Hidrodistilarea cu ultrasunete a uleiurilor esențiale

Extracția convențională a uleiurilor esențiale este costisitoare și consumatoare de timp. Sonicarea intensifică extracția, ducând la randamente mai mari și la o calitate superioară a extractului. Sonicatoarele Hielscher pot fi integrate cu ușurință în orice sistem convențional de hidrodistilare pentru a îmbunătăți eficiența și calitatea.

Hidrodistilarea uleiurilor esențiale din materiale vegetale

Hidrodistilarea este o variantă a distilării cu abur, utilizată pentru extragerea compușilor fitochimici din materialul vegetal. În acest proces, materialul vegetal este înmuiat în apă pentru o perioadă determinată, după care amestecul este încălzit. Compușii volatili sunt antrenați de abur, apoi condensați și separați. Distilarea cu abur, tehnica din care derivă, este utilizată în mod obișnuit pentru izolarea uleiurilor esențiale – de exemplu, în parfumerie.
Deoarece mulți compuși organici tind să se descompună la temperaturi ridicate menținute timp îndelungat, industria adoptă tot mai mult metode alternative de procesare blânde, care oferă rezultate mai bune (calitate superioară și randamente mai mari). Hidrodistilarea cu ultrasunete este o astfel de tehnică – o metodă de extracție blândă, dar foarte eficientă, utilizată pentru producerea de uleiuri esențiale de înaltă calitate.

Provocările producției convenționale de uleiuri esențiale

Problemele tehnicilor tradiționale de extracție, precum distilarea cu abur, constau în cantitățile uriașe de material vegetal necesare pentru extracția uleiurilor esențiale la scară comercială. Pentru 1kg (2 1/4 lb) de ulei esențial de lavandă sunt necesare aprox. 200kg (440lb) de flori proaspete de lavandă, pentru 1kg de ulei de trandafir sunt necesare între 2,5 și 5 tone metrice de petale de trandafir, iar pentru 1kg de ulei esențial de lămâie materia primă constă în aprox. 3.000 de lămâi. Prin urmare, uleiurile esențiale sunt foarte scumpe. Pentru absolutul de trandafir, prețul este de aproximativ 20.000€ (21,000US$) pe litru.
Pentru a obține avantaje în ceea ce privește profitabilitatea și competitivitatea, producătorii de uleiuri esențiale trebuie să implementeze metode de extracție mai eficiente și mai eficace. Tehnicile avantajoase de extracție cu ultrasunete depășesc metodele tradiționale de extracție prin condiții de extracție blânde, randamente ridicate și calitatea superioară a extractului. Sonicarea poate fi realizată ca extracție pe bază de solvent sau fără solvent. Alternativ, extracția cu sonicatorul cu sondă poate fi combinată cu sisteme de extracție uzuale, de ex. extracția Soxhlet, extracția Clevenger, CO2 supercritic, hidrodistilarea ohmică etc. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, hidrodistilarea ohmică cu ultrasunete).

Sono-Clevenger cu sonicatorul cu sondă UP200S: o configurație de hidrodistilare intensificată cu ultrasunete pentru izolarea foarte eficientă a uleiurilor esențiale.
(©Rasouli et al. 2021)

Avantajele combinării extracției cu ultrasunete și a hidrodistilării

Extracția asistată de ultrasunete combinată cu hidrodistilarea este în prezent o tehnică consacrată pentru producerea de uleiuri esențiale de înaltă calitate. Ca tehnică de extracție netermică, sonicarea evită degradarea termică a compușilor sensibili la căldură. În același timp, eficiența extracției și randamentele de ulei esențial cresc semnificativ. Descoperiți mai jos beneficiile producției de uleiuri esențiale cu ultrasunete:

1. Eficiență ridicată a extracției: Extracția cu un sonicator cu sondă izolează uleiurile esențiale mai eficient decât metodele tradiționale de extracție, precum distilarea cu abur sau extracția cu solvenți. Aceasta deoarece undele sonore provoacă cavitație în lichid, care contribuie la distrugerea pereților celulari ai materialului vegetal și la eliberarea unei cantități mai mari de ulei esențial.
2. Timp de extracție mai scurt: Extracția cu ultrasunete poate extrage uleiurile esențiale într-un timp mult mai scurt decât metodele tradiționale de extracție. Aceasta deoarece undele sonore intense generate de o sonotrodă ultrasonică pot pătrunde mai adânc în materialul vegetal, pot dezintegra celula vegetală cu o eficiență superioară și pot extrage, prin urmare, uleiul esențial mai rapid și mai eficace.
3. Calitate îmbunătățită a uleiului esențial: Deoarece extracția cu ultrasunete este un tratament netermic, aceasta poate produce uleiuri esențiale de o calitate mai ridicată decât metodele tradiționale de extracție. Aceasta deoarece undele ultrasonice pot extrage uleiul esențial fără a deteriora compușii aromatici delicați care conferă uleiului parfumul și proprietățile terapeutice.
4. Eficiență energetică: Extracția cu ultrasunete este o metodă de extracție eficientă din punct de vedere energetic în comparație cu metodele tradiționale, precum distilarea cu abur, care necesită multă energie pentru producerea aburului.
5. Ecologică: Ultrasonicarea este o tehnică de extracție curată și ecologică, deoarece nu necesită utilizarea de solvenți sau substanțe chimice, care pot fi dăunătoare pentru mediu.

Aceste beneficii transformă extracția uleiurilor esențiale cu ultrasunete într-o tehnică foarte eficientă și economică, ce oferă numeroase avantaje față de metodele tradiționale de extracție.

Compararea dintre dioxidul de carbon supercritic (sCO₂), extracția asistată de ultrasunete (UAE), extracția cu dioxid de carbon supercritic combinată cu tehnica de variație a presiunii (SCE-PST) și extracția Soxhlet arată că UAE este cea mai eficientă și mai rapidă tehnică de extracție.

Studiu științific: hidrodistilarea cu ultrasunete a uleiurilor esențiale

• Materie primă pentru extracție: Frunze uscate de cimbru, salvie, melisă, lavandă și oregano
• Randament crescut de uleiuri esențiale: până la 29,58% mai mult ulei esențial (EO)
• Timp de procesare mai scurt

Un studiu recent realizat de Nenciu et al. (2026) a demonstrat beneficiile hidrodistilării asistate de ultrasunete pentru uleiurile esențiale de cimbru, salvie, melisă, lavandă și oregano. Materialul vegetal uscat a fost amestecat cu apă, pretratat cu un sonicator cu sondă Hielscher UP400St și ulterior distilat cu abur. Cavitația acustică dezintegrează țesutul vegetal și structurile glandulare care conțin ulei, facilitând eliberarea compușilor volatili înainte de distilare. În condițiile optimizate – particule de biomasă de 1 cm, putere ultrasonică de 150 W și o extracție de 85 de minute – randamentul de ulei esențial a crescut de la 1,42 la 1,84% v/w, o îmbunătățire de până la 29,58% comparativ cu hidrodistilarea convențională de 120 de minute. Analiza GC-MS a confirmat compușii caracteristici ai fiecărui ulei, inclusiv carvacrolul în oregano, timolul în cimbru, citralul și geranialul în melisă, cineolul și camforul în salvie, precum și linaloolul și acetatul de linalil în lavandă. Rezultatele arată că pretratamentul cu ultrasunete poate crește randamentul de ulei esențial și poate scurta durata hidrodistilării, îmbunătățind astfel eficiența globală a producției de uleiuri esențiale.

Configurație de hidrodistilare asistată de ultrasunete (UAHD): (a) sonicatorul UP400St (b) unitate de hidrodistilare; (c) sistem de condensare a aburului + răcire
Imagine și studiu: Nenciu et al., 2026

Randament mai mare de ulei esențial: extracția cu ultrasunete înainte de hidrodistilare

Pentru extracția cu ultrasunete a uleiului esențial din material vegetal (de ex. lavandin, salvie, citrice etc.), un sistem de sonicare cu sondă precum UIP2000hdT poate fi utilizat pentru extracție la scară de laborator (de masă), pilot și de producție. Sistemul de extracție poate fi configurat ca sistem în regim discontinuu (batch) sau ca sistem în linie.
Pentru extracția cu ultrasunete în regim discontinuu se recomandă un recipient înconjurat de o baie de apă rece. Baia de apă permite evitarea unei creșteri nedorite a temperaturii și a degradării rezultate. Pentru extracția uleiului esențial de lavandin, florile de lavandă sunt extrase cu, de ex., 2L de apă distilată, pe o durată de extracție de 30 min. Amplitudinea ultrasonică este setată la 60%. După pretratamentul cu ultrasunete, floarea de lavandă este îndepărtată și se efectuează distilarea convențională cu abur pentru extragerea uleiului esențial.
Pentru configurația de extracție în linie, procesorul ultrasonic este echipat cu sonotrodă și celulă de flux. Pentru răcire, reactorul cu celulă de flux este echipat cu o manta de răcire. Pentru pretratamentul cu ultrasunete, materialul vegetal macerat este pompat prin camera de reacție, unde trece direct prin zona de cavitație. Un alt avantaj al extracției cu ultrasunete în linie este posibilitatea de a presuriza camera de reacție pentru a amplifica efectul de extracție.
Pretratamentul cu ultrasunete înainte de hidrodistilare crește randamentul de uleiuri esențiale extrase și îmbunătățește viteza de extracție – rezultând un procedeu global mai eficient.

Studiu de caz: hidrodistilarea cu ultrasunete a uleiului esențial din Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) au investigat eficiența extracției uleiurilor esențiale din planta medicinală Satureja khuzistanica Jamzad, comparând hidrodistilarea tradițională și aparatul Clevenger intensificat cu ultrasunete (Sono-Clevenger). Aceștia au comparat ambele tehnici de extracție, hidrodistilarea și Clevenger cu ultrasunete, în ceea ce privește timpul de izolare, randamentul și calitatea uleiurilor esențiale obținute. Rezultatele arată că, deși profilul chimic și proprietățile biologice ale uleiurilor esențiale obținute sunt ambele de o calitate ridicată comparabilă, metoda de extracție cu ultrasunete crește eficiența randamentului de izolare a uleiului esențial cu până la 40%. Imaginile de microscopie electronică de baleiaj (SEM) ale frunzelor de Satureja tratate evidențiază o dezintegrare mai eficientă a pereților celulari vegetali prin ultrasonicare. Ca rezultat, a fost observată o creștere a extracției de ulei esențial de aproximativ 40% comparativ cu metodologia convențională de hidrodistilare.
Acest studiu confirmă rezultatele multor alte rapoarte, în care pretratamentul cu ultrasunete înainte de hidrodistilare a fost investigat și s-a demonstrat că ultrasonicarea cu sondă îmbunătățește atât calitatea, cât și cantitatea uleiului esențial, reducând totodată timpul de extracție și consumul de energie comparativ cu tehnicile convenționale.
 

Compararea randamentului de extracție în funcție de timp pentru hidrodistilare și metoda Sono-Clevenger: extracția uleiului esențial cu ultrasunete cu un Sono-Clevenger oferă randamente mai mari de ulei esențial într-un timp de extracție mai scurt.
(©Rasouli et al. 2021)

SEM al frunzelor de Satureja: (A) după hidrodistilare timp de 4 ore și (B) după tratament Sono-Clevenger timp de 60 min. Tratamentul Sono-Clevenger, mai scurt, oferă o dezintegrare mai bună a celulelor și, prin urmare, randamente mai mari de ulei esențial.
(©Rasouli et al. 2021)

Extractoare cu ultrasunete pentru hidrodistilarea uleiurilor esențiale

Extractoarele Hielscher cu ultrasunete de putere sunt disponibile pentru instalații de laborator (de masă), pilot și industriale. Procesoarele noastre ultrasonice pot fi controlate cu precizie și pot furniza amplitudini foarte mari (până la 200µm pentru ultrasonicatoarele industriale, amplitudini mai mari la cerere) pentru a genera un câmp acustic intens. Toate dispozitivele noastre cu ultrasunete, de la cele de laborator până la sistemele industriale, sunt construite pentru funcționare 24/7 în condiții de solicitare intensă.
Extractoarele cu ultrasunete Hielscher pot fi testate la scară de laborator (de masă) pentru teste de fezabilitate și optimizarea procesului. Ulterior, toate rezultatele procesului pot fi transpuse liniar la scara producției industriale complete. Experiența noastră îndelungată în procesarea cu ultrasunete ne permite să ne consiliem și să ne asistăm clienții de la primele teste și optimizarea procesului până la implementarea unei operațiuni industriale foarte eficiente.
Vizitați laboratorul nostru tehnic și centrul de procesare pentru a explora capacitățile sistemelor cu ultrasunete Hielscher!
Sistemele noastre robuste cu ultrasunete pot fi utilizate pentru sonicare în regim discontinuu (batch) și în linie. Pentru producția de uleiuri esențiale, se poate obține o combinație sinergică prin instalarea unei sonotrode ultrasonice într-o configurație convențională de hidrodistilare. De asemenea, liniile de producție existente pot fi modernizate cu ușurință.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

Principiul de funcționare al extracției uleiurilor esențiale cu ultrasunete

S-a dovedit că extracția cu ultrasunete oferă randamente de extracție mai mari și reduce consumul de energie. Principiul de funcționare al extracției cu ultrasunete este implozia bulelor generată de cavitația ultrasonică. Cavitația ultrasonică / acustică generează micro-jeturi de lichid care distrug glandele care conțin lipide din țesutul vegetal. Astfel, transferul de masă dintre celulă și solvent este îmbunătățit, iar uleiul esențial este eliberat. Un avantaj major al extractoarelor moderne cu ultrasunete de astăzi este controlul precis al parametrilor de operare (de ex. intensitatea ultrasonică, temperatura, durata tratamentului, presiunea, timpul de retenție etc.). Randamentul crescut de uleiuri esențiale, precum și degradarea termică mai redusă, calitatea ridicată și un bun profil de aromă și gust sunt dovedite științific (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
În timp ce alte tehnici moderne de extracție oferă doar o capacitate limitată de scalare la producția industrială, potențialul de scalare a extracției cu ultrasunete la nivel industrial este deja dovedit. De exemplu, randamentul de extracție a uleiurilor esențiale din citricele japoneze a crescut cu 44% comparativ cu metodele tradiționale de extracție (Mason et al. 2011).

Literatură / Referințe

• 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.