Turbo-extractie van kaneel met ultrasoontechnologie

Traditionele kaneelextractie is tijdrovend en relatief inefficiënt. Ultrasone extractie is een eenvoudige, maar zeer efficiënte techniek voor procesintensivering die de extractietijd verkort tot enkele uren en tegelijkertijd de opbrengst aan etherische kaneelolie verhoogt.

Verbeterde kaneelextractie met ultrasoontechnologie

De traditionele extractie van etherische kaneelolie vindt plaats door stoomdestillatie van kaneelschors en kaneelbladeren. Traditionele stoomdestillatie is zeer langzaam en tijdrovend. Hoe hoger de beoogde opbrengst aan kaneelolie, hoe langer de stoomdestillatie duurt. Dit betekent dat de stoomdestillatie van een ketel kaneelbladeren tot 12 uur kan duren, terwijl de stoomdestillatie van kaneelschors meer dan 24 uur kan duren. Ultrasone extractie breekt de celstructuren van de kaneelschors en de bladeren open, zodat de kaneelolie snel en volledig vrijkomt. Ultrasone extractie versnelt de stoomdestillatie aanzienlijk, waardoor de verwerkingstijd wordt verkort van een volledige dag tot enkele uren en tegelijkertijd de opbrengst aan etherische kaneelolie wordt verhoogd.
Ultrasone extractie maakt het volledige spectrum van aromatische kaneelverbindingen vrij, waaronder kaneelaldehyde, linalool, eugenol en kaneelzuur. Het verkrijgen van een extract met het volledige spectrum aan hoogwaardige bestanddelen van etherische olie verklaart de superieure kwaliteit van ultrasoon geëxtraheerde kaneeloliën. Vooral kaneelaldehyde, de belangrijkste organische verbinding, geeft kaneel zijn kenmerkende smaak en geur. Omdat sonicatie een niet-thermische behandeling is, worden de bestanddelen van de etherische olie beschermd tegen thermische afbraak. Ultrasone extractie levert daardoor etherische oliën met een intens aroma op die aan de hoogste kwaliteitsnormen voldoen.
Ultrasone extractie kan worden toegepast op kaneelschors en kaneelbladeren. Kaneelbladolie heeft een sterkere geur dan schorsolie. Kaneelbladeren bevatten grote hoeveelheden eugenol.

Waarom ultrasone extractie beter presteert dan stoomdestillatie

Om via stoomdestillatie etherische oliën uit kaneel te produceren, moeten de etherische oliën eerst uit de plantenmatrix worden vrijgemaakt (d.w.z. de plantencellen in de kaneelbladeren of de schors). Bij stoomdestillatie wordt het plantaardige kaneelmateriaal tot 24 uur in ketels gekookt. Warmte alleen is relatief inefficiënt bij het openbreken van de celstructuren en het vrijmaken van de ingesloten etherische oliën. Over het algemeen komen de ingesloten etherische oliën door koken niet volledig vrij en gaan grotere hoeveelheden resterende olie verloren, omdat deze niet zijn geëxtraheerd. Na het warmte-extractieproces vindt de stoomdestillatie plaats. Daartoe wordt een mengsel van twee niet-mengbare vloeistoffen (d.w.z. etherische olie en water) gekookt. Het mengsel begint te koken wanneer de gezamenlijke dampdruk gelijk is aan 760 mm Hg. Het kookpunt van een mengsel van water en etherische olie is dus lager dan het kookpunt van elk van de afzonderlijke bestanddelen. Traditionele hydrodestillatie heeft grote nadelen: het langdurige kook- en stoomproces kost zeer veel tijd en energie.
Ultrasone extractie werkt door akoestische cavitatie. Akoestische cavitatie ontstaat wanneer ultrasone golven met hoog vermogen in een vloeistof worden gekoppeld (bijv. een suspensie van plantaardig materiaal in een oplosmiddel of water). De ultrasone golven bewegen door de vloeistof en veroorzaken afwisselende hogedruk- en lagedrukcycli. Tijdens lagedrukcycli ontstaan minuscule vacuümbellen (zogenoemde cavitatiebellen), die gedurende meerdere drukcycli groeien. Bij een bepaalde grootte, wanneer de bellen geen energie meer kunnen opnemen, imploderen ze heftig tijdens een hogedrukcyclus. De implosie van de bellen wordt gekenmerkt door intense cavitatiekrachten, waaronder microturbulenties en vloeistofstromen met snelheden tot 100m/s. Deze afschuivingseffecten door cavitatie worden ook sonomechanische effecten genoemd. Ultrasone extractie van bioactieve moleculen wordt voornamelijk veroorzaakt door sonomechanische effecten: de beweging en turbulenties ontsluiten cellen en bevorderen de massaoverdracht. Dit betekent dat bioactieve moleculen zoals etherische oliën, polyfenolen, terpenen en cannabinoïden vanuit de plantencelmatrix vrijkomen in het oplosmiddel.
Het voordeel van ultrasone extractie ten opzichte van de traditionele methode met koken en stoomdestillatie is de relatief hogere extractie van etherische oliën en andere organische verbindingen in een aanzienlijk kortere tijd. De hogere extractieopbrengsten voorkomen verspilling van grondstoffen en maken de extractie winstgevender. De tijd- en energiebesparingen die met ultrasone extractie worden bereikt, zijn aanzienlijk. Als niet-thermische methode voorkomt ultrasone extractie dat warmtegevoelige verbindingen door warmte worden afgebroken.
De milde temperaturen en de korte verwerkingstijd zijn belangrijke voordelen van ultrasone extractie, omdat thermische ontleding van de natuurlijke extracten wordt voorkomen. Dit maakt ultrasone extractie zeer efficiënt en daardoor levert sonicatie etherische oliën van superieure kwaliteit op.

Casestudies over ultrasone kaneelextractie

Onderzoek en industrie hebben ultrasone extractie al in gebruik genomen voor de productie van hoogwaardige etherische oliën uit veel plantaardige materialen, waaronder kaneelbladeren en kaneelschors.

Ultrasone hydrodestillatie van kaneel

Chen et al. (2020) onderzochten ultrasoon bevorderde hydrodestillatie en concludeerden dat sonicatie het destillatieproces aanzienlijk verbeterde. Ultrasone stoomdestillatie leverde hogere opbrengsten aan kaneelolie op binnen een drastisch verkorte extractietijd. Aan de hand van een analyse met GC-MS toonden zij aan dat ultrasoon ondersteunde hydrodestillatie, vergeleken met traditionele hydrodestillatie, waardevollere etherische olie opleverde met een hoog gehalte aan de belangrijkste verbinding, trans-kaneelaldehyde. Een opname met een rasterelektronenmicroscoop (SEM) bevestigde de efficiëntie van sonicatie voor de extractie van kaneelolie. Bovendien toont de analyse van het elektriciteitsverbruik en de CO2-uitstoot aan dat het ultrasoon ondersteunde hydrodestillatieproces de economischere en milieuvriendelijkere aanpak is. Daarom concluderen Chen et al. dat ultrasoon ondersteunde hydrodestillatie een efficiënte en groene technologie is voor de extractie van etherische kaneelolie, die de hoeveelheid en kwaliteit van kaneeloliën kan verbeteren.

Ultrasone kaneelextractie met diep-eutectische oplosmiddelen

Ultrasone extractie met diep-eutectische oplosmiddelen is een superieure techniek gebleken om hoge opbrengsten aan trans-kaneelaldehyde en coumarine uit kaneelschors te extraheren.
Onder optimale omstandigheden leverde de methode hogere gehalten aan trans-kaneelaldehyde en coumarine op dan conventionele methoden (reflux, soxhlet en maceratie) met organische oplosmiddelen (96% ethanol). De optimale omstandigheden voor ultrasone extractie met natuurlijke diep-eutectische oplosmiddelen bleken cholinechloride-citroenzuur (ChCl-CA) met toevoeging van 40% water en een extractietijd van 30 minuten te zijn voor de extractie van trans-kaneelaldehyde (9,24 ± 0,01 mg/g) en coumarine (11,6 ± 0,11 mg/g) uit kaneelschors (C. burmannii Blume). Verder onderzoek moet worden uitgevoerd om de farmacologische activiteit van trans-kaneelaldehyde en coumarine uit kaneelschors te onderzoeken. (vgl. Aryati et al. 2020)

Opname van het oppervlak van kaneelschors met rasterelektronenmicroscopie bij 1000x vergroting; gedroogd poeder (a); na extractie door maceratie (b); na refluxextractie (c); na Soxhlet-extractie (d); na extractie met NADES-UAE ChCl-CA (e).
onderzoek en afbeelding van Aryati et al. 2020

Ultrasone extractoren met hoge prestaties

Ultrasone extractie is een betrouwbare verwerkingstechnologie die de productie van hoogwaardige etherische oliën vereenvoudigt en versnelt. Het assortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige bereik van compacte laboratoriumsonicatoren tot industriële extractiesystemen. Daardoor kunnen wij bij Hielscher u de meest geschikte sonicator voor uw beoogde procescapaciteit aanbieden. Onze medewerkers met jarenlange ervaring begeleiden u van haalbaarheidstests en procesoptimalisatie tot de installatie van uw ultrasone systeem op het uiteindelijke productieniveau.
Door het kleine vloeroppervlak van onze ultrasone extractoren en hun veelzijdige installatiemogelijkheden passen ze zelfs in verwerkingsfaciliteiten met weinig ruimte. Ultrasone processoren worden wereldwijd geïnstalleerd in productiefaciliteiten voor voedingsmiddelen, farmaceutische producten en voedingssupplementen.

Hielscher Ultrasonics – Geavanceerde extractieapparatuur

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige bereik van ultrasone extractoren met hoge prestaties voor kleine tot grote schaal. Met aanvullende accessoires kan de meest geschikte configuratie van ultrasone apparatuur voor uw extractieproces eenvoudig worden samengesteld. De optimale ultrasone opstelling hangt af van de beoogde capaciteit, het volume, de grondstof, het batch- of inlineproces en de tijdsplanning.

Batch en inline

Sonicatoren van Hielscher kunnen worden gebruikt voor batchverwerking en continue doorstroomverwerking. Ultrasone batchverwerking is ideaal voor procestests, optimalisatie en productie op kleine tot middelgrote schaal. Voor de productie van grote volumes plantaardig materiaal (bijv. kaneelbladeren en kaneelschors) kan inlineverwerking voordeliger zijn. Hoewel batchverwerking slechts een zeer eenvoudige opstelling vereist, kost deze meer tijd en arbeid. Een continu inline-extractieproces vereist een geavanceerde opstelling – bestaande uit een pomp, slangen of leidingen en tanks – maar is efficiënter, sneller en vergt aanzienlijk minder arbeid. Hielscher Ultrasonics heeft de meest geschikte extractieopstelling voor uw extractievolume en procesdoelen.

Ultrasone extractoren voor elke productiecapaciteit

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige spectrum van ultrasone processoren: van compacte laboratoriumsonicatoren via tafelmodellen en pilotsystemen tot volledig industriële ultrasone processoren met de capaciteit om vrachtwagenladingen per uur te verwerken. Dankzij het volledige productassortiment kunnen wij u de meest geschikte ultrasone extractor voor uw grondstof, procescapaciteit en productiedoelen aanbieden.
Ultrasone tafelmodellen zijn ideaal voor haalbaarheidstests en procesoptimalisatie. Lineaire opschaling op basis van vastgestelde procesparameters maakt het zeer eenvoudig om de verwerkingscapaciteit te verhogen van kleinere partijen tot volledig commerciële productie. Opschaling kan worden uitgevoerd door een ultrasone extractoreenheid met een hoger vermogen te installeren of door meerdere sonicatoren parallel te groeperen. Met de UIP16000 biedt Hielscher de krachtigste ultrasone extractor ter wereld.

Nauwkeurig regelbare amplitudes voor optimale resultaten

Alle sonicatoren van Hielscher zijn nauwkeurig regelbaar en daardoor betrouwbare werkpaarden in de productie. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van ultrasone extractie van etherische oliën uit kaneel beïnvloeden.
Alle processoren van Hielscher Ultrasonics maken een nauwkeurige instelling van de amplitude mogelijk. Sonotroden en boosterhoorns zijn accessoires waarmee de amplitude over een nog groter bereik kan worden aangepast. De industriële ultrasone processoren van Hielscher kunnen zeer hoge amplitudes leveren en bieden de vereiste ultrasone intensiteit voor veeleisende toepassingen. Amplitudes tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden toegepast bij 24/7-bedrijf.
Nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente bewaking van de ultrasone procesparameters via slimme software bieden u de mogelijkheid om uw kaneelbladeren en kaneelschors onder de meest effectieve ultrasone omstandigheden te behandelen. Optimale sonicatie voor de beste extractieresultaten!
De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7-bedrijf mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen. Dit maakt de ultrasone apparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werktuig dat aan uw extractievereisten voldoet.

Eenvoudig, risicovrij testen

Ultrasone processen kunnen volledig lineair worden opgeschaald. Dit betekent dat elk resultaat dat u met een laboratoriumsonicator of een tafelmodel heeft bereikt, met exact dezelfde procesparameters kan worden opgeschaald naar exact dezelfde output. Dit maakt sonicatie ideaal voor risicovrije haalbaarheidstests, procesoptimalisatie en daaropvolgende implementatie in commerciële productie. Neem contact met ons op om te ontdekken hoe sonicatie uw productie van kaneelextract kan verhogen.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en vervaardigd in Duitsland

Als bedrijf dat in familiebezit is en door de familie wordt geleid, geeft Hielscher de hoogste kwaliteitsnormen voor zijn ultrasone processoren prioriteit. Alle sonicatoren worden ontworpen, vervaardigd en grondig getest op ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid en betrouwbaarheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maken deze tot een werkpaard in uw productie. 24/7-bedrijf onder volledige belasting en in veeleisende omgevingen is een vanzelfsprekende eigenschap van de mengers met hoge prestaties van Hielscher.

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren: