Estrazione turbo della cannella con ultrasuoni

L’estrazione tradizionale della cannella richiede molto tempo ed è relativamente inefficiente. L’estrazione a ultrasuoni è una tecnica di intensificazione del processo semplice ma altamente efficiente, che riduce il tempo di estrazione a poche ore e aumenta contemporaneamente la resa in olio essenziale di cannella.

Estrazione migliorata della cannella con ultrasuoni

L’estrazione tradizionale dell’olio essenziale di cannella avviene mediante distillazione in corrente di vapore della corteccia e delle foglie di cannella. La distillazione tradizionale in corrente di vapore è molto lenta e richiede molto tempo. Quanto maggiore è la resa desiderata in olio di cannella, tanto più lunga è la distillazione in corrente di vapore: la distillazione di una caldaia di foglie di cannella può richiedere fino a 12 ore, mentre quella della corteccia di cannella può richiedere più di 24 ore. L’estrazione a ultrasuoni disgrega le strutture cellulari della corteccia e delle foglie di cannella, consentendo il rilascio rapido e completo dell’olio di cannella. L’estrazione a ultrasuoni accelera significativamente la distillazione in corrente di vapore, riducendo il tempo di lavorazione da un giorno intero a poche ore e aumentando al contempo la resa in olio essenziale di cannella.
L’estrazione a ultrasuoni libera l’intero spettro dei composti aromatici della cannella, tra cui cinnamaldeide, linalolo, eugenolo e acido cinnamico. La produzione di un estratto contenente l’intero spettro di composti dell’olio essenziale di alta qualità è alla base della qualità superiore degli oli di cannella estratti con ultrasuoni. In particolare, la cinnamaldeide, il principale composto organico, conferisce alla cannella il suo sapore e profumo caratteristici. Poiché la sonicazione è un trattamento non termico, i composti dell’olio essenziale sono protetti dalla degradazione termica. L’estrazione a ultrasuoni produce quindi oli essenziali dall’aroma intenso che soddisfano i più elevati standard qualitativi.
L’estrazione a ultrasuoni può essere applicata alla corteccia e alle foglie di cannella. L’olio delle foglie di cannella ha un profumo più intenso rispetto all’olio della corteccia. Le foglie di cannella contengono elevate quantità di eugenolo.

Perché l’estrazione a ultrasuoni supera la distillazione in corrente di vapore

Per produrre oli essenziali dalla cannella mediante distillazione in corrente di vapore, gli oli essenziali devono prima essere liberati dalla matrice vegetale, ossia dalle cellule vegetali delle foglie o della corteccia di cannella. Nella distillazione in corrente di vapore, il materiale vegetale della cannella viene fatto bollire in caldaie per un massimo di 24 ore. Il solo calore è relativamente inefficiente nel disgregare le strutture cellulari e nel liberare gli oli essenziali intrappolati. Generalmente, l’ebollizione non libera completamente gli oli essenziali intrappolati e grandi quantità di oli residui vengono sprecate perché non sono state estratte. Dopo il processo di estrazione termica, si procede alla distillazione in corrente di vapore. Viene quindi fatta bollire una miscela di due liquidi immiscibili, ossia olio essenziale e acqua. La miscela inizia a bollire quando la loro pressione di vapore complessiva è pari a 760 mm Hg. Il punto di ebollizione di una miscela di acqua e olio essenziale sarà quindi inferiore al punto di ebollizione di ciascun componente considerato separatamente. L’idrodistillazione tradizionale presenta notevoli svantaggi: il lungo processo di ebollizione e trattamento con vapore richiede molto tempo e molta energia.
L’estrazione a ultrasuoni funziona mediante cavitazione acustica. La cavitazione acustica si verifica quando onde ultrasoniche di potenza vengono accoppiate a un liquido, ad esempio una sospensione di materiale vegetale in un solvente o in acqua. Le onde ultrasoniche attraversano il liquido, generando cicli alternati di alta pressione / bassa pressione. Durante i cicli di bassa pressione si formano minuscole bolle di vuoto, le cosiddette bolle di cavitazione, che crescono nel corso di diversi cicli di pressione. Raggiunta una certa dimensione, quando le bolle non possono più assorbire energia, implodono violentemente durante un ciclo di alta pressione. L’implosione delle bolle è caratterizzata da intense forze di cavitazione, tra cui microturbolenze e flussi di liquido con velocità fino a 100m/s. Questi effetti di taglio dovuti alla cavitazione sono noti anche come effetti sonomeccanici. L’estrazione a ultrasuoni delle molecole bioattive è causata principalmente dagli effetti sonomeccanici: l’agitazione e le turbolenze disgregano le cellule e favoriscono il trasferimento di massa. Ciò significa che le molecole bioattive, quali oli essenziali, polifenoli, terpeni e cannabinoidi, vengono liberate dalla matrice delle cellule vegetali nel solvente.
Il vantaggio dell’estrazione a ultrasuoni rispetto al metodo tradizionale di ebollizione e distillazione in corrente di vapore consiste nell’estrazione di quantità comparativamente maggiori di oli essenziali e altri composti organici in un tempo significativamente più breve. Le rese di estrazione più elevate evitano lo spreco di materia prima e rendono l’estrazione più redditizia. I risparmi di tempo ed energia ottenuti con l’estrazione a ultrasuoni sono considerevoli. Essendo un metodo non termico, l’estrazione a ultrasuoni protegge i composti termosensibili dalla degradazione indotta dal calore.
Le temperature moderate e il breve tempo di lavorazione sono importanti vantaggi dell’estrazione a ultrasuoni, poiché impediscono la decomposizione termica degli estratti naturali. Ciò rende l’estrazione a ultrasuoni altamente efficiente e permette alla sonicazione di produrre oli essenziali di qualità superiore.

Casi di studio sull’estrazione della cannella a ultrasuoni

La ricerca e l’industria hanno già adottato l’estrazione a ultrasuoni per la produzione di oli essenziali di alta qualità da numerose materie prime vegetali, tra cui foglie e corteccia di cannella.

Idrodistillazione della cannella a ultrasuoni

Chen et al. (2020) hanno studiato l’idrodistillazione potenziata dagli ultrasuoni e hanno concluso che la sonicazione migliorava significativamente il processo di distillazione. La distillazione in corrente di vapore a ultrasuoni ha fornito rese più elevate in olio di cannella con tempi di estrazione drasticamente ridotti. Mediante analisi GC-MS, hanno dimostrato che l’idrodistillazione assistita da ultrasuoni forniva un olio essenziale di maggior pregio, con un contenuto elevato del composto principale, la trans-cinnamaldeide, rispetto all’idrodistillazione tradizionale. La micrografia elettronica a scansione (SEM) ha confermato l’efficienza della sonicazione per l’estrazione dell’olio di cannella. Inoltre, l’analisi del consumo elettrico e delle emissioni di CO2 mostra che il processo di idrodistillazione assistita da ultrasuoni è l’approccio più economico e rispettoso dell’ambiente. Chen et al. concludono quindi che l’idrodistillazione assistita da ultrasuoni è una tecnologia efficiente ed ecologica per l’estrazione dell’olio essenziale di cannella, in grado di migliorare la quantità e la qualità degli oli di cannella.

Estrazione della cannella a ultrasuoni con solventi eutettici profondi

L’estrazione a ultrasuoni con solventi eutettici profondi si è dimostrata una tecnica superiore per ottenere rese elevate in trans-cinnamaldeide e cumarina dalla corteccia di cannella.
In condizioni ottimali, il metodo ha fornito contenuti di trans-cinnamaldeide e cumarina superiori a quelli ottenuti con metodi convenzionali (estrazione a riflusso, Soxhlet e macerazione) utilizzando solventi organici (etanolo al 96%). Le condizioni ottimali per l’estrazione a ultrasuoni con solventi eutettici profondi naturali sono risultate essere l’impiego di cloruro di colina-acido citrico (ChCl-CA), con un’aggiunta del 40% di acqua e un tempo di estrazione di 30 minuti, per estrarre trans-cinnamaldeide (9,24 ± 0,01 mg/g) e cumarina (11,6 ± 0,11 mg/g) dalla corteccia di cannella (C. burmannii Blume). Sono necessarie ulteriori indagini per esplorare l’attività farmacologica della trans-cinnamaldeide e della cumarina della corteccia di cannella. (cfr. Aryati et al. 2020)

Immagine della superficie della corteccia di cannella ottenuta mediante microscopia elettronica a scansione con ingrandimento 1000x; polvere essiccata (a); dopo estrazione per macerazione (b); dopo estrazione a riflusso (c); dopo estrazione Soxhlet (d); dopo estrazione con NADES-UAE ChCl-CA (e).
studio e immagine di Aryati et al. 2020

Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni

L’estrazione a ultrasuoni è una tecnologia di lavorazione affidabile, che facilita e accelera la produzione di oli essenziali di alta qualità. La gamma di Hielscher Ultrasonics comprende tutte le soluzioni, dai sonicatori compatti da laboratorio ai sistemi di estrazione industriali. Noi di Hielscher possiamo quindi offrirvi il sonicatore più adatto alla capacità di processo prevista. Il nostro personale, con molti anni di esperienza, vi assisterà dalle prove di fattibilità e dall’ottimizzazione del processo fino all’installazione del vostro sistema a ultrasuoni alla scala produttiva finale.
L’ingombro ridotto dei nostri estrattori a ultrasuoni e la versatilità delle opzioni di installazione ne consentono l’impiego anche in impianti di lavorazione con spazi limitati. I processori a ultrasuoni sono installati in tutto il mondo in stabilimenti di produzione di alimenti, prodotti farmaceutici e integratori alimentari.

Hielscher Ultrasonics – Apparecchiature di estrazione avanzate

La gamma di prodotti di Hielscher Ultrasonics comprende l’intero spettro di estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni, dalla piccola alla grande scala. Gli accessori aggiuntivi consentono di assemblare facilmente la configurazione del dispositivo a ultrasuoni più adatta al vostro processo di estrazione. La configurazione ottimale del sistema a ultrasuoni dipende dalla capacità prevista, dal volume, dalla materia prima, dal processo in lotti o in linea e dai tempi previsti.

In lotti e in linea

I sonicatori Hielscher possono essere utilizzati per la lavorazione in lotti e a flusso continuo. La lavorazione a ultrasuoni in lotti è ideale per le prove di processo, l’ottimizzazione e la produzione su piccola e media scala. Per lavorare grandi volumi di materie prime vegetali, ad esempio foglie e corteccia di cannella, la lavorazione in linea può essere più vantaggiosa. Sebbene la lavorazione in lotti richieda solo una configurazione molto semplice, comporta un maggiore impiego di tempo e manodopera. Un processo di estrazione continuo in linea richiede una configurazione avanzata – costituita da una pompa, tubi flessibili o tubazioni e serbatoi – ma è più efficiente, più rapido e richiede significativamente meno manodopera. Hielscher Ultrasonics dispone della configurazione di estrazione più adatta al vostro volume di estrazione e ai vostri obiettivi di processo.

Estrattori a ultrasuoni per ogni capacità produttiva

La gamma di prodotti di Hielscher Ultrasonics comprende l’intero spettro di processori a ultrasuoni, dai sonicatori compatti da laboratorio ai sistemi da banco e pilota, fino ai processori a ultrasuoni completamente industriali con una capacità di lavorazione pari a interi carichi di camion ogni ora. La gamma completa di prodotti ci consente di offrirvi l’estrattore a ultrasuoni più adatto alla vostra materia prima, alla capacità di processo e agli obiettivi di produzione.
I sistemi a ultrasuoni da banco sono ideali per le prove di fattibilità e l’ottimizzazione del processo. L’aumento lineare di scala, basato su parametri di processo consolidati, rende molto semplice aumentare le capacità di lavorazione da piccoli lotti alla produzione commerciale su vasta scala. L’aumento di scala può essere realizzato installando un estrattore a ultrasuoni più potente oppure raggruppando diversi sonicatori in parallelo. Con il UIP16000, Hielscher offre l’estrattore a ultrasuoni più potente al mondo.

Ampiezze controllabili con precisione per risultati ottimali

Tutti i sonicatori Hielscher sono controllabili con precisione e costituiscono quindi strumenti di lavoro affidabili per la produzione. L’ampiezza è uno dei parametri di processo fondamentali che influenzano l’efficienza e l’efficacia dell’estrazione a ultrasuoni degli oli essenziali dalla cannella.
Tutti i processori di Hielscher Ultrasonics consentono di impostare con precisione l’ampiezza. I sonotrodi e gli amplificatori di ampiezza sono accessori che permettono di modificare l’ampiezza in un intervallo ancora più ampio. I processori a ultrasuoni industriali di Hielscher possono generare ampiezze molto elevate e fornire l’intensità ultrasonica necessaria per applicazioni impegnative. È possibile mantenere facilmente ampiezze fino a 200µm in funzionamento continuo 24/7.
Le impostazioni precise dell’ampiezza e il monitoraggio costante dei parametri del processo a ultrasuoni mediante software intelligente vi consentono di trattare le foglie e la corteccia di cannella nelle condizioni ultrasoniche più efficaci. Sonicazione ottimale per i migliori risultati di estrazione!
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi. Ciò rende le apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher strumenti di lavoro affidabili che soddisfano le vostre esigenze di estrazione.

Prove semplici e senza rischi

I processi a ultrasuoni possono essere scalati in modo completamente lineare. Ciò significa che ogni risultato ottenuto utilizzando un sonicatore da laboratorio o da banco può essere trasferito a una scala maggiore ottenendo esattamente lo stesso risultato e utilizzando esattamente gli stessi parametri di processo. Questo rende la sonicazione ideale per prove di fattibilità senza rischi, per l’ottimizzazione del processo e per la successiva implementazione nella produzione commerciale. Contattateci per scoprire come la sonicazione può aumentare la vostra produzione di estratto di cannella.

Massima qualità – Progettazione e produzione in Germania

In quanto azienda a proprietà e gestione familiare, Hielscher dà priorità ai più elevati standard qualitativi per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti i sonicatori sono progettati, prodotti e sottoposti a test approfonditi presso la nostra sede centrale di Teltow, vicino a Berlino, in Germania. La robustezza e l’affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher ne fanno strumenti di lavoro instancabili nella vostra produzione. Il funzionamento 24/7 a pieno carico e in ambienti impegnativi è una caratteristica naturale dei miscelatori ad alte prestazioni di Hielscher.

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri sonicatori: