipun profil kimia dan sifat biologis minyak atsiri yang diperoleh keduanya memiliki kualitas tinggi yang sebanding, metode ekstraksi ultrasonik meningkatkan efisiensi hasil isolasi minyak atsiri hingga 40%. Gambar mikrograf elektron pemindaian (SEM) dari daun Satureja yang diolah mengungkapkan gangguan dinding sel tumbuhan yang lebih efisien oleh ultrasonikasi. Akibatnya, peningkatan ekstraksi minyak atsiri sekitar 40% dibandingkan dengan metodologi hidrodistilasi konvensional diamati.
Studi ini menggarisbawahi hasil dari banyak laporan lain, di mana pretreatment ultrasonik sebelum hidrodistilasi telah diselidiki dan menunjukkan bahwa ultrasonikasi tipe probe meningkatkan kualitas dan kuantitas minyak esensial sekaligus mengurangi waktu ekstraksi dan konsumsi energi dibandingkan dengan teknik konvensional.
Perbandingan hasil ekstraksi sebagai fungsi waktu untuk hidrodistilasi dan metode sono-clevenger: Ekstraksi minyak esensial ultrasonik dengan Sono-Clevenger memberikan hasil minyak esensial yang lebih tinggi dalam waktu ekstraksi yang lebih singkat.
(©Rasouli dkk. 2021)
SEM daun Satureja: (A) setelah hidrodistilasi selama 4 jam, dan (B) setelah perawatan sono-clevenger selama 60 menit. Perawatan Sono-Clevenger yang lebih pendek memberikan gangguan sel yang lebih baik dan dengan demikian menghasilkan minyak esensial yang lebih tinggi.
(©Rasouli dkk. 2021)
Ekstraktor Ultrasonik untuk Hidrodistilasi Minyak Atsiri
Ekstraktor ultrasound daya Hielscher tersedia untuk instalasi bench-top, pilot plant dan industrial plant. Prosesor ultrasonik kami dapat dikontrol secara tepat dan dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi (hingga 200μm untuk ultrasonicator industri, amplitudo yang lebih tinggi berdasarkan permintaan) untuk menghasilkan medan akustik yang intens. Semua perangkat ultrasonik kami, dari laboratorium hingga sistem industri, dibuat untuk operasi 24/7 dalam kondisi tugas berat.
Ekstraktor ultrasonik Hielscher dapat diuji pada skala bench-top untuk uji kelayakan dan pengoptimalan proses. Setelah itu, semua hasil proses dapat diskalakan secara linier menjadi produksi industri penuh. Pengalaman panjang kami dalam pemrosesan ultrasonik memungkinkan kami untuk berkonsultasi dan membantu klien kami mulai dari pengujian pertama dan pengoptimalan proses hingga penerapan operasi industri yang sangat efisien.
Kunjungi laboratorium teknis dan pusat proses kami untuk menjelajahi kemampuan sistem ultrasonik Hielscher!
Sistem ultrasonik kami yang kuat dapat digunakan untuk sonikasi batch dan inline. Untuk produksi minyak esensial, kombinasi sinergis dapat dicapai dengan memasang probe ultrasonik dalam pengaturan hidrodistilasi konvensional. Perkuatan lini produksi yang ada juga dapat dengan mudah dilakukan.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat | 1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
|---|---|---|
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| 15 hingga 150L | 3 hingga 15L / mnt | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Ultrasonicator UP200Ht dengan soxhlet extractor.
(©Djenni, dkk., 2012)
Literatur / Referensi
- 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.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Berhasil Diekstraksi dengan Ultrasonik
Bahan tanaman dan jaringan tanaman berikut terbukti bahwa ekstraksi ultrasonik mencapai hasil ekstraksi yang lebih baik. Ekstraksi ultrasonik memberikan hasil yang lebih tinggi, ekstrak berkualitas tinggi dengan profil senyawa / aroma lengkap dan spektrum rasa penuh.
Herbal & daun: spearmint, mint, Stevia, ganja, hop, kemangi, thyme, merica, oregano, sage, adas, peterseli, kayu putih, Zaitun, teh hijau, teh hitam, boldo, tembakau, peppermint, marjoram, dll.
Bunga (attar): Mawar, lavender, ylang-ylang, melati, nilam, tuberose, mimosa, dll.
Buah-buahan: jeruk, jeruk, lemon, raspberry, tomat, apel, blueberry, bilberry, mandarin, buah anggur, Zaitun, jujube, dll.
Bumbu: kunyitketumbar jahe, laurel, pala, kayu manis, kunyit, vanila, cengkeh, pala, gada dll.
Kayu & Kulit kayu: gaharu, ek, cendana, cedarwood, pinus, kulit kayu manis, dll.
Ekstrak botani mengandung spektrum penuh senyawa aktif dan fitokimia sehingga minyak esensial mengandung lipid, terpen dan terpenoid, fenol, alkaloid, flavonoid, senyawa karbonil, antioksidan, vitamin, pigmen, enzim, dll.
Contoh molekul yang diekstraksi: monoterpen dan monoterpeneoid, sesquiterpenes, limonene, carvone, a-pinene, limonene, 1,8-cineole, cis-ocimene, trans-ocimene, 3-octanone, beta-karoten, α-pinene, kapur barus, camphene, β-pinene, myrcene, para-cymene, limonene, γ-terpinene, linalool, myrtenol, myrtenal, carvone.
Minyak esensial menunjukkan efek antioksidan dan antimikroba, yang membuatnya selain aroma dan rasanya menjadi bahan yang bermanfaat untuk makanan dan produk medis juga.
Minyak esensial, misalnya dari lavender, peppermint, dan kayu putih, sebagian besar diproduksi dengan distilasi uap. Bahan baku tanaman seperti bunga, daun, kayu, kulit kayu, akar, biji, dan kulitnya diekstraksi dengan distilasi air sambil direndam dan direbus dengan air dalam alat distilasi.
hidrodistilasi
Untuk hidrodistilasi, dua bentuk dibedakan: distilasi air dan distilasi uap.
Untuk isolasi minyak esensial dengan distilasi air, bahan tanaman ditempatkan di dalam air untuk direbus. Untuk distilasi uap, uap disuntikkan ke dalam/melalui bahan tanaman. Karena pengaruh air panas dan uap, minyak esensial dilepaskan dari kelenjar lipid di jaringan tanaman. Uap air yang menguap membawa minyak keluar dari bahan tanaman. Setelah itu, uap dikondensasi dalam kondensor dengan pendinginan tidak langsung dengan air. Dari kondensor, ekstrak suling (minyak esensial) mengalir ke pemisah, di mana minyak terpisah secara otomatis dari air sulingan.
Ekstraksi Pelarut
Karena efisiensi, sebagian besar minyak esensial, misalnya untuk industri parfum dan wewangian, diproduksi dengan ekstraksi pelarut, menggunakan pelarut yang mudah menguap, misalnya heksana, di-metilen-klorida, atau petroleum eter. Keuntungan utama dari ekstraksi pelarut dibandingkan distilasi adalah suhu yang seragam (sekitar 50°C) dapat dipertahankan selama proses berlangsung. Karena suhu yang lebih tinggi mengakibatkan degradasi senyawa minyak esensial, minyak yang diekstraksi pelarut ditandai dengan kelengkapan senyawa volatil yang lebih tinggi dan bau yang lebih alami.
CO superkritis2 terbukti menjadi pelarut organik yang sangat baik juga dan oleh karena itu merupakan metode alternatif lain untuk ekstraksi minyak aromatik dari tumbuhan.
Pelarut Ekstraksi
Pelarut organik tradisional untuk ekstraksi termasuk benzena, toluena, heksana, dimetil eter, petroleum eter, di-metilen-klorida, etil asetat, aseton, atau etanol.
Etanol digunakan untuk mengekstrak senyawa harum dari bahan tanaman kering, serta dari minyak atau beton tidak murni yang telah diproduksi pertama kali dengan ekstraksi, ekspresi, atau enfluerage pelarut organik. Ekstrak etanol dari bahan kering dikenal sebagai tincture. Tincture tidak boleh disamakan dengan pencucian etanol, yang dilakukan untuk memurnikan minyak dan beton untuk mendapatkan absolut.
Ketika air digunakan sebagai cairan ekstraksi, prosesnya disebut ekstraksi bebas pelarut.
Minyak esensial
Minyak atsiri dihasilkan dengan ekstraksi dari bahan tanaman. Sebagai bahan baku, berbagai jenis bagian tanaman dapat digunakan, misalnya bunga (misalnya mawar, melati, anyelir, cengkeh, mimosa, rosemary, lavander), daun (misalnya mint, Ocimum spp., serai, jamrosa), daun dan batang (misalnya geranium, nilam, petitgrain, verbena, kayu manis), kulit kayu (misalnya kayu manis, cassia, canella), kayu (misalnya cedar, sandal, pinus), akar (misalnya angelica, sassafras, vetiver, saussurea, valerian), biji (misalnya adas, ketumbar, jintan, adas, pala), buah-buahan (bergamot, jeruk, lemon, juniper), rimpang (misalnya jahe, calamus, temulawak, orris) dan gusi atau eksudasi oleoresin (misalnya balsam Peru, myroxylon balsamum, storax, mur, benzoin).
Beton dan Mutlak
Beton adalah istilah untuk massa semi-padat yang diperoleh dengan ekstraksi pelarut bahan tanaman segar. Bahan tanaman segar sebagian besar diekstraksi menggunakan pelarut nonpolar seperti benzena, toluena, heksana, petroleum eter. Setelah proses ekstraksi, pelarut diuapkan, sehingga residu semi-padat minyak esensial, lilin, resin dan fitokimia lipofilik (hidrofobik) lainnya diperoleh. Inilah yang disebut beton.
Untuk mendapatkan absolut dari beton, beton harus diperlakukan dengan alkohol kuat di mana konstituen tertentu dapat dilarutkan.
Produksi Ultrasonik Nanoemulsi
Minat untuk menggunakan nanoemulsi sebagai sistem pengiriman untuk bahan makanan lipofilik, sebagai pembawa senyawa aktif dalam obat-obatan dan kosmetik tumbuh secara signifikan karena kejernihan optiknya yang tinggi, stabilitas fisik yang baik, dan kemampuan untuk meningkatkan ketersediaan hayati. Ultrasonik emulsi menyiapkan emulsi mikro dan nano yang stabil yang menjamin hasil terbaik dalam produk akhir.
Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang emulsi ultrasonik!
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.