エッセンシャルオイルの超音波水蒸留

• 従来のエッセンシャルオイルの抽出は、高価で時間がかかります。
• 超音波抽出は、より高い収率と優れた抽出品質を提供します。
• 超音波は、溶媒または水ベースの抽出方法として実施することができる。あるいは、超音波処理を従来の抽出システムと組み合わせて、効率と品質を向上させることもできます。

植物抽出物の水蒸留

水蒸気蒸留は、水蒸気蒸留の変形です。水蒸留抽出のためには、植物材料を水にしばらく浸した後、混合物を加熱し、揮発性物質を蒸気中に運び去り、凝縮して分離する。植物材料から植物化学物質を分離することは、一般的な抽出プロセスです。水蒸気蒸留は、香水などのエッセンシャルオイルを分離するための一般的な手法です。
多くの有機化合物は高い持続温度で分解する傾向があるため、業界では、より優れた抽出結果(優れた品質、より高い収率)が得られる、代替のマイルドな処理方法の使用に踏み込んでいます。超音波水蒸留は、穏やかでありながら非常に効率的な抽出技術であり、高品質のエッセンシャルオイルを製造するために使用されます。

従来のエッセンシャルオイル生産の課題

水蒸気蒸留などの従来の抽出技術の問題は、商業規模でエッセンシャルオイルを抽出するために必要な大量の植物材料にあります。1kg(2 1/4ポンド)のラベンダーエッセンシャルオイルには約200kg(440ポンド)の新鮮なラベンダーの花が必要であり、1kgのローズオイルには2.5〜5メートルトンのバラの花びらが必要であり、レモンエッセンシャルオイル1kgには約3,000個のレモンが原料として含まれています。したがって、エッセンシャルオイルは非常に高価です。ローズアブソリュートの場合、価格は1リットルあたり約20.000ユーロ(21,000US $)です。
収益性と競争力に関して利点を得るために、エッセンシャルオイルの生産者は、より効率的で効果的な抽出方法を実装する必要があります。超音波抽出の好ましい技術は、穏やかな抽出条件、高収率および優れた抽出品質による伝統的な抽出方法に優れています。超音波処理は、溶媒ベースまたは無溶媒抽出として行うことができる。あるいは、超音波プローブタイプの抽出は、一般的な抽出システムと組み合わせることができます。 ソックスレー抽出、クレベンジャー抽出、超臨界CO2、オーミック水蒸留など(ソノソックスレー、Sono-Clevenger、Sono-scCO2、超音波オーミック水蒸留)。

超音波抽出と水蒸留の利点

超音波支援抽出および水素化蒸留は、今日では高品質のエッセンシャルオイルを製造するための確立された技術です。非熱抽出技術として、超音波処理は熱感受性化合物の熱劣化を回避します。同時に、抽出効率とエッセンシャルオイルの収率が大幅に向上します。超音波エッセンシャルオイル製造の利点を以下で見つけてください。

1. 高い抽出効率: プローブ型超音波装置を使用した抽出は、水蒸気蒸留や溶媒抽出などの従来の抽出方法よりも効率的にエッセンシャルオイルを分離します。これは、音波が液体中にキャビテーションを引き起こし、植物材料の細胞壁を破壊し、エッセンシャルオイルをより多く放出するのに役立つためです。
2. 抽出時間の短縮: 超音波抽出は、従来の抽出方法よりもはるかに短時間でエッセンシャルオイルを抽出することができます。これは、超音波プローブによって生成される強力な音波が植物材料をより深く浸透させ、優れた効率で植物細胞を破壊し、したがってエッセンシャルオイルをより迅速かつ効果的に抽出できるためです。
3. エッセンシャルオイルの品質向上: 超音波抽出は非熱処理であるため、従来の抽出方法よりも高品質のエッセンシャルオイルを製造することができます。これは、超音波がオイルに香りと治療特性を与える繊細な芳香族化合物を損なうことなくエッセンシャルオイルを抽出できるためです。
4. エネルギー効率: 超音波抽出は、蒸気を生成するために多くのエネルギーを必要とする水蒸気蒸留などの従来の方法と比較して、エネルギー効率の高い抽出方法です。
5. グリーン： 超音波処理は、環境に害を及ぼす可能性のある溶剤や化学物質の使用を必要としないため、清潔で環境に優しい抽出技術です。

これらの利点により、超音波エッセンシャルオイル抽出は、従来の抽出方法に比べて多くの利点を提供する非常に効率的で経済的な技術に変わります。

超音波抽出は、最高の抽出収率を生成するために非常に短い時間しか必要としません。超臨界二酸化炭素(sCO2)、超音波支援抽出(UAE)、圧力スイング技術と組み合わせた超臨界二酸化炭素抽出(SCE-PST)、およびソックスレー抽出の比較は、UAEが最も効率的で迅速な抽出技術であることを示しています。

超音波エッセンシャルオイル抽出の動作原理

超音波抽出は、より高い抽出収率をもたらし、エネルギー消費を削減することが証明されています。超音波抽出の動作原理は、超音波キャビテーションによって生成される気泡の爆縮です。超音波。音響キャビテーションは、植物組織の脂質含有腺を破壊する液体マイクロジェットを生成します。これにより、細胞と溶媒との間の物質移動が改善され、エッセンシャルオイルが放出されます。今日の最新の超音波抽出器の主な利点は、動作パラメータ(超音波強度、温度、処理時間、圧力、保持時間など)の正確な制御です。エッセンシャルオイルの収率向上、熱劣化の低減、高品質、優れた香りと風味プロファイルは科学的に証明されています (Porto et al. 2009;Asfaw et al. 2005).
他の現代の抽出技術は工業生産へのスケールアップのための限られた能力しか提供しませんが、超音波抽出を工業レベルにスケールアップする効力はすでに証明されています。例えば、日本の柑橘類からのエッセンシャルオイルの抽出収率は、従来の抽出方法と比較して44%増加しました (Mason et al. 2011).

エッセンシャルオイルの抽出のための超音波前処理

植物材料(例えば、ラバンディン、セージ、柑橘類など)からのエッセンシャルオイルの超音波抽出のために、UIP2000hdTのようなプローブ型超音波処理システムは、ベンチトップ、パイロットおよび生産規模での抽出に使用することができる。抽出システムは、バッチシステムまたはインラインシステムとしてセットアップできます。
超音波バッチ抽出には、冷水浴を囲む容器が推奨されます。ウォーターバスは、望ましくない温度上昇とそれに伴う劣化を回避することができます。ラバンディンエッセンシャルオイル抽出の場合、ラベンダーの花は、例えば2Lの蒸留水で30分間抽出されます。超音波振幅は60%に設定されています。超音波前処理の後、ラベンダーの花を取り除き、エッセンシャルオイルを抽出するために従来の水蒸気蒸留を行います。
インライン抽出のセットアップでは、超音波プロセッサはソノトロードとフローセルを装備しています。冷却目的のために、フローセルリアクターには冷却ジャケットが装備されています。超音波前処理のために、浸軟した植物材料は反応チャンバーを通してポンプで送られ、そこでキャビテーションゾーンを直接通過します。超音波インライン抽出のさらなる利点は、抽出効果を高めるために反応チャンバーを加圧する可能性である。
水蒸留前の超音波前処理は、抽出されたエッセンシャルオイルの収率を増加させ、抽出速度を向上させます – その結果、全体的に効率的な手順が得られます。

超音波プローブUP200S付きソノクレベンジャー:高効率のエッセンシャルオイル分離のための超音波強化水蒸留セットアップ。(©Rasouli et al. 2021)

ケーススタディ:Satureja khuzistanicaからのエッセンシャルオイルの超音波水蒸留

Rasouli et al. (2021) は、ハーブ植物 Satureja khuzistanica Jamzad からのエッセンシャル オイルの抽出効率を調査し、従来の水化蒸留と超音波強化クレベンジャー (Sono-Clevenger) を比較しました。彼らは、得られたエッセンシャルオイルの分離時間、収率、および品質に関して、水素化蒸留と超音波クレベンジャーの両方の抽出技術を比較しました。結果は、得られたエッセンシャルオイルの化学的プロファイルと生物学的特性の両方が同等の高品質である一方で、超音波抽出法はエッセンシャルオイルの分離収率を最大40%向上させることを示しています。処理されたSaturejaの葉の走査型電子顕微鏡写真(SEM)画像は、超音波処理による植物細胞壁のより効率的な破壊を明らかにしています。その結果、エッセンシャルオイル抽出は、従来の水化蒸留法と比較して約40%向上することが観察されました。
この研究は、水化蒸留前の超音波前処理が調査され、プローブ型超音波処理がエッセンシャルオイルの品質と量の両方を向上させる一方で、抽出時間とエネルギー消費を従来の技術と比較して減少させることが示された他の多くの報告の結果を強調しています。
 

水化蒸留とソノクレベンジャー法の時間の関数としての抽出収率の比較:ソノクレベンジャーによる超音波エッセンシャルオイル抽出は、より短い抽出時間でエッセンシャルオイルのより高い収率を与える。(©Rasouli et al. 2021)

Saturejaの葉のSEM:(A)4時間水化蒸留後、および(B)ソノクレベンジャー処理後60分間。Sono-Clevenger処理が短いほど、細胞破壊が改善され、エッセンシャルオイルの収量が増加します。(©Rasouli et al. 2021)

エッセンシャルオイル水蒸留用超音波抽出器

ヒールシャーパワー超音波抽出器は、ベンチトップ、パイロットプラントおよび産業プラントの設置に利用できます。当社の超音波プロセッサは正確に制御可能であり、非常に高い振幅(工業用超音波装置の場合は最大200μm、要求に応じてより高い振幅)を提供して、強烈な音場を生成することができます。ラボから産業システムまで、当社のすべての超音波デバイスは、ヘビーデューティ条件下での24/7操作用に構築されています。
ヒールシャー超音波抽出器は、実現可能性試験とプロセス最適化のためにベンチトップスケールでテストすることができます。その後、すべてのプロセス結果を完全な工業生産に直線的に拡大することができます。超音波加工における当社の長年の経験により、最初のテストやプロセスの最適化から高効率の工業運用の実施まで、お客様に相談し、支援することができます。
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当社の堅牢な超音波システムは、バッチおよびインライン超音波処理に使用できます。エッセンシャルオイルの生産では、従来の水化蒸留装置に超音波プローブを設置することで相乗的な組み合わせを実現できます。既存の生産ラインのレトロフィットも簡単に行えます。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。