超音波によるシナモンのターボ抽出

従来のシナモン抽出は時間がかかり、比較的非効率的でした。超音波抽出は、抽出時間を数時間に短縮し、同時にシナモン精油の収量を増加させる、シンプルでありながら非常に効率的なプロセス強化技術です。

超音波によるシナモン抽出の改善

伝統的なシナモン精油の抽出は、シナモンの樹皮と葉の水蒸気蒸留によって行われる。伝統的な水蒸気蒸留は非常に時間がかかる。目標とするシナモンオイルの収量が高ければ高いほど、水蒸気蒸留は長くなります。つまり、桂皮の水蒸気蒸留は24時間以上かかるのに対し、桂皮の水蒸気蒸留は12時間もかかるのです。超音波抽出は、桂皮と葉の細胞構造を破壊し、桂皮オイルが迅速かつ完全に放出されるようにします。超音波抽出は水蒸気蒸留を大幅に加速させ、処理時間を丸一日から数時間に短縮し、同時にシナモン精油の収量を増加させます。
超音波抽出は、シンナムアルデヒド、リナロール、オイゲノール、桂皮酸を含む芳香性シナモン化合物の全スペクトルを放出します。高品質のエッセンシャルオイル化合物のフルスペクトルエキスを与えることが、超音波抽出されたシナモンオイルの優れた品質の理由です。特にシンナムアルデヒドは、シナモンの特徴的な風味と香りを与える主な有機化合物である。超音波処理は非加熱処理であるため、エッセンシャルオイル化合物は熱劣化を防ぐことができる。そのため、超音波抽出は、最高の品質基準を満たすアロマが強いエッセンシャルオイルを生産する。
超音波抽出はシナモンの樹皮と葉に適用できる。シナモンの葉のオイルは樹皮のオイルに比べて香りが強い。シナモンの葉には多量のオイゲノールが含まれています。

超音波抽出が水蒸気蒸留に勝る理由

水蒸気蒸留法でシナモンからエッセンシャルオイルを製造するには、まずエッセンシャルオイルを植物のマトリックス（シナモンの葉や樹皮に含まれる植物細胞）から放出させなければなりません。水蒸気蒸留法では、シナモンの植物を釜で最大24時間沸騰させます。熱だけでは、細胞構造を破壊し、閉じ込められたエッセンシャルオイルを放出するには比較的効率が悪い。一般的に、煮沸では閉じ込められたエッセンシャルオイルは完全に放出されず、抽出されなかった残留オイルが多量に無駄になる。加熱抽出工程の後、水蒸気蒸留が行われる。そのため、混じり合わない2つの液体（エッセンシャルオイルと水）の混合物を沸騰させます。混合液は、それらの合計蒸気圧が760mmHgに等しくなると沸騰し始める。従って、水とエッセンシャルオイルの混合物の沸点は、どちらかの成分単独の沸点よりも低くなる。伝統的な水蒸気蒸留法には大きな欠点がある：長い煮沸と蒸し工程は、時間とエネルギーを非常に消費する。
超音波抽出は音響キャビテーションによって機能する。音響キャビテーションは、超音波が液体(例えば、溶媒または水中の植物材料からなる懸濁液)にカップリングされるときに発生します。超音波は液体中を伝わり、高圧と低圧を交互に繰り返します。低圧サイクルの間、微小な真空気泡（いわゆるキャビテーション気泡）が発生し、数回の圧力サイクルを経て成長する。ある大きさになると、気泡がそれ以上のエネルギーを吸収できなくなり、高圧サイクル中に激しく内破する。気泡の爆縮は、微小乱流や最大100m/sの流速を持つ液体の流れなど、強烈なキャビテーション力によって特徴づけられる。これらのキャビテーショナル・シア効果は、ソノメカニカル効果としても知られている。生物活性分子の超音波抽出は、主にソノメカニカル効果によって引き起こされる：撹拌と乱流は細胞を破壊し、物質移動を促進する。つまり、エッセンシャルオイル、ポリフェノール、テルペン、カンナビノイドなどの生理活性分子は、植物細胞のマトリックスから溶媒中に放出される。
従来の煮沸や水蒸気蒸留法よりも超音波抽出法が優れている点は、短時間でエッセンシャルオイルやその他の有機化合物を比較的多く抽出できることです。高い抽出収率は原料の浪費を避け、抽出をより有利にします。超音波抽出によって達成される時間とエネルギーの節約は相当なものである。非加熱法である超音波抽出は、熱に敏感な化合物の熱による劣化を防ぐ。
天然エキスの熱分解が防止されるため、穏やかな温度と短い処理時間は超音波抽出の大きな利点である。このため、超音波抽出は非常に効率的であり、その結果、超音波処理によって優れた品質のエッセンシャルオイルが得られる。

超音波シナモン抽出のケーススタディ

シナモンの葉や樹皮を含む多くの植物から高品質のエッセンシャルオイルを製造するために、研究や産業界はすでに超音波抽出を採用している。

シナモンの超音波水素蒸留

Chenら(2020)は超音波による水蒸気蒸留を研究し、超音波処理によって蒸留プロセスが著しく改善されると結論づけた。超音波水蒸気蒸留により、抽出時間が大幅に短縮され、高い収率のシナモンオイルが得られた。GC-MS分析により、超音波水蒸気蒸留は、従来の水蒸気蒸留と比較して、主成分であるトランス-シンナムアルデヒドの含有量が高く、より価値のある精油を提供することが示された。走査型電子顕微鏡写真(SEM)により、超音波処理によるシナモンオイル抽出の効率性が確認された。さらに、電力消費量とCO2排出量の分析から、超音波アシスト水蒸留プロセスがより経済的で環境に優しいアプローチであることが示された。したがって、Chenらは、超音波アシスト水蒸留は、シナモン精油抽出のための効率的で環境に優しい技術であり、シナモンオイルの量と品質を向上させることができるとまとめている。

深部共晶溶媒を用いた超音波シナモン抽出

深部共晶溶媒を用いた超音波抽出は、桂皮からトランス-シンナムアルデヒドとクマリンを高収率で抽出する優れた技術であることが示されている。
最適条件下での超音波抽出法は、有機溶媒（96％エタノール）を用いた従来法（還流法、ソックスレー法、浸漬法）よりも高いトランス-シンナムアルデヒドおよびクマリン含量を示した。天然深部共晶溶媒を用いた超音波抽出の最適条件は、塩化コリン-クエン酸（ChCl-CA）に40％の水を加え、抽出時間を30分とすることで、桂皮（C. burmannii Blume）からトランス-桂皮アルデヒド（9.24±0.01 mg/g）とクマリン（11.6±0.11 mg/g）を抽出できることがわかった。桂皮から抽出したトランス-シンナムアルデヒドとクマリンの薬理学的活性を探索するために、さらなる調査を行う必要がある（cf. Aryati et al.）

走査型電子顕微鏡による桂皮の表面像（1000倍）；乾燥粉末（a）；浸漬抽出後（b）；還流抽出後（c）；ソックスレー抽出後（d）；NADES-UAE ChCl-CAによる抽出後（e）。
Aryatiらによる研究と写真（2020年

高性能超音波抽出機

超音波抽出は、高品質なエッセンシャルオイルの生産を促進する、信頼性の高い処理技術です。Hielscher Ultrasonicsの製品ラインアップは、コンパクトなラボ用超音波発生装置から工業用抽出システムまで、あらゆる範囲をカバーしています。そのため、私たちHielscherは、お客様の想定される処理能力に最適な超音波装置を提供することができます。長年経験を積んだスタッフが、フィージビリティテストやプロセスの最適化から、最終生産レベルでの超音波システムの設置まで、お客様をサポートいたします。
当社の超音波抽出装置は、設置面積が小さいだけでなく、設置オプションが多様であるため、小スペースの処理施設にも適合します。超音波処理装置は、食品、医薬品、栄養補助食品の製造施設に世界中で設置されています。

Hielscher Ultrasonics – 洗練された抽出装置

Hielscher Ultrasonicsの製品ラインナップは、小規模から大規模まで、高性能超音波抽出装置の全範囲をカバーしています。追加アクセサリーにより、抽出プロセスに最適な超音波装置構成を簡単に組み立てることができます。最適な超音波セットアップは、想定される容量、量、原料、バッチまたはインラインプロセス、タイムラインによって異なります。

バッチとインライン

Hielscher社の超音波処理装置は、バッチ処理および連続フロースルー処理に使用できます。超音波バッチ処理は、プロセスのテスト、最適化、中小規模の生産レベルに最適です。大量の植物原料（シナモンの葉や樹皮など）を生産する場合は、インライン処理の方が有利な場合があります。バッチ処理は非常に簡単なセットアップで済むが、時間と労力がかかる。連続インライン抽出プロセスには、高度なセットアップが必要です。 – ポンプ、ホース、パイプ、タンクで構成されていますが、より効率的で、より速く、より少ない労力で済みます。Hielscher Ultrasonicsは、お客様の抽出量とプロセス目標に最適な抽出セットアップを提供します。

あらゆる製品容量に対応する超音波抽出機

Hielscher Ultrasonicsの製品レンジは、コンパクトな実験用超音波処理装置から、ベンチトップやパイロットシステム、1時間にトラック1台分の処理能力を持つ産業用超音波処理装置まで、あらゆる超音波処理装置をカバーしています。お客様の原料、処理能力、生産目標に最適な超音波抽出装置をご提案いたします。
超音波ベンチトップ・システムは、フィージビリティ・テストやプロセスの最適化に最適です。確立されたプロセスパラメーターに基づくリニアなスケールアップにより、小ロットから完全な商業生産まで、処理能力を非常に簡単に向上させることができます。スケールアップは、より強力な超音波抽出ユニットを設置するか、複数の超音波処理装置を並列にクラスタリングすることで可能です。UIP16000により、Hielscher社は世界で最も強力な超音波抽出装置を提供します。

最適な結果を得るために正確に制御可能な振幅

Hielscher社の超音波発生装置は、すべて精密に制御可能であり、生産現場において信頼性の高い作業馬となります。振幅は、シナモンからのエッセンシャルオイルの超音波抽出の効率と効果に影響を与える重要なプロセスパラメータの1つです。
すべての Hielscher Ultrasonics’ プロセッサーにより、振幅を正確に設定できます。ソノトロードとブースターホーンは、さらに広い範囲で振幅を変更できるアクセサリーです。Hielscherの工業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供し、要求の厳しいアプリケーションに必要な超音波強度を提供することができます。最大200µmの振幅は、24時間365日の連続運転が可能です。
正確な振幅設定と、スマートソフトウェアによる超音波プロセスパラメータの常時モニタリングにより、シナモンの葉や樹皮を最も効果的な超音波条件で処理することができます。最適な超音波処理で最良の抽出結果が得られます！
Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、過酷な環境下でも24時間365日の稼働が可能です。これにより、Hielscherの超音波装置は、お客様の抽出要件を満たす信頼性の高い作業ツールとなります。

簡単でリスクのないテスト

超音波プロセスは、完全にリニアにスケールすることができます。つまり、実験室やベンチトップの超音波発生装置を使用して達成したすべての結果は、まったく同じプロセスパラメーターを使用して、まったく同じ出力にスケールアップすることができます。このため、超音波処理は、リスクのない実現可能性試験、プロセスの最適化、その後の商業生産への導入に理想的です。超音波処理によって、どのようにシナモンエキスの生産量を増加させることができるかについては、当社までお問い合わせください。

最高品質 – ドイツで設計・製造

家族経営の企業として、Hielscher社は超音波プロセッサーの最高品質基準を優先しています。すべての超音波処理装置は、ドイツ・ベルリン近郊のテルトウにある本社で設計、製造、徹底的なテストが行われています。Hielscherの超音波装置は、頑丈で信頼性が高いため、お客様の生産現場で活躍します。全負荷、過酷な環境下での24時間365日の稼働は、Hielscherの高性能ミキサーの当然の特徴です。

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：