Idrodistillazione a ultrasuoni degli oli essenziali

L’estrazione convenzionale degli oli essenziali è costosa e richiede molto tempo. La sonicazione intensifica l’estrazione, consentendo rese più elevate e una qualità superiore dell’estratto. I sonicatori Hielscher possono essere facilmente integrati in qualsiasi sistema convenzionale di idrodistillazione per migliorare l’efficienza e la qualità.

Idrodistillazione degli oli essenziali da materie prime vegetali

L’idrodistillazione è una variante della distillazione in corrente di vapore utilizzata per estrarre composti fitochimici dal materiale vegetale. In questo processo, il materiale vegetale viene immerso in acqua per un periodo prestabilito, dopodiché la miscela viene riscaldata. I composti volatili vengono trascinati dal vapore, quindi condensati e separati. La distillazione in corrente di vapore, da cui deriva questa tecnica, viene comunemente utilizzata per isolare gli oli essenziali – ad esempio, in profumeria.
Poiché molti composti organici tendono a decomporsi se sottoposti a temperature elevate per periodi prolungati, l’industria sta adottando sempre più metodi di trattamento alternativi e delicati che offrono risultati migliori (qualità superiore e rese più elevate). L’idrodistillazione a ultrasuoni è una di queste tecniche – un metodo di estrazione delicato ma altamente efficiente, utilizzato per produrre oli essenziali di alta qualità.

Sfide della produzione convenzionale di oli essenziali

I problemi delle tecniche di estrazione tradizionali, come la distillazione in corrente di vapore, risiedono nelle enormi quantità di materiale vegetale necessarie per estrarre oli essenziali su scala commerciale. Per 1kg (2 1/4 lb) di olio essenziale di lavanda occorrono circa 200kg (440lb) di fiori freschi di lavanda; per 1kg di olio di rosa sono necessarie tra 2,5 e 5 tonnellate metriche di petali di rosa; per 1kg di olio essenziale di limone, la materia prima consiste in circa 3.000 limoni. Gli oli essenziali sono quindi molto costosi. Per l’assoluta di rosa, il prezzo è di circa 20.000€ (21,000US$) al litro.
Per ottenere vantaggi in termini di redditività e competitività, i produttori di oli essenziali devono adottare metodi di estrazione più efficienti ed efficaci. Le tecniche vantaggiose di estrazione a ultrasuoni superano i metodi di estrazione tradizionali grazie a condizioni di estrazione delicate, rese elevate e qualità superiore dell’estratto. La sonicazione può essere eseguita come estrazione con solventi o senza solventi. In alternativa, l’estrazione a ultrasuoni mediante sonda può essere combinata con sistemi di estrazione comuni, ad esempio l’ estrazione Soxhlet, l’estrazione Clevenger, la CO2 supercritica, l’idrodistillazione ohmica ecc. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, idrodistillazione ohmica a ultrasuoni).

Sono-Clevenger con sonda a ultrasuoni UP200S: un sistema di idrodistillazione intensificata mediante ultrasuoni per un isolamento altamente efficiente degli oli essenziali.
(©Rasouli et al. 2021)

Vantaggi della combinazione di estrazione a ultrasuoni e idrodistillazione

La combinazione di estrazione assistita da ultrasuoni e idrodistillazione è oggi una tecnica consolidata per la produzione di oli essenziali di alta qualità. In quanto tecnica di estrazione non termica, la sonicazione evita la degradazione termica dei composti termosensibili. Allo stesso tempo, l’efficienza di estrazione e le rese degli oli essenziali aumentano significativamente. Di seguito sono illustrati i vantaggi della produzione di oli essenziali mediante ultrasuoni:

1. Elevata efficienza di estrazione: L’estrazione mediante un sonicatore a sonda isola gli oli essenziali in modo più efficiente rispetto ai metodi di estrazione tradizionali, come la distillazione in corrente di vapore o l’estrazione con solventi. Questo avviene perché le onde sonore provocano cavitazione nel liquido, contribuendo a disgregare le pareti cellulari del materiale vegetale e a rilasciare una maggiore quantità di olio essenziale.
2. Tempi di estrazione più brevi: L’estrazione a ultrasuoni permette di estrarre gli oli essenziali in tempi molto più brevi rispetto ai metodi di estrazione tradizionali. Questo avviene perché le intense onde sonore generate da una sonda a ultrasuoni possono penetrare più in profondità nel materiale vegetale, disgregare le cellule vegetali con maggiore efficienza e quindi estrarre l’olio essenziale più rapidamente ed efficacemente.
3. Migliore qualità dell’olio essenziale: Poiché l’estrazione a ultrasuoni è un trattamento non termico, può produrre oli essenziali di qualità superiore rispetto ai metodi di estrazione tradizionali. Questo avviene perché le onde ultrasoniche possono estrarre l’olio essenziale senza danneggiare i delicati composti aromatici che conferiscono all’olio il suo profumo e le sue proprietà terapeutiche.
4. Efficienza energetica: L’estrazione a ultrasuoni è un metodo di estrazione energeticamente efficiente rispetto ai metodi tradizionali, come la distillazione in corrente di vapore, che richiede molta energia per produrre vapore.
5. Rispetto dell’ambiente: La sonicazione è una tecnica di estrazione pulita e rispettosa dell’ambiente, poiché non richiede l’uso di solventi o sostanze chimiche che possono essere dannosi per l’ambiente.

Questi vantaggi rendono l’estrazione a ultrasuoni degli oli essenziali una tecnica altamente efficiente ed economica, che offre numerosi vantaggi rispetto ai metodi di estrazione tradizionali.

Il confronto tra l’anidride carbonica supercritica (sCO₂), l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), l’estrazione con anidride carbonica supercritica combinata con la tecnica di oscillazione della pressione (SCE-PST) e l’estrazione Soxhlet mostra che l’UAE è la tecnica di estrazione più efficiente e rapida.

Studio scientifico: idrodistillazione a ultrasuoni degli oli essenziali

• Materia prima per l’estrazione: Foglie essiccate di timo, salvia, melissa, lavanda e origano
• Aumento della resa degli oli essenziali: fino al 29,58% in più di oli essenziali
• Tempi di trattamento più brevi

Un recente studio di Nenciu et al. (2026) ha dimostrato i vantaggi dell’idrodistillazione assistita da ultrasuoni per gli oli essenziali di timo, salvia, melissa, lavanda e origano. Il materiale vegetale essiccato è stato miscelato con acqua, pretrattato mediante un sonicatore a sonda Hielscher UP400St e successivamente distillato in corrente di vapore. La cavitazione acustica disgrega il tessuto vegetale e le strutture ghiandolari contenenti olio, facilitando il rilascio dei composti volatili prima della distillazione. Nelle condizioni ottimizzate – particelle di biomassa di 1 cm, potenza ultrasonica di 150 W ed estrazione di 85 minuti – la resa dell’olio essenziale è aumentata da 1,42 a 1,84% v/w, con un miglioramento fino al 29,58% rispetto all’idrodistillazione convenzionale di 120 minuti. L’analisi GC-MS ha confermato i composti caratteristici di ciascun olio, tra cui carvacrolo nell’origano, timolo nel timo, citrale e geraniale nella melissa, cineolo e canfora nella salvia, e linalolo e acetato di linalile nella lavanda. I risultati mostrano che il pretrattamento a ultrasuoni può aumentare la resa degli oli essenziali e ridurre i tempi di idrodistillazione, migliorando così l’efficienza complessiva della produzione di oli essenziali.

Sistema di idrodistillazione assistita da ultrasuoni (UAHD): (a) sonicatore UP400St (b) unità di idrodistillazione; (c) sistema di condensazione del vapore + raffreddamento
Immagine e studio: Nenciu et al., 2026

Maggiore resa degli oli essenziali: estrazione a ultrasuoni prima dell’idrodistillazione

Per l’estrazione a ultrasuoni dell’olio essenziale da materiale vegetale (ad esempio lavandino, salvia, agrumi ecc.), è possibile utilizzare un sistema di sonicazione a sonda come UIP2000hdT per l’estrazione su scala da banco, pilota e produttiva. Il sistema di estrazione può essere configurato per il trattamento in lotti o in linea.
Per l’estrazione a ultrasuoni in lotti, si consiglia un contenitore immerso in un bagno di acqua fredda. Il bagno d’acqua consente di evitare un aumento indesiderato della temperatura e la conseguente degradazione. Per l’estrazione dell’olio essenziale di lavandino, i fiori di lavanda vengono sottoposti a estrazione, ad esempio, con 2L di acqua distillata per un tempo di estrazione di 30 min. L’ampiezza ultrasonica viene impostata al 60%. Dopo il pretrattamento a ultrasuoni, i fiori di lavanda vengono rimossi e viene eseguita una distillazione convenzionale in corrente di vapore per estrarre l’olio essenziale.
Per la configurazione di estrazione in linea, il processore a ultrasuoni è dotato di sonotrodo e cella di flusso. Per il raffreddamento, il reattore con cella di flusso è dotato di una camicia di raffreddamento. Per il pretrattamento a ultrasuoni, il materiale vegetale macerato viene pompato attraverso la camera di reazione, dove passa direttamente attraverso la zona di cavitazione. Un ulteriore vantaggio dell’estrazione a ultrasuoni in linea è la possibilità di pressurizzare la camera di reazione per aumentare l’effetto di estrazione.
Il pretrattamento a ultrasuoni prima dell’idrodistillazione aumenta la resa degli oli essenziali estratti e migliora la velocità di estrazione – rendendo la procedura complessivamente più efficiente.

Caso di studio: idrodistillazione a ultrasuoni dell’olio essenziale di Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) hanno studiato l’efficienza di estrazione degli oli essenziali dalla pianta erbacea Satureja khuzistanica Jamzad, confrontando l’idrodistillazione tradizionale e il metodo Clevenger intensificato mediante ultrasuoni (Sono-Clevenger). Hanno confrontato entrambe le tecniche di estrazione, idrodistillazione e Clevenger a ultrasuoni, in termini di tempo di isolamento, resa e qualità degli oli essenziali ottenuti. I risultati mostrano che, mentre il profilo chimico e le proprietà biologiche degli oli essenziali ottenuti presentano entrambi una qualità elevata e comparabile, il metodo di estrazione a ultrasuoni migliora l’efficienza della resa di isolamento degli oli essenziali fino al 40%. Le immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) delle foglie di Satureja trattate rivelano una disgregazione più efficiente delle pareti cellulari vegetali mediante sonicazione. Di conseguenza, è stato osservato un miglioramento dell’estrazione degli oli essenziali di circa il 40% rispetto al metodo di idrodistillazione convenzionale.
Questo studio conferma i risultati di numerosi altri lavori in cui è stato studiato il pretrattamento a ultrasuoni prima dell’idrodistillazione e si è dimostrato che la sonicazione mediante sonda migliora sia la qualità sia la quantità dell’olio essenziale, riducendo al contempo il tempo di estrazione e il consumo energetico rispetto alle tecniche convenzionali.
 

Confronto della resa di estrazione in funzione del tempo per l’idrodistillazione e il metodo sono-clevenger: l’estrazione a ultrasuoni degli oli essenziali con un Sono-Clevenger offre rese più elevate di olio essenziale in tempi di estrazione più brevi.
(©Rasouli et al. 2021)

Immagini SEM delle foglie di Satureja: (A) dopo idrodistillazione per 4 ore e (B) dopo trattamento sono-clevenger per 60 min. Il trattamento Sono-Clevenger, più breve, consente una migliore disgregazione cellulare e quindi rese più elevate di olio essenziale.
(©Rasouli et al. 2021)

Estrattori a ultrasuoni per l’idrodistillazione degli oli essenziali

Gli estrattori a ultrasuoni di potenza Hielscher sono disponibili per installazioni da banco, impianti pilota e impianti industriali. I nostri processori a ultrasuoni sono controllabili con precisione e possono fornire ampiezze molto elevate (fino a 200µm per i sonicatori industriali, con ampiezze maggiori su richiesta) per generare un campo acustico intenso. Tutti i nostri dispositivi a ultrasuoni, dai sistemi da laboratorio a quelli industriali, sono progettati per funzionare 24/7 in condizioni di impiego gravose.
Gli estrattori a ultrasuoni Hielscher possono essere testati su scala da banco per prove di fattibilità e ottimizzazione del processo. Successivamente, tutti i risultati di processo possono essere trasferiti mediante aumento di scala lineare alla piena produzione industriale. La nostra lunga esperienza nel trattamento a ultrasuoni ci consente di fornire consulenza e assistenza ai clienti, dalle prime prove e dall’ottimizzazione del processo fino all’implementazione di un processo industriale altamente efficiente.
Visitate il nostro laboratorio tecnico e centro di processo per scoprire le capacità dei sistemi a ultrasuoni Hielscher!
I nostri robusti sistemi a ultrasuoni possono essere utilizzati per la sonicazione in lotti e in linea. Per la produzione di oli essenziali, è possibile ottenere una combinazione sinergica installando una sonda a ultrasuoni in un sistema convenzionale di idrodistillazione. Anche l’adeguamento delle linee di produzione esistenti può essere eseguito facilmente.

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

Principio di funzionamento dell’estrazione a ultrasuoni degli oli essenziali

È stato dimostrato che l’estrazione a ultrasuoni offre rese di estrazione più elevate e riduce il consumo energetico. Il principio di funzionamento dell’estrazione a ultrasuoni è l’implosione delle bolle generata dalla cavitazione ultrasonica. La cavitazione ultrasonica / acustica genera microgetti di liquido che distruggono le ghiandole contenenti lipidi nel tessuto vegetale. In questo modo, il trasferimento di massa tra cellula e solvente migliora e l’olio essenziale viene rilasciato. Un importante vantaggio dei moderni estrattori a ultrasuoni è il controllo preciso dei parametri operativi (ad esempio intensità ultrasonica, temperatura, tempo di trattamento, pressione, tempo di permanenza ecc.). L’aumento della resa degli oli essenziali, così come la minore degradazione termica, l’alta qualità e un buon profilo aromatico e gustativo, sono scientificamente dimostrati (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Mentre altre moderne tecniche di estrazione offrono possibilità limitate di aumento di scala fino alla produzione industriale, la possibilità di portare l’estrazione a ultrasuoni su scala industriale è già stata dimostrata. Ad esempio, la resa di estrazione degli oli essenziali da agrumi giapponesi è aumentata del 44% rispetto ai metodi di estrazione tradizionali (Mason et al. 2011).

Letteratura / Riferimenti bibliografici

• Nenciu, Florin, Ana-Maria Tăbărașu, Cristina Fătu, Nicolae-Valentin Vlăduț, Iulian Voicea, Sorina Dinu (2026): Ultrasound-Assisted Hydrodistillation of Essential Oils for Eco-Friendly Biocontrol of Botrytis cinerea in Grapevines. Horticulturae 12, no. 9: 1054. 2026
• 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.