Ultrasone hydrodistillatie van etherische oliën

De conventionele extractie van etherische oliën is duur en tijdrovend. Sonicatie intensiveert de extractie, wat resulteert in hogere opbrengsten en een superieure extractkwaliteit. Sonicators van Hielscher kunnen eenvoudig in elk conventioneel hydrodistillatiesysteem worden geïntegreerd om de efficiëntie en kwaliteit te verbeteren.

Hydrodistillatie van etherische oliën uit plantaardig materiaal

Hydrodistillatie is een variant van stoomdistillatie die wordt gebruikt om fytochemische verbindingen uit plantmateriaal te extraheren. Bij dit proces wordt plantmateriaal gedurende een bepaalde periode in water geweekt, waarna het mengsel wordt verwarmd. Vluchtige verbindingen worden met de stoom meegevoerd, vervolgens gecondenseerd en gescheiden. Stoomdistillatie, de techniek waarvan hydrodistillatie is afgeleid, wordt vaak gebruikt om etherische oliën te isoleren – bijvoorbeeld in de parfumerie.
Omdat veel organische verbindingen bij langdurig aanhoudende hoge temperaturen de neiging hebben te ontleden, past de industrie steeds vaker milde alternatieve verwerkingsmethoden toe die betere resultaten opleveren (superieure kwaliteit en hogere opbrengsten). Ultrasone hydrodistillatie is zo’n techniek – een milde maar zeer efficiënte extractiemethode die wordt gebruikt om hoogwaardige etherische oliën te produceren.

Uitdagingen bij de conventionele productie van etherische oliën

De problemen van traditionele extractietechnieken zoals stoomdistillatie liggen in de enorme hoeveelheden plantmateriaal die nodig zijn om etherische oliën op commerciële schaal te extraheren. Voor 1kg (2 1/4 lb) etherische lavendelolie is ongeveer 200kg (440lb) verse lavendelbloemen nodig, voor 1kg rozenolie is tussen 2,5 en 5 metrische ton rozenblaadjes nodig en voor 1kg etherische citroenolie bestaat de grondstof uit ongeveer 3.000 citroenen. Daarom zijn etherische oliën erg duur. Voor rozenabsolue ligt de prijs rond 20.000€ (21,000US$) per liter.
Om voordelen op het gebied van winstgevendheid en concurrentievermogen te behalen, moeten producenten van etherische oliën efficiëntere en effectievere extractiemethoden toepassen. De gunstige technieken voor ultrasone extractie overtreffen traditionele extractiemethoden door milde extractieomstandigheden, hoge opbrengsten en een superieure extractkwaliteit. Sonicatie kan worden uitgevoerd als extractie met een oplosmiddel of als oplosmiddelvrije extractie. Als alternatief kan ultrasone extractie met een sonde worden gecombineerd met gangbare extractiesystemen, bijvoorbeeld Soxhlet-extractie, Clevenger-extractie, superkritisch CO2, ohmse hydrodistillatie enz. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultrasone ohmse hydrodistillatie).

Sono-Clevenger met ultrasone sonde UP200S: een ultrasoon geïntensiveerde hydrodistillatieopstelling voor zeer efficiënte isolatie van etherische oliën.
(©Rasouli et al. 2021)

Voordelen van de combinatie van ultrasone extractie en hydrodistillatie

Ultrasoon ondersteunde extractie en hydrodistillatie is tegenwoordig een gevestigde techniek voor de productie van hoogwaardige etherische oliën. Als niet-thermische extractietechniek voorkomt sonicatie thermische afbraak van warmtegevoelige verbindingen. Tegelijkertijd worden de extractie-efficiëntie en de opbrengsten aan etherische olie aanzienlijk verhoogd. Hieronder vindt u de voordelen van de ultrasone productie van etherische oliën:

1. Hoge extractie-efficiëntie: Extractie met een sonicator met sonde isoleert etherische oliën efficiënter dan traditionele extractiemethoden, zoals stoomdistillatie of oplosmiddelextractie. Dit komt doordat de geluidsgolven cavitatie in de vloeistof veroorzaken, wat helpt om de celwanden van het plantmateriaal af te breken en meer etherische olie vrij te maken.
2. Kortere extractietijd: Met ultrasone extractie kunnen etherische oliën in veel kortere tijd worden geëxtraheerd dan met traditionele extractiemethoden. Dit komt doordat de intense geluidsgolven die door een ultrasone sonde worden opgewekt dieper in het plantmateriaal kunnen doordringen, de plantencel met superieure efficiëntie kunnen ontsluiten en daardoor de etherische olie sneller en doeltreffender kunnen extraheren.
3. Verbeterde kwaliteit van de etherische olie: Omdat ultrasone extractie een niet-thermische behandeling is, kunnen hiermee etherische oliën van hogere kwaliteit worden geproduceerd dan met traditionele extractiemethoden. Dit komt doordat ultrasone golven de etherische olie kunnen extraheren zonder de kwetsbare aromatische verbindingen te beschadigen die de olie haar geur en therapeutische eigenschappen geven.
4. Energie-efficiënt: Ultrasone extractie is een energie-efficiënte extractiemethode in vergelijking met traditionele methoden, zoals stoomdistillatie, die veel energie vereist om stoom te produceren.
5. Milieuvriendelijk: Sonicatie is een schone en milieuvriendelijke extractietechniek, omdat hiervoor geen oplosmiddelen of chemicaliën nodig zijn die schadelijk kunnen zijn voor het milieu.

Deze voordelen maken ultrasone extractie van etherische oliën tot een zeer efficiënte en economische techniek die veel voordelen biedt ten opzichte van traditionele extractiemethoden.

Een vergelijking van superkritisch koolstofdioxide (sCO₂), ultrasoon ondersteunde extractie (UAE), extractie met superkritisch koolstofdioxide gecombineerd met een drukwisseltechniek (SCE-PST) en Soxhlet-extractie toont aan dat UAE de efficiëntste en snelste extractietechniek is.

Wetenschappelijk onderzoek: ultrasone hydrodistillatie van etherische oliën

• Grondstof voor extractie: Gedroogde bladeren van tijm, salie, citroenmelisse, lavendel en oregano
• Verhoogde opbrengst aan etherische oliën: tot 29,58% meer EO
• Kortere verwerkingstijd

Een recent onderzoek van Nenciu et al. (2026) toonde de voordelen aan van ultrasoon ondersteunde hydrodistillatie voor etherische oliën uit tijm, salie, citroenmelisse, lavendel en oregano. Gedroogd plantmateriaal werd met water gemengd, voorbehandeld met de Hielscher UP400St, een sonicator met sonde, en vervolgens met stoom gedistilleerd. Akoestische cavitatie ontsluit plantweefsel en oliehoudende klierstructuren, waardoor vluchtige verbindingen vóór de distillatie gemakkelijker vrijkomen. Onder de geoptimaliseerde omstandigheden – biomassadeeltjes van 1 cm, 150 W ultrasoon vermogen en een extractie van 85 minuten – steeg de opbrengst aan etherische olie van 1,42 naar 1,84% v/w, een verbetering van tot 29,58% ten opzichte van conventionele hydrodistillatie van 120 minuten. Analyse met GC-MS bevestigde de karakteristieke verbindingen van elke olie, waaronder carvacrol in oregano, thymol in tijm, citral en geranial in citroenmelisse, cineool en kamfer in salie, en linalool en linalylacetaat in lavendel. De resultaten tonen aan dat ultrasone voorbehandeling de opbrengst aan etherische olie kan verhogen en de hydrodistillatietijd kan verkorten, waardoor de algehele efficiëntie van de productie van etherische oliën wordt verbeterd.

Opstelling voor ultrasoon ondersteunde hydrodistillatie (UAHD): (a) sonicator UP400St (b) hydrodistillatie-eenheid; (c) stoomcondensatie + koelsysteem
Afbeelding en onderzoek: Nenciu et al., 2026

Hogere opbrengst aan etherische olie: ultrasone extractie vóór hydrodistillatie

Voor de ultrasone extractie van etherische olie uit plantmateriaal (bijvoorbeeld lavandin, salie, citrus enz.) kan een sonicatiesysteem met sonde, zoals de UIP2000hdT, worden gebruikt voor extractie op werkbank-, pilot- en productieschaal. Het extractiesysteem kan als batch- of inlinesysteem worden opgesteld.
Voor ultrasone batchextractie wordt een vat met een omringend koudwaterbad aanbevolen. Het waterbad maakt het mogelijk een ongewenste temperatuurstijging en de daaruit voortvloeiende afbraak te voorkomen. Voor de extractie van etherische lavandinolie worden lavendelbloemen geëxtraheerd met bijvoorbeeld 2L gedistilleerd water gedurende een extractietijd van 30 min. De ultrasone amplitude wordt ingesteld op 60%. Na de ultrasone voorbehandeling wordt de lavendelbloem verwijderd en wordt conventionele stoomdistillatie uitgevoerd om de etherische olie te extraheren.
Voor de inline-extractieopstelling wordt de ultrasone processor uitgerust met een sonotrode en een doorstroomcel. Voor koeling wordt de doorstroomcelreactor uitgerust met een koelmantel. Voor de ultrasone voorbehandeling wordt het gemacereerde plantmateriaal door de reactiekamer gepompt, waar het rechtstreeks door de cavitatiezone stroomt. Een bijkomend voordeel van ultrasone inline-extractie is de mogelijkheid om de reactiekamer onder druk te zetten om het extractie-effect te vergroten.
De ultrasone voorbehandeling vóór hydrodistillatie verhoogt de opbrengst aan geëxtraheerde etherische oliën en verbetert de extractiesnelheid – wat resulteert in een algeheel efficiëntere procedure.

Casestudy: ultrasone hydrodistillatie van etherische olie uit Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) onderzochten de extractie-efficiëntie voor etherische oliën uit de kruidachtige plant Satureja khuzistanica Jamzad door traditionele hydrodistillatie te vergelijken met ultrasoon geïntensiveerde Clevenger-extractie (Sono-Clevenger). Ze vergeleken beide extractietechnieken, hydrodistillatie en ultrasone Clevenger-extractie, wat betreft isolatietijd, opbrengst en kwaliteit van de verkregen etherische oliën. De resultaten tonen aan dat, hoewel het chemische profiel en de biologische eigenschappen van de verkregen etherische oliën beide van vergelijkbaar hoge kwaliteit zijn, de ultrasone extractiemethode de opbrengstefficiëntie bij de isolatie van etherische olie met tot 40% verhoogt. De beelden van de behandelde Satureja-bladeren, gemaakt met een scanning-elektronenmicroscoop (SEM), laten een efficiëntere ontsluiting van plantencelwanden door sonicatie zien. Als gevolg daarvan werd een verbetering van de extractie van etherische olie met ongeveer 40% ten opzichte van conventionele hydrodistillatie waargenomen.
Dit onderzoek onderstreept de resultaten van vele andere rapporten waarin ultrasone voorbehandeling vóór hydrodistillatie is onderzocht en waarin is aangetoond dat sonicatie met een sonde zowel de kwaliteit als de hoeveelheid etherische olie verhoogt, terwijl de extractietijd en het energieverbruik ten opzichte van conventionele technieken worden verlaagd.
 

Vergelijking van de extractieopbrengst als functie van de tijd voor hydrodistillatie en de sono-clevenger-methode: ultrasone extractie van etherische olie met een Sono-Clevenger levert hogere opbrengsten aan etherische olie binnen een kortere extractietijd.
(©Rasouli et al. 2021)

SEM van Satureja-bladeren: (A) na hydrodistillatie gedurende 4 uur en (B) na een sono-clevenger-behandeling gedurende 60 min. De kortere Sono-Clevenger-behandeling zorgt voor een betere celontsluiting en daardoor voor hogere opbrengsten aan etherische olie.
(©Rasouli et al. 2021)

Ultrasone extractoren voor hydrodistillatie van etherische oliën

Extractoren van Hielscher met hoogvermogenultrasoon zijn beschikbaar voor installaties op werkbankschaal, in pilotinstallaties en in industriële installaties. Onze ultrasone processors zijn nauwkeurig regelbaar en kunnen zeer hoge amplitudes leveren (tot 200µm voor industriële sonicators, hogere amplitudes op aanvraag) om een intens akoestisch veld op te wekken. Al onze ultrasone apparaten, van laboratorium- tot industriële systemen, zijn gebouwd voor 24/7-gebruik onder zware bedrijfsomstandigheden.
Hielscher ultrasone extractoren kunnen op werkbankschaal worden getest voor haalbaarheidsonderzoeken en procesoptimalisatie. Daarna kunnen alle procesresultaten lineair worden opgeschaald naar volledige industriële productie. Onze jarenlange ervaring met ultrasone verwerking stelt ons in staat onze klanten te adviseren en te ondersteunen vanaf de eerste tests en procesoptimalisatie tot de implementatie van een zeer efficiënt industrieel proces.
Bezoek ons technisch laboratorium en procescentrum om de mogelijkheden van Hielscher ultrasone systemen te verkennen!
Onze robuuste ultrasone systemen kunnen worden gebruikt voor batch- en inline-sonicatie. Voor de productie van etherische oliën kan een synergetische combinatie worden bereikt door een ultrasone sonde in een conventionele hydrodistillatieopstelling te installeren. Ook bestaande productielijnen kunnen eenvoudig achteraf worden aangepast.

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

Werkingsprincipe van ultrasone extractie van etherische oliën

Het is bewezen dat ultrasone extractie hogere extractieopbrengsten oplevert en het energieverbruik verlaagt. Het werkingsprincipe van ultrasone extractie is de implosie van bellen die door ultrasone cavitatie wordt veroorzaakt. Ultrasone / akoestische cavitatie genereert microstralen in de vloeistof die de lipidenhoudende klieren in het plantweefsel vernietigen. Daardoor wordt de stofoverdracht tussen cel en oplosmiddel verbeterd en komt de etherische olie vrij. Een belangrijk voordeel van de huidige moderne ultrasone extractoren is de nauwkeurige regeling van de bedrijfsparameters (bijvoorbeeld ultrasone intensiteit, temperatuur, behandeltijd, druk, verblijftijd enz.). Een verhoogde opbrengst aan etherische oliën, evenals minder thermische afbraak, hoge kwaliteit en een goed aroma- en smaakprofiel, zijn wetenschappelijk bewezen (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Terwijl andere moderne extractietechnieken slechts beperkte mogelijkheden bieden voor opschaling naar industriële productie, is de mogelijkheid om ultrasone extractie naar industrieel niveau op te schalen al bewezen. Zo werd de extractieopbrengst aan etherische oliën uit Japanse citrus met 44% verhoogd ten opzichte van traditionele extractiemethoden (Mason et al. 2011).

Literatuur / Referenties

• Nenciu, Florin, Ana-Maria Tăbărașu, Cristina Fătu, Nicolae-Valentin Vlăduț, Iulian Voicea, Sorina Dinu (2026): Ultrasound-Assisted Hydrodistillation of Essential Oils for Eco-Friendly Biocontrol of Botrytis cinerea in Grapevines. Horticulturae 12, no. 9: 1054. 2026
• 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.
• Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 5750-5764.
• Pingret, D.; Fabiano-Tixier, A.-S.; Chemat, F. (2014): An Improved Ultrasound Clevenger for Extraction of Essential Oils. Food Anal. Methods 7, 2014. 9–12.
• Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
• 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.