Kanēļa turboekstrakcija ar ultraskaņu

Tradicionālā kanēļa ekstrakcija ir laikietilpīga un salīdzinoši neefektīva. Ekstrakcija ar ultraskaņu ir vienkārša, taču ļoti efektīva procesa intensificēšanas metode, kas samazina ekstrakcijas laiku līdz dažām stundām un vienlaikus palielina kanēļa ēteriskās eļļas iznākumu.

Uzlabota kanēļa ekstrakcija ar ultraskaņu

Tradicionāli kanēļa ēterisko eļļu ekstrahē, destilējot kanēļa mizu un lapas ar ūdens tvaiku. Tradicionālā destilācija ar ūdens tvaiku ir ļoti lēna un laikietilpīga. Jo lielāks ir vēlamais kanēļa eļļas iznākums, jo ilgāka ir destilācija ar ūdens tvaiku, tāpēc viena katla kanēļa lapu destilācija ar ūdens tvaiku var ilgt līdz 12 stundām, savukārt kanēļa mizas destilācija ar ūdens tvaiku var ilgt vairāk nekā 24 stundas. Ekstrakcija ar ultraskaņu sagrauj kanēļa mizas un lapu šūnu struktūras, tādējādi kanēļa eļļa izdalās ātri un pilnībā. Ekstrakcija ar ultraskaņu ievērojami paātrina destilāciju ar ūdens tvaiku, saīsinot apstrādes laiku no pilnas dienas līdz dažām stundām un vienlaikus palielinot kanēļa ēteriskās eļļas iznākumu.
Ekstrakcija ar ultraskaņu atbrīvo pilnu kanēļa aromātisko savienojumu spektru, tostarp kanēļaldehīdu, linalolu, eigenolu un kanēļskābi. Tas, ka tiek iegūts ekstrakts ar pilnu augstas kvalitātes ēteriskās eļļas savienojumu spektru, ir iemesls ar ultraskaņu ekstrahēto kanēļa eļļu izcilajai kvalitātei. Tieši galvenais organiskais savienojums kanēļaldehīds piešķir kanēlim raksturīgo garšu un smaržu. Tā kā apstrāde ar ultraskaņu ir netermiska apstrāde, ēteriskās eļļas savienojumi tiek pasargāti no termiskās noārdīšanās. Tāpēc, izmantojot ekstrakciju ar ultraskaņu, iegūst ēteriskās eļļas ar intensīvu aromātu, kas atbilst visaugstākajiem kvalitātes standartiem.
Ekstrakciju ar ultraskaņu var izmantot kanēļa mizai un lapām. Kanēļa lapu eļļai ir spēcīgāka smarža nekā mizas eļļai. Kanēļa lapas satur lielu daudzumu eigenola.

Kāpēc ekstrakcija ar ultraskaņu pārspēj destilāciju ar ūdens tvaiku

Lai no kanēļa iegūtu ēteriskās eļļas, izmantojot destilāciju ar ūdens tvaiku, ēteriskās eļļas vispirms jāatbrīvo no augu matricas (t. i., augu šūnām kanēļa lapās vai mizā). Destilējot ar ūdens tvaiku, kanēļa augu materiālu katlos vāra līdz pat 24 stundām. Siltums vien ir salīdzinoši neefektīvs šūnu struktūru sagraušanā un tajās ieslēgto ēterisko eļļu atbrīvošanā. Parasti vārīšana pilnībā neatbrīvo ieslēgtās ēteriskās eļļas, un liels daudzums atlikušo eļļu iet zudumā, jo tās netiek ekstrahētas. Pēc ekstrakcijas ar siltumu notiek destilācija ar ūdens tvaiku. Šim nolūkam vāra divu savstarpēji nesajaucamu šķidrumu (t. i., ēteriskās eļļas un ūdens) maisījumu. Maisījums sāk vārīties, kad abu šķidrumu kopējais tvaika spiediens sasniedz 760 mm Hg. Tādējādi ūdens un ēteriskās eļļas maisījuma viršanas temperatūra ir zemāka par katra atsevišķā komponenta viršanas temperatūru. Tradicionālajai hidrodestilācijai ir būtiski trūkumi: ilgstošais vārīšanas un apstrādes ar tvaiku process patērē ļoti daudz laika un enerģijas.
Ultraskaņas ekstrakcijas darbības pamatā ir akustiskā kavitācija. Akustiskā kavitācija rodas, kad šķidrumā (piemēram, suspensijā, kas sastāv no augu materiāla šķīdinātājā vai ūdenī) ievada lielas jaudas ultraskaņas viļņus. Ultraskaņas viļņi izplatās šķidrumā, izraisot mainīgus augsta un zema spiediena ciklus. Zema spiediena ciklu laikā veidojas sīki vakuuma burbulīši (tā dēvētie kavitācijas burbulīši), kas vairāku spiediena ciklu laikā aug. Sasniedzot noteiktu izmēru, kad burbulīši vairs nespēj absorbēt enerģiju, tie augsta spiediena cikla laikā strauji sabrūk uz iekšu. Burbulīšu sabrukšanai raksturīgi intensīvi kavitācijas spēki, tostarp mikroturbulence un šķidruma plūsmas ar ātrumu līdz pat 100m/s. Šo kavitācijas izraisīto bīdes iedarbību dēvē arī par sonomehānisko iedarbību. Bioaktīvo molekulu ultraskaņas ekstrakciju galvenokārt izraisa sonomehāniskā iedarbība: maisīšana un turbulence sagrauj šūnas un veicina masas pārnesi. Tas nozīmē, ka bioaktīvās molekulas, piemēram, ēteriskās eļļas, polifenoli, terpēni un kanabinoīdi, no augu šūnu matricas nonāk šķīdinātājā.
Ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocība salīdzinājumā ar tradicionālo vārīšanas un destilācijas ar ūdens tvaiku metodi ir salīdzinoši lielāka ēterisko eļļu un citu organisko savienojumu daudzuma ekstrahēšana ievērojami īsākā laikā. Lielāks ekstrakcijas iznākums novērš izejvielu izšķērdēšanu un padara ekstrakciju ienesīgāku. Ar ultraskaņas ekstrakciju panāktais laika un enerģijas ietaupījums ir ievērojams. Tā kā ultraskaņas ekstrakcija ir netermiska metode, tā novērš termojutīgo savienojumu noārdīšanos siltuma ietekmē.
Saudzīga temperatūra un īss apstrādes laiks ir būtiskas ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocības, jo tiek novērsta dabisko ekstraktu termiskā sadalīšanās. Tas padara ultraskaņas ekstrakciju ļoti efektīvu, un tādējādi apstrāde ar ultraskaņu ļauj iegūt izcilas kvalitātes ēteriskās eļļas.

Kanēļa ultraskaņas ekstrakcijas gadījumu izpēte

Pētniecībā un rūpniecībā ultraskaņas ekstrakciju jau izmanto augstas kvalitātes ēterisko eļļu ražošanai no daudziem augu materiāliem, tostarp kanēļa lapām un mizas.

Kanēļa ultraskaņas hidrodestilācija

Chen et al. (2020) pētīja ar ultraskaņu veicinātu hidrodestilāciju un secināja, ka apstrāde ar ultraskaņu būtiski uzlaboja destilācijas procesu. Destilācija ar ūdens tvaiku, izmantojot ultraskaņu, nodrošināja lielāku kanēļa eļļas iznākumu krasi saīsinātā ekstrakcijas laikā. Izmantojot GC-MS analīzi, viņi parādīja, ka ar ultraskaņu veicināta hidrodestilācija salīdzinājumā ar tradicionālo hidrodestilāciju nodrošināja vērtīgāku ēterisko eļļu ar augstu galvenā savienojuma – trans-kanēļaldehīda – saturu. Skenējošās elektronu mikroskopijas attēls (SEM) apstiprināja apstrādes ar ultraskaņu efektivitāti kanēļa eļļas ekstrakcijā. Turklāt elektroenerģijas patēriņa un CO2 emisiju analīze liecina, ka ar ultraskaņu veicinātas hidrodestilācijas process ir ekonomiskāka un videi draudzīgāka pieeja. Tādēļ Chen et al. secina, ka ar ultraskaņu veicināta hidrodestilācija ir efektīva un videi draudzīga kanēļa ēteriskās eļļas ekstrakcijas tehnoloģija, kas var palielināt kanēļa eļļu daudzumu un uzlabot to kvalitāti.

Kanēļa ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot dziļi eitektiskos šķīdinātājus

Ir pierādīts, ka ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot dziļi eitektiskos šķīdinātājus, ir pārāka metode trans-kanēļaldehīda un kumarīna iegūšanai no kanēļa mizas ar augstu iznākumu.
Optimālos apstākļos šī metode nodrošināja augstāku trans-kanēļaldehīda un kumarīna saturu nekā tradicionālās metodes (ekstrakcija ar atteci, Soksleta ekstrakcija un macerācija), kurās izmanto organiskos šķīdinātājus (96% etanolu). Tika konstatēts, ka optimālie apstākļi ekstrakcijai ar ultraskaņu, izmantojot dabiskos dziļi eitektiskos šķīdinātājus, ir holīna hlorīds–citronskābe (ChCl-CA) ar 40% ūdens piedevu un 30 minūšu ekstrakcijas laiks, lai no kanēļa mizas (C. burmannii Blume) ekstrahētu trans-kanēļaldehīdu (9,24 ± 0,01 mg/g) un kumarīnu (11,6 ± 0,11 mg/g). Nepieciešami turpmāki pētījumi, lai izpētītu no kanēļa mizas iegūtā trans-kanēļaldehīda un kumarīna farmakoloģisko aktivitāti. (sal. Aryati et al. 2020)

Kanēļa mizas virsmas attēls, kas iegūts ar skenējošo elektronu mikroskopiju 1000x palielinājumā; žāvēts pulveris (a); pēc ekstrakcijas ar macerāciju (b); pēc ekstrakcijas ar atteci (c); pēc Soksleta ekstrakcijas (d); pēc ekstrakcijas, izmantojot NADES-UAE ChCl-CA (e).
pētījums un attēls: Aryati et al. 2020

Augstas veiktspējas ultraskaņas ekstraktori

Ekstrakcija ar ultraskaņu ir uzticama apstrādes tehnoloģija, kas atvieglo un paātrina augstas kvalitātes ēterisko eļļu ražošanu. Hielscher Ultrasonics piedāvājums aptver visu diapazonu no kompaktām laboratorijas ultraskaņas iekārtām līdz rūpnieciskām ekstrakcijas sistēmām. Tādējādi mēs, Hielscher, varam piedāvāt jūsu paredzētajai procesa ražībai vispiemērotāko ultraskaņas iekārtu. Mūsu darbinieki ar ilggadēju pieredzi palīdzēs jums no priekšizpētes izmēģinājumiem un procesa optimizācijas līdz jūsu ultraskaņas sistēmas uzstādīšanai galīgajā ražošanas mērogā.
Mūsu ultraskaņas ekstraktoru nelielā aizņemtā platība un daudzveidīgās uzstādīšanas iespējas ļauj tos izvietot pat ražotnēs ar ierobežotu telpu. Ultraskaņas procesori ir uzstādīti pārtikas, farmācijas un uztura bagātinātāju ražotnēs visā pasaulē.

Hielscher Ultrasonics – modernas ekstrakcijas iekārtas

Hielscher Ultrasonics produktu klāsts aptver visu augstas veiktspējas ultraskaņas ekstraktoru diapazonu no maza līdz lielam mērogam. Papildu piederumi ļauj viegli izveidot jūsu ekstrakcijas procesam vispiemērotāko ultraskaņas ierīces konfigurāciju. Optimālā ultraskaņas iekārtas konfigurācija ir atkarīga no paredzētās ražības, tilpuma, izejvielas, apstrādes pa partijām vai plūsmā un laika grafika.

Apstrāde pa partijām un plūsmā

Hielscher ultraskaņas iekārtas var izmantot apstrādei partijās un nepārtrauktai caurplūdes apstrādei. Apstrāde ar ultraskaņu partijās ir ideāli piemērota procesa testēšanai, optimizācijai un maza līdz vidēja apjoma ražošanai. Apstrādājot lielus augu materiāla apjomus (piemēram, kanēļa lapas un mizu), izdevīgāka varētu būt apstrāde plūsmā. Lai gan apstrādei partijās nepieciešama tikai ļoti vienkārša iekārtu konfigurācija, tā prasa vairāk laika un darbaspēka. Nepārtrauktam ekstrakcijas procesam plūsmā nepieciešama sarežģīta iekārtu konfigurācija – sūknis, šļūtenes vai caurules un tvertnes –, taču tas ir efektīvāks, ātrāks un prasa ievērojami mazāk darbaspēka. Hielscher Ultrasonics piedāvā jūsu ekstrakcijas apjomam un procesa mērķiem vispiemērotāko ekstrakcijas iekārtu konfigurāciju.

Ultraskaņas ekstraktori jebkurai ražošanas jaudai

Hielscher Ultrasonics produktu klāsts aptver visu ultraskaņas procesoru spektru – no kompaktām laboratorijas ultraskaņas iekārtām, galda un pilotiekārtām līdz pilnībā rūpnieciskiem ultraskaņas procesoriem, kas spēj stundā apstrādāt vairākas kravas automašīnu kravas. Pilnais produktu klāsts ļauj mums piedāvāt jums vispiemērotāko ultraskaņas ekstraktoru jūsu izejvielai, apstrādes jaudai un ražošanas mērķiem.
Galda ultraskaņas sistēmas ir ideāli piemērotas īstenojamības pārbaudēm un procesa optimizācijai. Lineāra mēroga palielināšana, pamatojoties uz noteiktiem procesa parametriem, ļauj ļoti viegli palielināt apstrādes jaudu no nelielām partijām līdz pilna mēroga komerciālai ražošanai. Mērogu var palielināt, uzstādot jaudīgāku ultraskaņas ekstraktoru vai paralēli savienojot vairākas ultraskaņas iekārtas. Ar UIP16000 Hielscher piedāvā pasaulē jaudīgāko ultraskaņas ekstraktoru.

Precīzi regulējamas amplitūdas optimāliem rezultātiem

Visas Hielscher ultraskaņas iekārtas ir precīzi vadāmas un tādējādi uzticamas darba veicējas ražošanā. Amplitūda ir viens no izšķirošajiem procesa parametriem, kas ietekmē kanēļa ēterisko eļļu ultraskaņas ekstrakcijas efektivitāti un rezultativitāti.
Visi Hielscher Ultrasonics procesori ļauj precīzi iestatīt amplitūdu. Sonotrodes un amplitūdas pastiprināšanas rupori ir piederumi, kas ļauj mainīt amplitūdu vēl plašākā diapazonā. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori spēj nodrošināt ļoti lielas amplitūdas un sarežģītiem lietojumiem nepieciešamo ultraskaņas intensitāti. Nepārtrauktā 24/7 darbībā var viegli uzturēt amplitūdas līdz pat 200µm.
Precīzi amplitūdas iestatījumi un pastāvīga ultraskaņas procesa parametru uzraudzība ar viedu programmatūru ļauj apstrādāt kanēļa lapas un mizu visefektīvākajos ultraskaņas apstrādes apstākļos. Optimāla apstrāde ar ultraskaņu vislabākajiem ekstrakcijas rezultātiem!
Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība nodrošina 24/7 darbību lielas slodzes režīmā un prasīgos vides apstākļos. Tas padara Hielscher ultraskaņas iekārtas par uzticamu darba instrumentu, kas atbilst jūsu ekstrakcijas prasībām.

Vienkārša testēšana bez riska

Ultraskaņas procesu mērogu var palielināt pilnīgi lineāri. Tas nozīmē, ka ikvienu rezultātu, ko esat sasnieguši ar laboratorijas vai galda ultraskaņas iekārtu, var pārnest uz lielāku mērogu, iegūstot tieši tādu pašu rezultātu un izmantojot tieši tos pašus procesa parametrus. Tas padara apstrādi ar ultraskaņu ideāli piemērotu īstenojamības pārbaudēm bez riska, procesa optimizācijai un turpmākai ieviešanai komerciālā ražošanā. Sazinieties ar mums, lai uzzinātu, kā apstrāde ar ultraskaņu var palielināt jūsu kanēļa ekstrakta ražošanas apjomu.

Visaugstākā kvalitāte – projektēts un ražots Vācijā

Kā ģimenei piederošs un ģimenes vadīts uzņēmums Hielscher saviem ultraskaņas procesoriem izvirza visaugstākos kvalitātes standartus kā prioritāti. Visas ultraskaņas iekārtas tiek projektētas, ražotas un rūpīgi testētas mūsu galvenajā mītnē Teltovā, netālu no Berlīnes, Vācijā. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība un uzticamība padara tās par nenogurstošām darba veicējām jūsu ražošanā. 24/7 darbība ar pilnu slodzi un prasīgos vides apstākļos ir Hielscher augstas veiktspējas maisītāju dabiska īpašība.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu: