초음파를 이용한 계피 고속 추출

전통적인 계피 추출은 시간이 많이 걸리고 상대적으로 비효율적입니다. 초음파 추출은 간단하면서도 매우 효율적인 공정 강화 기술로, 추출 시간을 몇 시간으로 단축하는 동시에 계피 에센셜 오일의 수율을 높입니다.

초음파를 이용한 계피 추출 개선

전통적인 계피 에센셜 오일 추출은 계피 껍질과 잎을 수증기 증류하여 이루어집니다. 전통적인 수증기 증류는 매우 느리고 시간이 많이 걸립니다. 계피 오일의 목표 수율이 높을수록 수증기 증류 시간이 길어집니다. 따라서 증류솥 하나에 담긴 계피 잎을 수증기 증류하는 데 최대 12시간이 걸릴 수 있으며, 계피 껍질을 수증기 증류하는 데는 24시간 넘게 걸릴 수 있습니다. 초음파 추출은 계피 껍질과 잎의 세포 구조를 파쇄하여 계피 오일이 신속하고 완전하게 방출되도록 합니다. 초음파 추출은 수증기 증류를 크게 가속하여 처리 시간을 하루에서 몇 시간으로 단축하는 동시에 계피 에센셜 오일의 수율을 높입니다.
초음파 추출은 신남알데하이드, 리날룰, 유제놀, 신남산을 포함한 계피의 방향족 화합물 전체를 방출합니다. 고품질 에센셜 오일 화합물의 전체 스펙트럼을 담은 추출물을 얻을 수 있다는 점이 초음파로 추출한 계피 오일의 품질이 우수한 이유입니다. 특히 주요 유기 화합물인 신남알데하이드는 계피 특유의 풍미와 향을 부여합니다. 초음파 처리는 비열 처리이므로 에센셜 오일 화합물의 열분해를 방지합니다. 따라서 초음파 추출은 최고 품질 기준을 충족하는 향이 강렬한 에센셜 오일을 생산합니다.
초음파 추출은 계피 껍질과 잎에 적용할 수 있습니다. 계피 잎 오일은 껍질 오일보다 향이 더 강합니다. 계피 잎에는 유제놀이 다량 함유되어 있습니다.

초음파 추출이 수증기 증류보다 뛰어난 이유

수증기 증류로 계피에서 에센셜 오일을 생산하려면 먼저 식물 매트릭스(즉, 계피 잎이나 껍질의 식물 세포)에서 에센셜 오일이 방출되어야 합니다. 수증기 증류에서는 계피 식물 원료를 증류솥에서 최대 24시간 동안 끓입니다. 열만으로는 세포 구조를 파괴하고 그 안에 갇힌 에센셜 오일을 방출하는 데 상대적으로 효율이 낮습니다. 일반적으로 끓이는 것만으로는 갇힌 에센셜 오일이 완전히 방출되지 않으며, 추출되지 않은 잔류 오일이 다량으로 낭비됩니다. 열 추출 공정 후에는 수증기 증류가 진행됩니다. 이를 위해 서로 섞이지 않는 두 액체(즉, 에센셜 오일과 물)의 혼합물을 끓입니다. 혼합물은 두 액체의 증기압 합이 760 mm Hg에 도달하면 끓기 시작합니다. 따라서 물과 에센셜 오일 혼합물의 끓는점은 각 성분을 단독으로 끓일 때의 끓는점보다 낮습니다. 전통적인 물 증류에는 큰 단점이 있습니다. 장시간 끓이고 증기로 처리하는 공정은 시간과 에너지를 매우 많이 소모합니다.
초음파 추출은 음향 캐비테이션에 의해 작동합니다. 음향 캐비테이션은 고출력 초음파가 액체(예: 용매나 물에 식물 원료가 분산된 현탁액)에 전달될 때 발생합니다. 초음파는 액체를 통과하면서 고압 / 저압 주기를 교대로 발생시킵니다. 저압 주기에는 미세한 진공 기포(이른바 캐비테이션 기포)가 생성되며, 이 기포는 여러 압력 주기에 걸쳐 성장합니다. 기포가 일정한 크기에 도달하여 더 이상 에너지를 흡수할 수 없게 되면 고압 주기 동안 격렬하게 내파합니다. 기포의 내파는 미세 난류와 최대 100m/s의 속도를 지닌 액체 흐름을 포함하는 강력한 캐비테이션 힘을 특징으로 합니다. 이러한 캐비테이션 전단 효과는 초음파 기계적 효과라고도 합니다. 생리활성 분자의 초음파 추출은 주로 초음파 기계적 효과에 의해 일어납니다. 교반과 난류가 세포를 파쇄하고 물질 전달을 촉진합니다. 이는 에센셜 오일, 폴리페놀, 테르펜, 칸나비노이드와 같은 생리활성 분자가 식물 세포 매트릭스에서 용매로 방출된다는 것을 의미합니다.
전통적인 끓이기 및 수증기 증류 방식에 비해 초음파 추출이 갖는 장점은 훨씬 짧은 시간에 상대적으로 더 많은 에센셜 오일과 기타 유기 화합물을 추출한다는 것입니다. 추출 수율이 높아 원료의 낭비를 방지하고 추출의 수익성을 높입니다. 초음파 추출로 얻는 시간 및 에너지 절감 효과는 상당합니다. 비열적 방식인 초음파 추출은 열에 민감한 화합물이 열로 인해 분해되는 것을 방지합니다.
온화한 온도와 짧은 처리 시간은 천연 추출물의 열분해를 방지하므로 초음파 추출의 주요 장점입니다. 이로 인해 초음파 추출의 효율이 매우 높아지며, 따라서 초음파 처리를 통해 품질이 우수한 에센셜 오일을 얻을 수 있습니다.

초음파 계피 추출 사례 연구

연구계와 산업계에서는 계피 잎과 껍질을 비롯한 다양한 식물 원료에서 고품질 에센셜 오일을 생산하기 위해 이미 초음파 추출을 도입했습니다.

계피의 초음파 물 증류

Chen 등(2020)은 초음파로 촉진한 물 증류를 연구하여 초음파 처리가 증류 공정을 크게 개선한다는 결론을 내렸습니다. 초음파 수증기 증류는 추출 시간을 대폭 단축하면서도 더 높은 계피 오일 수율을 제공했습니다. 연구진은 GC-MS 분석을 통해 초음파 보조 물 증류가 기존 물 증류에 비해 주요 성분인 트랜스-신남알데하이드 함량이 높은, 더 가치 있는 에센셜 오일을 제공한다는 것을 보여주었습니다. 주사 전자 현미경 사진(SEM)을 통해 계피 오일 추출에서 초음파 처리의 효율성이 확인되었습니다. 또한 전력 소비량과 CO2 배출량 분석은 초음파 보조 물 증류 공정이 더 경제적이고 환경친화적인 방법임을 보여줍니다. 따라서 Chen 등은 초음파 보조 물 증류가 계피 오일의 양과 품질을 개선할 수 있는 효율적이고 친환경적인 계피 에센셜 오일 추출 기술이라고 요약합니다.

심층 공융 용매를 이용한 초음파 계피 추출

심층 공융 용매를 이용한 초음파 추출은 계피 껍질에서 트랜스-신남알데하이드와 쿠마린을 높은 수율로 추출하는 우수한 기법으로 입증되었습니다.
최적 조건에서 이 방법으로 추출했을 때 트랜스-신남알데하이드와 쿠마린 함량은 유기 용매(96% 에탄올)를 사용하는 기존 방법(환류 추출, 속슬렛 추출 및 침용 추출)으로 얻은 함량보다 높았습니다. 천연 심층 공융 용매를 이용하여 계피 껍질(C. burmannii Blume)에서 트랜스-신남알데하이드(9.24 ± 0.01 mg/g)와 쿠마린(11.6 ± 0.11 mg/g)을 추출하는 최적의 초음파 추출 조건은 염화콜린-구연산(ChCl-CA)에 물을 40% 첨가하고 30분 동안 추출하는 것으로 확인되었습니다. 계피 껍질에서 추출한 트랜스-신남알데하이드와 쿠마린의 약리 활성을 탐구하기 위한 추가 연구가 필요합니다. (Aryati 등 2020 참조)

주사 전자 현미경으로 1000x 배율에서 관찰한 계피 껍질의 표면 이미지; 건조 분말(a); 침용 추출 후(b); 환류 추출 후(c); 속슬렛 추출 후(d); NADES-UAE ChCl-CA를 이용한 추출 후(e).
연구 및 사진: Aryati 등 2020

고성능 초음파 추출기

초음파 추출은 고품질 에센셜 오일의 생산을 용이하게 하고 가속하는 신뢰할 수 있는 공정 기술입니다. Hielscher Ultrasonics의 제품군은 소형 실험실용 초음파 처리기부터 산업용 추출 시스템까지 전체 범위를 포괄합니다. 따라서 Hielscher는 고객이 계획한 공정 처리 용량에 가장 적합한 초음파 처리기를 제공할 수 있습니다. 오랜 경험을 갖춘 직원들이 타당성 시험과 공정 최적화부터 최종 생산 규모의 초음파 시스템 설치까지 지원합니다.
당사의 초음파 추출기는 설치 면적이 작고 설치 방식도 다양하여 공간이 협소한 가공 시설에도 설치할 수 있습니다. 초음파 처리기는 전 세계 식품, 의약품 및 영양 보충제 생산 시설에 설치되어 있습니다.

Hielscher Ultrasonics – 정교한 추출 장비

Hielscher Ultrasonics의 제품군은 소규모부터 대규모까지 모든 규모의 고성능 초음파 추출기를 포괄합니다. 추가 액세서리를 사용하면 고객의 추출 공정에 가장 적합한 초음파 장치 구성을 쉽게 조립할 수 있습니다. 최적의 초음파 시스템 구성은 계획한 처리 용량, 부피, 원료, 배치 또는 인라인 공정 여부 및 일정에 따라 달라집니다.

배치 및 인라인

Hielscher 초음파 장비는 배치 처리와 연속 유동식 처리에 사용할 수 있습니다. 초음파 배치 처리는 공정 시험, 최적화 및 소규모에서 중규모 생산에 이상적입니다. 식물 원료(예: 계피 잎과 껍질)를 대량으로 처리할 때는 인라인 처리가 더 유리할 수 있습니다. 배치 처리에는 매우 간단한 설비 구성만 필요하지만, 시간과 노동력이 더 많이 소요됩니다. 연속 인라인 추출 공정에는 펌프, 호스 또는 배관, 탱크로 이루어진 정교한 설비 구성이 필요하지만, 효율이 더 높고 속도가 더 빠르며 필요한 노동력이 현저히 적습니다. Hielscher Ultrasonics는 고객의 추출량과 공정 목표에 가장 적합한 추출 설비 구성을 제공합니다.

모든 생산 용량에 적합한 초음파 추출기

Hielscher Ultrasonics의 제품군은 소형 실험실용 초음파 장비부터 벤치탑 및 파일럿 시스템, 시간당 트럭 여러 대 분량을 처리할 수 있는 본격적인 산업용 초음파 프로세서까지 전체 범위를 아우릅니다. 이처럼 폭넓은 제품군을 통해 고객의 원료, 공정 처리 용량 및 생산 목표에 가장 적합한 초음파 추출기를 제공할 수 있습니다.
초음파 벤치탑 시스템은 타당성 시험과 공정 최적화에 이상적입니다. 확립된 공정 매개변수에 기반한 선형 규모 확장을 통해 소량 배치에서 본격적인 상업 생산까지 처리 용량을 매우 쉽게 늘릴 수 있습니다. 규모 확장은 더 강력한 초음파 추출 장치를 설치하거나 여러 초음파 장비를 병렬로 구성하여 수행할 수 있습니다. Hielscher는 UIP16000으로 세계에서 가장 강력한 초음파 추출기를 제공합니다.

최적의 결과를 위한 정밀한 진폭 제어

모든 Hielscher 초음파 장비는 정밀하게 제어할 수 있어 생산 현장에서 신뢰할 수 있는 핵심 장비로 사용됩니다. 진폭은 계피에서 에센셜 오일을 초음파로 추출할 때 효율과 효과에 영향을 미치는 핵심 공정 매개변수 중 하나입니다.
모든 Hielscher Ultrasonics 프로세서는 진폭을 정밀하게 설정할 수 있습니다. 소노트로드와 부스터 혼은 진폭을 더욱 넓은 범위에서 조절할 수 있게 해 주는 액세서리입니다. Hielscher의 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 구현하고 까다로운 응용 분야에 필요한 초음파 강도를 제공할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로도 24/7 연속 운전을 쉽게 수행할 수 있습니다.
정밀한 진폭 설정과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 매개변수의 상시 모니터링을 통해 계피 잎과 껍질을 가장 효과적인 초음파 조건에서 처리할 수 있습니다. 최상의 추출 결과를 위한 최적의 초음파 처리!
Hielscher 초음파 장비의 견고함은 고부하 작업과 까다로운 환경에서 24/7 운전을 가능하게 합니다. 따라서 Hielscher 초음파 장비는 고객의 추출 요건을 충족하는 신뢰할 수 있는 작업 도구입니다.

간편하고 위험 부담 없는 시험

초음파 공정은 완전히 선형적으로 규모를 확장할 수 있습니다. 즉, 실험실용 또는 벤치탑 초음파 장비로 얻은 모든 결과를 정확히 동일한 공정 매개변수를 사용하여 규모를 확장하더라도 정확히 동일한 산출 결과로 구현할 수 있습니다. 따라서 초음파 처리는 위험 부담 없는 타당성 시험, 공정 최적화 및 후속 상업 생산 도입에 이상적입니다. 초음파 처리로 계피 추출물 생산량을 늘리는 방법을 알아보려면 문의해 주십시오.

최고 품질 – 독일에서 설계 및 제조

가족이 소유하고 경영하는 기업인 Hielscher는 초음파 프로세서에 최고 수준의 품질 기준을 적용하는 것을 최우선으로 합니다. 모든 초음파 장비는 독일 베를린 인근 텔토에 있는 본사에서 설계 및 제조되며 철저한 시험을 거칩니다. Hielscher 초음파 장비는 견고함과 신뢰성을 바탕으로 고객의 생산 현장에서 핵심 장비로 활약합니다. 전부하 상태와 까다로운 환경에서의 24/7 운전은 Hielscher 고성능 믹서의 기본적인 특성입니다.

아래 표는 당사 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여 줍니다: