Ultrasonic Hydrodistillation of Essential Oils
- 기존의 에센셜 오일 추출은 비용과 시간이 많이 듭니다.
- 초음파 추출은 더 높은 수율과 우수한 추출물 품질을 제공합니다.
- 초음파는 용제 또는 수성 추출 방법으로 수행 할 수 있습니다. 또는 초음파 처리를 기존 추출 시스템과 결합하여 효율성과 품질을 향상시킬 수 있습니다.
식물 추출물의 수소 증류
수소 증류는 증기 증류의 변형입니다. 수소 증류 추출을 위해 식물 물질을 물에 일정 시간 담근 후 혼합물을 가열하고 휘발성 물질을 증기로 운반하여 응축 및 분리합니다. 식물 재료에서 식물 화학 화합물을 분리하는 일반적인 추출 공정입니다. 증기 증류는 예를 들어 향수를 위해 에센셜 오일을 분리하는 일반적인 기술입니다.
많은 유기 화합물이 높은 지속 온도에서 분해되는 경향이 있기 때문에 업계는 더 나은 추출 결과(우수한 품질, 더 높은 수율)를 제공하는 대체 온화한 가공 방법을 사용하기 위해 나서고 있습니다. 초음파 수소 증류는 고품질의 에센셜 오일을 생산하는 데 사용되는 온화하지만 매우 효율적인 추출 기술입니다.
초음파 추출 및 초음파 수소 증류는 에센셜 오일 생산을 크게 향상시킵니다.
기존 에센셜 오일 생산의 과제
증기 증류와 같은 전통적인 추출 기술의 문제는 상업적 규모로 에센셜 오일을 추출하는 데 필요한 엄청난 양의 식물 재료에 있습니다. 라벤더 에센셜 오일 1kg(2 1/4lb)의 경우 약 200kg(440lb)의 신선한 라벤더 꽃이 필요하고, 장미 오일 1kg에는 2.5에서 5미터톤의 장미 꽃잎이 필요하며, 레몬 에센셜 오일 1kg의 경우 원료는 약 3,000개의 레몬으로 구성됩니다. 따라서 에센셜 오일은 매우 비쌉니다. 로즈 앱솔루트의 경우 가격은 리터당 약 20.000€(21,000US$)입니다.
수익성과 경쟁력에 대한 이점을 얻기 위해 에센셜 오일 생산자는 보다 효율적이고 효과적인 추출 방법을 구현해야 합니다. 초음파 추출의 유리한 기술은 온화한 추출 조건, 높은 수율 및 우수한 추출물 품질로 전통적인 추출 방법을 능가합니다. 초음파 처리는 용매 기반 또는 무용제 추출로 수행 할 수 있습니다. 또는 초음파 프로브 유형 추출을 일반적인 추출 시스템과 결합할 수 있습니다. Soxhlet 추출, 클레벤저 추출, 초임계 CO2, 옴 수소 증류 등(Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, 초음파 옴 수소 증류).
초음파 추출 및 수소 증류의 장점
초음파 보조 추출 및 수소 증류는 오늘날 고품질 에센셜 오일 생산을위한 확립 된 기술입니다. 비 열 추출 기술로서, 초음파 처리는 열에 민감한 화합물의 열 분해를 방지합니다. 동시에 추출 효율과 에센셜 오일 수율이 크게 증가합니다. 아래에서 초음파 에센셜 오일 생산의 이점을 찾으십시오.
- 높은 추출 효율: 프로브 형 초음파를 사용한 추출은 증기 증류 또는 용매 추출과 같은 기존 추출 방법보다 더 효율적으로 에센셜 오일을 분리합니다. 이것은 음파가 액체에 캐비테이션을 일으켜 식물 물질의 세포벽을 파괴하고 더 많은 에센셜 오일을 방출하는 데 도움이 되기 때문입니다.
- 추출 시간 단축: 초음파 추출은 기존 추출 방법보다 훨씬 짧은 시간에 에센셜 오일을 추출 할 수 있습니다. 이는 초음파 프로브에 의해 생성 된 강렬한 음파가 식물 재료에 더 깊이 침투하여 우수한 효율로 식물 세포를 파괴 할 수 있으므로 에센셜 오일을보다 빠르고 효과적으로 추출 할 수 있기 때문입니다.
- 에센셜 오일의 품질 향상 : 초음파 추출은 비열 처리이기 때문에 기존 추출 방법보다 고품질의 에센셜 오일을 생산할 수 있습니다. 이는 초음파가 오일에 향기와 치료 특성을 부여하는 섬세한 방향족 화합물을 손상시키지 않고 에센셜 오일을 추출할 수 있기 때문입니다.
- 에너지 효율성: 초음파 추출은 증기를 생성하는 데 많은 에너지가 필요한 증기 증류와 같은 기존 방법에 비해 에너지 효율적인 추출 방법입니다.
- 환경적으로 우호적인: 초음파는 환경에 해로울 수있는 용제나 화학 물질을 사용할 필요가 없기 때문에 깨끗하고 환경 친화적인 추출 기술입니다.
이러한 이점으로 인해 초음파 에센셜 오일 추출은 기존 추출 방법에 비해 많은 이점을 제공하는 매우 효율적이고 경제적 인 기술로 전환됩니다.
초음파 추출은 최상의 추출 수율을 생성하는 데 매우 짧은 시간 만 필요합니다. 초임계 이산화탄소(sCO2), 초음파 보조 추출(UAE), 압력 스윙 기법(SCE-PST) 및 Soxhlet 추출과 결합된 초임계 이산화탄소 추출을 비교하면 UAE가 가장 효율적이고 빠른 추출 기술임을 알 수 있습니다.
초음파 에센셜 오일 추출의 작동 원리
초음파 추출은 더 높은 추출 수율을 제공하고 에너지 소비를 줄이는 것으로 입증되었습니다. 초음파 추출의 작동 원리는 초음파 캐비테이션에 의해 생성 된 기포 내파입니다. 초음파/음향 캐비테이션은 식물 조직의 지질 함유 분비샘을 파괴하는 액체 마이크로 제트를 생성합니다. 따라서 셀과 용매 사이의 질량 전달이 개선되고 에센셜 오일이 방출됩니다. 오늘날의 현대식 초음파 추출기의 주요 장점은 작동 매개변수(예: 초음파 강도, 온도, 처리 시간, 압력, 머무름 시간 등)를 정밀하게 제어할 수 있다는 것입니다. 에센셜 오일의 수율 증가, 낮은 열 분해, 고품질 및 우수한 향과 풍미 프로필은 과학적으로 입증되었습니다 (Porto et al. 2009; Asfaw 외. 2005).
다른 현대 추출 기술은 산업 생산으로 확장 할 수있는 제한된 기능 만 제공하지만 초음파 추출을 산업 수준으로 확장 할 수있는 잠재력은 이미 입증되었습니다. 예를 들어, 일본 감귤류에서 추출한 에센셜 오일의 추출 수율은 전통적인 추출 방법에 비해 44% 증가했습니다 (메이슨 외. 2011).
에센셜 오일 추출을 위한 초음파 전처리
식물 재료 (예 : lavandin, 세이지, 감귤류 등)에서 에센셜 오일의 초음파 추출을 위해 UIP2000hdT와 같은 프로브 형 초음파 처리 시스템을 벤치 탑, 파일럿 및 생산 규모에서 추출하는 데 사용할 수 있습니다. 추출 시스템은 배치 또는 인라인 시스템으로 설정할 수 있습니다.
초음파 배치 추출의 경우 주변에 냉수 수조가 있는 용기를 사용하는 것이 좋습니다. 수조는 원치 않는 온도 상승과 그에 따른 성능 저하를 방지할 수 있습니다. lavandin 에센셜 오일 추출을 위해 라벤더 꽃은 30 분의 추출 시간 동안 2L의 증류수로 추출됩니다. 초음파 진폭은 60%로 설정됩니다. 초음파 전처리 후 라벤더 꽃을 제거하고 기존의 증기 증류를 수행하여 에센셜 오일을 추출합니다.
인라인 추출 설정을 위해 초음파 프로세서는 sonotrode와 플로우 셀을 갖추고 있습니다. 냉각을 위해 플로우 셀 반응기에는 냉각 재킷이 장착되어 있습니다. 초음파 전처리를 위해 침식된 식물 재료는 캐비테이션 영역을 직접 통과하는 반응 챔버를 통해 펌핑됩니다. 초음파 인라인 추출의 또 다른 이점은 추출 효과를 높이기 위해 반응 챔버에 압력을 가할 수 있다는 것입니다.
수소 증류 전의 초음파 전처리는 추출 된 에센셜 오일의 수율을 증가시키고 추출 속도를 향상시킵니다 – 그 결과 전반적으로 더 효율적인 절차가 가능합니다.
초음파 추출 및 수소 증류의 장점
- 빠른 & 효율적인 추출
- 비열, 온화한 공정
- 고품질 추출물
- 높은 수율
- 전체 아로마 스펙트럼
- 원료 감소
- 그린 추출
초음파 프로브 UP200S를 사용한 Sono-Clevenger: 고효율 에센셜 오일 분리를 위한 초음파 강화 수소 증류 설정.
(©Rasouli 외, 2021)
사례 연구 : Satureja khuzistanica의 에센셜 오일의 초음파 수소 증류
Rasouli et al. (2021)은 전통적인 수소 증류법과 초음파 강화 Clevenger(Sono-Clevenger)를 비교하여 허브 식물 Satureja khuzistanica Jamzad의 에센셜 오일에 대한 추출 효율성을 조사했습니다. 그들은 추출 기술, 수소 증류 및 초음파 Clevenger를 비교하여 얻은 에센셜 오일의 분리 시간, 수율 및 품질에 대해 비교했습니다. 결과는 얻어진 에센셜 오일의 화학적 프로필과 생물학적 특성이 모두 비슷한 고품질이지만 초음파 추출 방법은 에센셜 오일 분리 수율 효율을 최대 40 %까지 향상시키는 것으로 나타났습니다. 처리 된 Satureja 잎의 주사 전자 현미경 사진 (SEM) 이미지는 초음파에 의해보다 효율적으로 식물 세포벽을 파괴하는 것을 보여줍니다. 그 결과, 기존의 수소 증류 방법에 비해 약 40 %의 에센셜 오일 추출 향상이 관찰되었습니다.
이 연구는 수소 증류 전의 초음파 전처리를 조사하고 프로브 형 초음파가 에센셜 오일의 품질과 수량을 모두 향상시키는 동시에 추출 시간과 에너지 소비를 줄이는 동시에 기존 기술에 비해 추출 시간과 에너지 소비를 줄인다는 것을 보여준 다른 많은 보고서의 결과를 강조합니다.
수소 증류와 sono-clevenger 방법의 시간 함수로 추출 수율 비교 : Sono-Clevenger를 사용한 초음파 에센셜 오일 추출은 더 짧은 추출 시간 내에 더 높은 에센셜 오일 수율을 제공합니다.
(©Rasouli 외, 2021)
Satureja 잎의 SEM : (A) 4 시간 동안 수소 증류 후, (B) 60 분 동안 sono-clevenger 처리 후. 더 짧은 Sono-Clevenger 처리는 더 나은 세포 파괴를 제공하여 더 높은 에센셜 오일 수율을 제공합니다.
(©Rasouli 외, 2021)
에센셜 오일 수소 증류를 위한 초음파 추출기
Hielscher 파워 초음파 추출기는 벤치 탑, 파일럿 플랜트 및 산업 플랜트 설치에 사용할 수 있습니다. 당사의 초음파 프로세서는 정밀하게 제어 할 수 있으며 매우 높은 진폭 (산업용 초음파기의 경우 최대 200μm, 요청시 더 높은 진폭)을 제공하여 강렬한 음향 장을 생성 할 수 있습니다. 실험실에서 산업 시스템에 이르기까지 당사의 모든 초음파 장치는 중부하 조건에서 24/7 작동하도록 제작되었습니다.
Hielscher 초음파 추출기는 타당성 테스트 및 공정 최적화를 위해 벤치 탑 스케일로 테스트 할 수 있습니다. 그 후, 모든 공정 결과는 전체 산업 생산으로 선형 확장될 수 있습니다. 초음파 처리에 대한 오랜 경험을 통해 첫 번째 테스트 및 공정 최적화에서 고효율 산업 운영 구현에 이르기까지 고객을 상담하고 지원할 수 있습니다.
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우리의 견고한 초음파 시스템은 배치 및 인라인 초음파 처리에 사용할 수 있습니다. 에센셜 오일 생산의 경우, 기존의 수소 증류 설비에 초음파 프로브를 설치하여 시너지 효과를 얻을 수 있습니다. 기존 생산 라인의 개조도 쉽게 수행할 수 있습니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 | 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
|---|---|---|
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| 15에서 150L | 3 내지 15L/min | UIP6000hdT 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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초음파기 UP200Ht Soxhlet 추출기로.
(©Djenni, et al., 2012)
문헌 / 참고문헌
- 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.
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- 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.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
초음파로 성공적으로 추출
다음 식물 재료 및 식물 조직은 초음파 추출이 향상된 추출 결과를 얻는다는 것이 입증되었습니다. 초음파 추출은 더 높은 수율, 완전한 화합물 / 아로마 프로파일 및 전체 풍미 스펙트럼을 가진 고품질 추출물을 제공합니다.
나물 & 잎: 스피어민트, 민트, 기업간, 대마초, 홉, 바질, 타임, 후추, 오레가노, 세이지, 회향, 파슬리, 유칼립투스, 올리브, 녹차, black tea, 볼도, 담배, 페퍼민트, 마조람 등
꽃 (attars) : 장미, 라벤더, 일랑일랑, 자스민, 패출리, 튜베로즈, 미모사 등
과일: 오렌지, 감귤류, 레몬, 라즈베리, 토마토, 사과, 블루베리, 월귤, 만다린, grapes, 올리브, 대추 등
향신료: 사프란고수 생강, 월계수, 육두구, 계피, 심황, 바닐라, 정향, 육두구, 메이스 등
나무 & 나무 껍질 : 침향나무, 참나무, 백단향, 삼나무, 소나무, 계피 껍질 등
식물 추출물에는 활성 화합물과 식물 화학 물질의 전체 스펙트럼이 포함되어 있으므로 에센셜 오일에는 지질, 테르펜 및 테르 페노이드, 페놀, 알칼로이드, 플라보노이드, 카르 보닐 화합물, 항산화 제, 비타민, 색소, 효소 등이 포함되어 있습니다.
추출된 분자의 예: 모노테르펜 및 모노테르페네오이드, 세스키테르펜, 리모넨, 카르본, a-피넨, 리모넨, 1,8-시네올, 시스-오시멘, 트랜스-오시멘, 3-옥타논, 베타-카로틴, α-피넨, 장뇌, 캄펜, β-피넨, 미르센, 파라-시메네, 리모넨, γ-테르피넨, 리날룰, 미르테놀, 미르테날, 카르본.
에센셜 오일은 항산화 및 항균 효과를 보여 향과 맛 외에도 식품 및 의료 제품에도 유익한 성분이 됩니다.
예를 들어 라벤더, 페퍼민트, 유칼립투스와 같은 에센셜 오일은 대부분 증기 증류로 생산됩니다. 꽃, 잎, 나무, 나무 껍질, 뿌리, 씨앗 및 껍질과 같은 식물 원료는 증류 장치에서 물로 담그고 끓인 상태에서 물 증류로 추출됩니다.
수소 증류
수소 증류의 경우 물 증류와 증기 증류의 두 가지 형태가 구별됩니다.
물 증류에 의한 에센셜 오일의 분리를 위해 식물 재료를 물에 넣어 끓입니다. 증기 증류를 위해 증기는 식물 재료로/식물 재료를 통해 주입됩니다. 뜨거운 물과 증기의 영향으로 에센셜 오일은 식물 조직의 지질샘에서 방출됩니다. 증발하는 수증기는 식물 재료에서 오일을 운반합니다. 그 후, 증기는 물로 간접 냉각하여 응축기에서 응축됩니다. 응축기에서 증류된 추출물(에센셜 오일)은 분리기로 흘러 들어가 오일이 증류수에서 자동으로 분리됩니다.
용매 추출
효율성으로 인해 향수 및 향수 산업과 같은 대부분의 에센셜 오일은 헥산, 염화디메틸렌 또는 석유 에테르와 같은 휘발성 용매를 사용하여 용매 추출로 생산됩니다. 증류에 비해 용매 추출의 주요 장점은 공정 중에 균일한 온도(약 50°C)를 유지할 수 있다는 것입니다. 온도가 높을수록 에센셜 오일 화합물이 분해되기 때문에 용제 추출 오일은 휘발성 화합물의 완성도가 높고 냄새가 더 자연스러운 것이 특징입니다.
초임계 CO2 우수한 유기 용매임이 입증되었으므로 식물에서 방향족 오일을 추출하기 위한 또 다른 대안 방법입니다.
추출 용매
추출을 위한 전통적인 유기 용매에는 벤젠, 톨루엔, 헥산, 디메틸 에테르, 석유 에테르, 디메틸렌 클로라이드, 에틸 아세테이트, 아세톤 또는 에탄올이 포함됩니다.
에탄올은 건조한 식물 재료뿐만 아니라 유기 용매 추출, 발현 또는 인플루에리지에 의해 처음 생성 된 불순한 오일 또는 콘크리트에서 향기로운 화합물을 추출하는 데 사용됩니다. 건조 물질에서 추출한 에탄올 추출물은 팅크로 알려져 있습니다. 팅크는 에탄올 세척과 혼동되어서는 안되며, 이는 오일과 콘크리트를 정제하여 절대 값을 얻기 위해 수행됩니다.
물을 추출 유체로 사용하는 경우 이 공정을 무용제 추출이라고 합니다.
에센셜 오일
에센셜 오일은 식물 재료에서 추출하여 생산됩니다. 원료로는 꽃(예: 장미, 재스민, 카네이션, 정향, 미모사, 로즈마리, 라반더), 잎(예: 민트, Ocimum spp., 레몬그라스, 잠로사), 잎 및 줄기(예: 제라늄, 패출리, 쁘띠그레인, 버베나, 계피), 나무껍질(예: 계피, 계수나무, 카넬라), 나무(예: 삼나무, 샌들, 소나무), 뿌리(예: 안젤리카, 사사프라스, 베티버, 소수레아, 발레리안), 씨앗(예: 회향, 고수풀, 캐러웨이, 딜, 육두구), 과일(베르가못, 오렌지, 레몬, 주니퍼), 뿌리줄기(예: 생강, 창포, 강황, 오리스) 및 검 또는 올레오레진 삼출물(예: 페루 발삼, 미록실론 발사멈, 스토락스, 몰약, 벤조인).
구체적이고 절대적인
콘크리트는 신선한 식물 재료의 용매 추출에 의해 얻어지는 반고체 덩어리에 대한 용어입니다. 신선한 식물 재료는 대부분 벤젠, 톨루엔, 헥산, 석유 에테르와 같은 비극성 용매를 사용하여 추출됩니다. 추출 과정이 끝나면 용매가 증발하여 에센셜 오일, 왁스, 수지 및 기타 친유성(소수성) 식물 화학 물질의 반고체 잔류물이 얻어집니다. 이것이 소위 콘크리트입니다.
콘크리트에서 절대 농도를 얻으려면 콘크리트를 특정 구성 요소가 용해될 수 있는 강한 알코올로 처리해야 합니다.
나노 에멀젼의 초음파 생산
나노 에멀젼을 친유성 식품 성분의 전달 시스템으로 사용하는 것에 대한 관심, 제약 및 화장품의 활성 화합물 운반체로 사용하는 것에 대한 관심은 높은 광학 선명도, 우수한 물리적 안정성 및 생체 이용률을 높이는 능력으로 인해 크게 증가하고 있습니다. 초음파의 유화 최종 제품에서 최상의 결과를 보장하는 안정적인 마이크로 및 나노 에멀젼을 준비합니다.
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