Turbo ekstrakcja cynamonu za pomocą ultradźwięków

Tradycyjna ekstrakcja cynamonu jest czasochłonna i stosunkowo nieefektywna. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest prostą, ale bardzo wydajną techniką intensyfikacji procesu, która skraca czas ekstrakcji do kilku godzin i jednocześnie zwiększa wydajność olejku cynamonowego.

Ulepszona ekstrakcja cynamonu za pomocą ultradźwięków

Tradycyjna ekstrakcja cynamonowego olejku eterycznego odbywa się poprzez destylację z parą wodną kory i liści cynamonu. Tradycyjna destylacja z parą wodną jest bardzo powolna i czasochłonna. Im wyższa docelowa wydajność olejku cynamonowego, tym dłuższa destylacja z parą wodną, co oznacza, że destylacja z parą wodną czajnika liści cynamonu może trwać do 12 godzin, podczas gdy destylacja z parą wodną kory cynamonu może trwać dłużej niż 24 godziny. Ekstrakcja ultradźwiękowa rozbija struktury komórkowe kory i liści cynamonu, dzięki czemu olejek cynamonowy jest uwalniany szybko i całkowicie. Ekstrakcja ultradźwiękowa znacznie przyspiesza destylację z parą wodną, skracając czas przetwarzania z całego dnia do kilku godzin, jednocześnie zwiększając wydajność cynamonowego olejku eterycznego.
Ekstrakcja ultradźwiękowa uwalnia pełne spektrum aromatycznych związków cynamonu, w tym aldehyd cynamonowy, linalol, eugenol i kwas cynamonowy. Zapewnienie pełnego spektrum ekstraktu wysokiej jakości związków olejków eterycznych jest powodem najwyższej jakości ultradźwiękowo ekstrahowanych olejków cynamonowych. Zwłaszcza aldehyd cynamonowy, główny związek organiczny, nadaje cynamonowi charakterystyczny smak i zapach. Ponieważ sonikacja jest obróbką nietermiczną, związki olejków eterycznych są chronione przed degradacją termiczną. Dlatego ekstrakcja ultradźwiękowa wytwarza intensywne aromatycznie olejki eteryczne spełniające najwyższe standardy jakości.
Ekstrakcja ultradźwiękowa może być stosowana do kory i liści cynamonu. Olejek z liści cynamonu ma silniejszy zapach w porównaniu do olejku z kory. Liście cynamonu zawierają duże ilości eugenolu.

Dlaczego ekstrakcja ultradźwiękowa przewyższa destylację parową?

Aby wyprodukować olejki eteryczne z cynamonu za pomocą destylacji z parą wodną, olejki eteryczne muszą najpierw uwolnić się z matrycy roślinnej (tj. komórek roślinnych w liściach lub korze cynamonu). W procesie destylacji z parą wodną materiał roślinny cynamonu jest gotowany w kotłach przez okres do 24 godzin. Samo ciepło jest stosunkowo nieskuteczne w rozbijaniu struktur komórkowych i uwalnianiu uwięzionych olejków eterycznych. Ogólnie rzecz biorąc, gotowanie nie uwalnia całkowicie uwięzionych olejków eterycznych, a większe ilości olejków resztkowych są marnowane, ponieważ nie zostały one wyekstrahowane. Po procesie ekstrakcji termicznej następuje destylacja z parą wodną. Dlatego też mieszanina dwóch niemieszających się cieczy (tj. olejku eterycznego i wody) jest gotowana. Mieszanina zaczyna wrzeć, gdy ich łączne ciśnienie pary jest równe 760 mm Hg. Temperatura wrzenia mieszaniny wody i olejku eterycznego będzie zatem niższa niż temperatura wrzenia każdego z tych składników osobno. Tradycyjna hydrodestylacja ma poważne wady: Długi proces wrzenia i gotowania na parze jest bardzo czaso- i energochłonny.
Ekstrakcja ultradźwiękowa działa na zasadzie kawitacji akustycznej. Kawitacja akustyczna występuje, gdy fale ultradźwiękowe mocy są sprzężone z cieczą (np. zawiesiną składającą się z materiału botanicznego w rozpuszczalniku lub wodzie). Fale ultradźwiękowe przemieszczają się przez ciecz, powodując naprzemienne cykle wysokiego / niskiego ciśnienia. Podczas cykli niskociśnieniowych powstają drobne pęcherzyki próżniowe (tzw. pęcherzyki kawitacyjne), które rosną w ciągu kilku cykli ciśnieniowych. Przy pewnym rozmiarze, gdy pęcherzyki nie są w stanie wchłonąć więcej energii, implodują gwałtownie podczas cyklu wysokociśnieniowego. Implozja pęcherzyków charakteryzuje się intensywnymi siłami kawitacyjnymi, w tym mikroturbulencjami i strumieniami cieczy o prędkości do 100 m/s. Te kawitacyjne efekty ścinania są również znane jako efekty sonomechaniczne. Ultradźwiękowa ekstrakcja bioaktywnych cząsteczek jest spowodowana głównie efektami sonomechanicznymi: mieszanie i turbulencje zakłócają komórki i promują przenoszenie masy. Oznacza to, że bioaktywne cząsteczki, takie jak olejki eteryczne, polifenole, terpeny i kannabinoidy są uwalniane z matrycy komórek roślinnych do rozpuszczalnika.
Zaletą ekstrakcji ultradźwiękowej w porównaniu z tradycyjną metodą wrzenia i destylacji z parą wodną jest stosunkowo wyższa ekstrakcja olejków eterycznych i innych związków organicznych w znacznie krótszym czasie. Wyższa wydajność ekstrakcji pozwala uniknąć marnowania surowca i czyni ekstrakcję bardziej dochodową. Oszczędność czasu i energii uzyskana dzięki ekstrakcji ultradźwiękowej jest znaczna. Jako metoda nietermiczna, ekstrakcja ultradźwiękowa zapobiega degradacji termicznej związków wrażliwych na ciepło.
Łagodne temperatury i krótki czas przetwarzania są głównymi zaletami ekstrakcji ultradźwiękowej, ponieważ zapobiega się rozkładowi termicznemu naturalnych ekstraktów. Dzięki temu ekstrakcja ultradźwiękowa jest bardzo wydajna, a zatem sonikacja daje olejki eteryczne o najwyższej jakości.

Studia przypadków ultradźwiękowej ekstrakcji cynamonu

Badania i przemysł przyjęły już ekstrakcję ultradźwiękową do produkcji wysokiej jakości olejków eterycznych z wielu roślin, w tym liści i kory cynamonu.

Ultradźwiękowa hydrodestylacja cynamonu

Chen et al. (2020) zbadali ultradźwiękowo promowaną hydrodestylację i doszli do wniosku, że sonikacja znacznie poprawiła proces destylacji. Ultradźwiękowa destylacja z parą wodną zapewniła wyższą wydajność olejku cynamonowego w drastycznie skróconym czasie ekstrakcji. Wykorzystując analizę GC-MS, wykazano, że hydrodestylacja wspomagana ultradźwiękami zapewnia bardziej wartościowy olejek eteryczny o wysokiej zawartości głównego związku trans-cynamaldehydu w porównaniu z tradycyjną hydrodestylacją. Skaningowy mikrograf elektronowy (SEM) potwierdził skuteczność sonikacji do ekstrakcji olejku cynamonowego. Ponadto analiza zużycia energii elektrycznej i emisji CO2 pokazuje, że proces hydrodestylacji wspomagany ultradźwiękami jest bardziej ekonomicznym i przyjaznym dla środowiska podejściem. Dlatego też Chen i in. podsumowują, że hydrodestylacja wspomagana ultradźwiękami jest skuteczną i ekologiczną technologią ekstrakcji olejku cynamonowego, która może poprawić ilość i jakość olejków cynamonowych.

Ultradźwiękowa ekstrakcja cynamonu przy użyciu głębokich rozpuszczalników eutektycznych

Wykazano, że ekstrakcja ultradźwiękowa przy użyciu głębokich rozpuszczalników eutektycznych jest doskonałą techniką ekstrakcji wysokiej wydajności trans-cynamaldehydu i kumaryny z kory cynamonu.
w optymalnych warunkach dała wyższą zawartość trans-cynamaldehydu i kumaryny niż te uzyskane z konwencjonalnych metod (refluks, soxhlet i maceracja) przy użyciu rozpuszczalników organicznych (96% etanolu). Stwierdzono, że optymalne warunki ekstrakcji ultradźwiękowej przy użyciu naturalnych głębokich rozpuszczalników eutektycznych to chlorek choliny-kwas cytrynowy (ChCl-CA) z 40% dodatkiem wody i 30-minutowym czasem ekstrakcji w celu ekstrakcji aldehydu trans-cynamonowego (9,24 ± 0,01 mg/g) i kumaryny (11,6 ± 0,11 mg/g) z kory cynamonu (C. burmannii Blume). Należy przeprowadzić dalsze badania w celu zbadania aktywności farmakologicznej trans-cynamaldehydu i kumaryny z kory cynamonu (por. Aryati et al. 2020).

Obraz powierzchni kory cynamonu przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego w powiększeniu 1000x; suszony proszek (a); po ekstrakcji maceracyjnej (b); po ekstrakcji refluksowej (c); po ekstrakcji Soxhleta (d); po ekstrakcji przy użyciu NADES-UAE ChCl-CA (e).
badanie i zdjęcie Aryati et al. 2020

Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe

Ekstrakcja ultradźwiękowa to niezawodna technologia przetwarzania, która ułatwia i przyspiesza produkcję wysokiej jakości olejków eterycznych. Portfolio Hielscher Ultrasonics obejmuje pełen zakres od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych po przemysłowe systemy ekstrakcyjne. Dzięki temu w firmie Hielscher możemy zaoferować najbardziej odpowiedni ultrasonograf dla przewidywanej wydajności procesu. Nasz wieloletni doświadczony personel pomoże Ci od testów wykonalności i optymalizacji procesu do instalacji systemu ultradźwiękowego na końcowym poziomie produkcji.
Niewielkie rozmiary naszych ekstraktorów ultradźwiękowych, a także ich wszechstronność w zakresie opcji instalacji sprawiają, że pasują one nawet do małych zakładów przetwórczych. Procesory ultradźwiękowe są instalowane na całym świecie w zakładach produkujących żywność, farmaceutyki i suplementy diety.

Hielscher Ultrasonics – Zaawansowany sprzęt do ekstrakcji

Portfolio produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełną gamę wysokowydajnych ekstraktorów ultradźwiękowych od małej do dużej skali. Dodatkowe akcesoria pozwalają na łatwy montaż najbardziej odpowiedniej konfiguracji urządzenia ultradźwiękowego do procesu ekstrakcji. Optymalna konfiguracja ultradźwiękowa zależy od przewidywanej wydajności, objętości, surowca, procesu wsadowego lub liniowego i osi czasu.

wsadowe i inline

Ultradźwięki Hielscher mogą być stosowane do przetwarzania wsadowego i ciągłego. Ultradźwiękowa obróbka wsadowa jest idealna do testowania procesów, optymalizacji i małych i średnich poziomów produkcji. W przypadku produkcji dużych ilości składników roślinnych (np. liści cynamonu i kory), przetwarzanie inline może być bardziej korzystne. Podczas gdy dozowanie wymaga jedynie bardzo prostej konfiguracji, jest ono bardziej czasochłonne i pracochłonne. Ciągły proces ekstrakcji inline wymaga zaawansowanej konfiguracji – składający się z pompy, węży lub rur i zbiorników - ale jest bardziej wydajny, szybszy i wymaga znacznie mniej pracy. Hielscher Ultrasonics ma najbardziej odpowiednią konfigurację ekstrakcji dla objętości ekstrakcji i celów procesu.

Ekstraktory ultradźwiękowe dla każdej wydajności produktu

Asortyment produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych, przez systemy stacjonarne i pilotażowe, po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności przetwarzania ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować najbardziej odpowiedni ekstraktor ultradźwiękowy dla danego surowca, wydajności procesu i celów produkcyjnych.
Ultradźwiękowe systemy stacjonarne są idealne do testów wykonalności i optymalizacji procesów. Liniowe skalowanie w oparciu o ustalone parametry procesu bardzo ułatwia zwiększenie wydajności przetwarzania z mniejszych partii do w pełni komercyjnej produkcji. Skalowanie w górę można wykonać, instalując mocniejszą ultradźwiękową jednostkę ekstrakcyjną lub grupując równolegle kilka ultrasonicatorów. Dzięki UIP16000 firma Hielscher oferuje najpotężniejszy ekstraktor ultradźwiękowy na świecie.

Precyzyjnie kontrolowane amplitudy dla optymalnych wyników

Wszystkie ultradźwięki Hielscher są precyzyjnie sterowane, a tym samym niezawodne w produkcji. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, które wpływają na wydajność i skuteczność ultradźwiękowej ekstrakcji olejków eterycznych z cynamonu.
Wszystkie urządzenia Hielscher Ultrasonics’ Procesory umożliwiają precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i rogi wzmacniające to akcesoria, które pozwalają modyfikować amplitudę w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy i zapewniać wymaganą intensywność ultradźwięków w wymagających zastosowaniach. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają możliwość leczenia liści cynamonu i kory w najbardziej efektywnych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla najlepszych wyników ekstrakcji!
Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach. Dzięki temu sprzęt ultradźwiękowy firmy Hielscher jest niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania dotyczące ekstrakcji.

Łatwe testowanie bez ryzyka

Procesy ultradźwiękowe można skalować całkowicie liniowo. Oznacza to, że każdy wynik osiągnięty przy użyciu ultrasonografu laboratoryjnego lub stacjonarnego można skalować do dokładnie tej samej wydajności przy użyciu dokładnie tych samych parametrów procesu. To sprawia, że ultradźwięki są idealne do testowania wykonalności bez ryzyka, optymalizacji procesu i późniejszego wdrożenia do produkcji komercyjnej. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się, jak ultradźwięki mogą zwiększyć produkcję ekstraktu cynamonu.

Najwyższa jakość – Zaprojektowany i wyprodukowany w Niemczech

Jako firma rodzinna, Hielscher priorytetowo traktuje najwyższe standardy jakości dla swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher sprawiają, że jest to koń roboczy w Twojej produkcji. Praca 24/7 pod pełnym obciążeniem i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą wysokowydajnych mikserów Hielscher.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: