エッセンシャルオイルの超音波加水蒸留

• 従来のエッセンシャルオイルの抽出は高価で時間もかかる。
• 超音波抽出は、より高い収率と優れた抽出品質をもたらす。
• 超音波は、溶媒または水を用いた抽出法として実施することができる。また、超音波処理を従来の抽出システムと組み合わせることで、効率と品質を向上させることもできる。

植物エキスの加水蒸留

水蒸気蒸留は水蒸気蒸留の一種である。水蒸気蒸留抽出では、植物原料を水にしばらく浸した後、混合物を加熱し、揮発性物質を蒸気に乗せて蒸発させ、凝縮させて分離する。植物原料から植物化学化合物を分離するための一般的な抽出プロセスである。水蒸気蒸留は、例えば香水用のエッセンシャルオイルを分離するための一般的な技術である。
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、業界はより良い抽出結果（より優れた品質、より高い収率）をもたらす代替の穏やかな処理方法の使用に踏み出している。超音波水蒸留法は、マイルド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生産するために使用されている。

従来のエッセンシャルオイル生産の課題

水蒸気蒸留法のような伝統的な抽出技術の問題点は、商業的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原料にある。ラベンダーのエッセンシャルオイル1kgには約200kgのラベンダーの生花が、ローズのエッセンシャルオイル1kgには2.5トンから5トンのバラの花びらが、レモンのエッセンシャルオイル1kgには約3,000個のレモンが必要である。したがって、エッセンシャルオイルは非常に高価である。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（21,000米ドル）である。
エッセンシャルオイルの生産者は、収益性と競争力において優位に立つために、より効率的で効果的な抽出方法を導入しなければならない。超音波抽出の有利な技術は、マイルドな抽出条件、高い収率、優れた抽出物の品質により、従来の抽出方法を凌駕しています。超音波抽出は、溶媒ベースまたは無溶媒抽出として行うことができる。また、超音波プローブ式抽出は、一般的な抽出システム、例えば、次のようなものと組み合わせることができる。 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(ソノソクレSono-Clevenger、Sono-scCO2、超音波Ohmic hydrodistill）。

超音波抽出と水素蒸留の利点

超音波アシスト抽出と水蒸留は、現在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。非加熱抽出技術である超音波処理は、熱に弱い化合物の熱劣化を避けることができます。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は下記をご覧ください：

1. 高い抽出効率： プローブタイプの超音波抽出器を使った抽出は、水蒸気蒸留や溶剤抽出といった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することができる。これは、音波が液体中でキャビテーションを引き起こし、植物の細胞壁を破壊してエッセンシャルオイルをより多く放出するのに役立つからである。
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、超音波プローブから発生する強力な音波が、より深く植物材料に浸透し、優れた効率で植物細胞を破壊することができるため、より迅速かつ効果的にエッセンシャルオイルを抽出することができるためです。
3. エッセンシャルオイルの品質向上： 超音波抽出は非加熱処理であるため、従来の抽出方法よりも高品質なエッセンシャルオイルを生産することができます。超音波は、エッセンシャルオイルに香りや治療効果を与えるデリケートな芳香成分を傷つけることなく、エッセンシャルオイルを抽出することができるからです。
4. エネルギー効率が高い： 超音波抽出は、水蒸気を発生させるために多くのエネルギーを必要とする水蒸気蒸留のような従来の方法に比べて、エネルギー効率の高い抽出方法である。
5. 環境に優しい： 超音波処理は、環境に有害な溶剤や化学薬品を使用する必要がないため、クリーンで環境に優しい抽出技術である。

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、従来の抽出方法よりも多くの利点を提供する、非常に効率的で経済的な技術となった。

超音波抽出は短時間で最高の抽出収率を得ることができる。超臨界二酸化炭素(sCO2)、超音波アシスト抽出(UAE)、圧力スイング法を併用した超臨界二酸化炭素抽出(SCE-PST)、ソックスレー抽出の比較から、UAEが最も効率的で迅速な抽出技術であることが示された。

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る。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発生する気泡の爆縮である。超音波/音響キャビテーションは液体マイクロジェットを発生させ、植物組織内の脂質を含む腺を破壊する。これにより、細胞と溶媒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る。今日の最新の超音波抽出機の主な利点は、操作パラメーター（超音波強度、温度、処理時間、圧力、保持時間など）を正確に制御できることです。エッセンシャルオイルの収量の増加、熱劣化の低減、高品質、良好なアロマとフレーバー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).
他の近代的な抽出技術では、工業生産へのスケールアップは限られた能力しかないが、超音波抽出は工業レベルまでスケールアップできる可能性がすでに証明されている。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、従来の抽出法と比較して44％増加した。 (メイソン他2011年).

エッセンシャルオイル抽出のための超音波前処理

植物原料（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には、UIP2000hdTのようなプローブ型超音波処理システムをベンチトップ、パイロット、生産スケールでの抽出に使用できます。抽出システムは、バッチまたはインラインシステムとしてセットアップ可能です。
超音波バッチ抽出には、周囲に冷水バスを備えた容器を推奨する。ウォーターバスを使用することで、望ましくない温度上昇とその結果生じる劣化を避けることができる。ラバンジン精油抽出では、ラベンダーの花を2Lの蒸留水などで30分間抽出する。超音波の振幅は60％に設定される。超音波前処理の後、ラベンダーの花を取り出し、通常の水蒸気蒸留を行って精油を抽出する。
インライン抽出セットアップのために、超音波プロセッサーはソノトロードとフローセルを備えている。冷却のため、フローセル反応器には冷却ジャケットが装備されている。超音波前処理では、浸潰された植物原料は反応チャンバーに送られ、キャビテーションゾーンを直接通過する。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室を加圧できることである。
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高め、抽出率を向上させる。 – その結果、全体的により効率的な手順となる。

超音波プローブUP200S付きソノ・クレベンジャー：高効率エッセンシャルオイル単離のための超音波強化蒸留セットアップ。
(©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ら(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について、伝統的な水蒸留と超音波強化クレベンジャー(Sono-Clevenger)を比較して調査した。彼らは、分離時間、収量、得られたエッセンシャルオイルの品質に関して、水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た。その結果、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はどちらも同等の高品質である一方、超音波抽出法はエッセンシャルオイルの単離収率を最大40％向上させることがわかった。処理したサチュレリャの葉の走査型電子顕微鏡写真（SEM）画像から、超音波処理によって植物細胞壁がより効率的に破壊されていることが明らかになった。その結果、従来の水蒸気蒸留法と比較して、精油抽出が約40％向上した。
本研究は、他の多くの報告の結果を補強するものであり、その中で、水蒸留前の超音波前処理が研究され、プローブ型超音波処理が、従来の技術に比べ、抽出時間とエネルギー消費を減少させながら、精油の質と量の両方を向上させることが示されている。
 

ハイドロディスティレーションとソノクレベンジャー法の抽出収率を時間の関数として比較：ソノ・クレベンジャーによる超音波精油抽出は、より短い抽出時間でより高い精油収率をもたらす。
(©Rasouli et al. 2021)

Saturejaの葉のSEM：(A)4時間の水蒸留後、(B)60分のソノクレベンジャー処理後。ソノ・クレベンジャー処理を短時間に行うことで、細胞がよりよく破壊され、精油の収量が高くなる。
(©Rasouli et al. 2021)

エッセンシャルオイル加水蒸留用超音波抽出器

Hielscher社の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、工業プラントの設置にご利用いただけます。当社の超音波プロセッサーは精密に制御可能で、非常に高い振幅（産業用超音波発生装置では最大200μm、ご要望に応じてそれ以上の振幅）を供給し、強力な音場を発生させることができます。ラボ用から工業用システムまで、当社の超音波装置はすべて、高負荷条件下での24時間365日の稼働を前提に設計されています。
Hielscher 社の超音波抽出装置は、フィージビリティー・テストやプロセスの最適化のために、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は、完全な工業生産に直線的にスケーリングすることができます。超音波処理における長年の経験により、最初のテストやプロセスの最適化から、高効率な工業運転の実施まで、お客様のご相談に応じ、お手伝い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、バッチ式およびインライン式超音波処理に使用できます。エッセンシャルオイル製造の場合、従来のハイドロディスティレーションのセットアップ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が実現できます。既存の生産ラインへの改造も簡単に行えます。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：