Hidrodistilarea cu ultrasunete a uleiurilor esențiale
- Extracția convențională a uleiurilor esențiale este costisitoare și consumatoare de timp.
- Extracția cu ultrasunete oferă randamente mai mari și o calitate superioară a extractului.
- Cu ultrasunete poate fi efectuată ca metodă de extracție pe bază de solvent sau apă. Alternativ, sonicare poate fi combinat cu sistemele tradiționale de extracție pentru a îmbunătăți eficiența și calitatea.
Hidrodistilarea extractelor botanice
Hidrodistilarea este o variantă a distilării cu abur. Pentru extracția prin hidrodistilare, materialul vegetal este înmuiat o perioadă de timp în apă, după care amestecul este încălzit și materialele volatile sunt îndepărtate în abur, condensate și separate. Este un proces comun de extracție pentru a separa compușii fitochimici din materialul vegetal. Distilarea cu abur este o tehnică comună de izolare a uleiurilor esențiale, de exemplu pentru parfumerie.
Deoarece mulți compuși organici tind să se descompună la temperaturi ridicate susținute, industria face un pas înainte pentru a utiliza metode alternative de prelucrare ușoară, care dau rezultate mai bune de extracție (calitate superioară, randamente mai mari). Hidrodistilarea cu ultrasunete este o tehnică de extracție ușoară, dar extrem de eficientă, care este utilizată pentru a produce uleiuri esențiale de înaltă calitate.
Extracția cu ultrasunete și hidrodistilarea cu ultrasunete îmbunătățesc semnificativ producția de uleiuri esențiale.
Provocările producției convenționale de uleiuri esențiale
Problemele tehnicilor tradiționale de extracție, cum ar fi distilarea cu abur, constau în cantitățile uriașe de material vegetal, care sunt necesare pentru extragerea uleiurilor esențiale la scară comercială. Pentru 1 kg (2 1/4 lb) de ulei esențial de lavandă sunt necesare aproximativ 200 kg (440lb) de flori proaspete de lavandă, pentru 1 kg de ulei de trandafir sunt între 2,5 și 5 tone metrice de petale de trandafir necesare și pentru 1 kg de ulei esențial de lămâie materia primă constă în aproximativ 3.000 de lămâi. Prin urmare, uleiurile esențiale sunt foarte scumpe. Pentru trandafirul absolut, prețul este de aproximativ 20.000 € (21.000 $) pe litru.
Pentru a obține avantaje în ceea ce privește rentabilitatea și competitivitatea, producătorii de uleiuri esențiale trebuie să pună în aplicare metode de extracție mai eficiente și mai eficace. Tehnicile favorabile de extracție cu ultrasunete excelează metodele tradiționale de extracție prin condiții ușoare de extracție, randamente ridicate și calitate superioară a extractului. Sonicare poate fi efectuată ca extracție pe bază de solvent sau fără solvenți. Alternativ, extracția cu ultrasunete de tip sondă poate fi combinată cu sisteme comune de extracție, de exemplu. Extracția Soxhlet, extracția Clevenger, CO2 supercritic, hidrodistilarea ohmică etc. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, hidrodistilare ohmică cu ultrasunete).
Avantajele extracției cu ultrasunete și hidrodistilării
Extracția și hidrodistilarea asistată cu ultrasunete este astăzi o tehnică consacrată pentru producerea uleiurilor esențiale de înaltă calitate. Ca tehnică de extracție non-termică, sonicare evită degradarea termică a compușilor sensibili la căldură. În același timp, eficiența extracției și randamentele uleiurilor esențiale sunt semnificativ crescute. Găsiți beneficiile producției de ulei esențial cu ultrasunete de mai jos:
- Eficiență ridicată de extracție: Extracția folosind un ultrasonicator de tip sondă izolează uleiurile esențiale mai eficient decât metodele tradiționale de extracție, ar fi distilarea cu abur sau extracția cu solvent. Acest lucru se datorează faptului că undele sonore provoacă cavitație în lichid, ceea ce ajută la descompunerea pereților celulari ai materialului vegetal și la eliberarea mai multor uleiuri esențiale.
- Timp de extracție mai scurt: Extracția cu ultrasunete poate extrage uleiuri esențiale într-un timp mult mai scurt decât metodele tradiționale de extracție. Acest lucru se datorează faptului că undele sonore intense generate de o sondă ultrasonică pot pătrunde mai adânc în materialul vegetal, pot perturba celula plantei cu o eficiență superioară și, prin urmare, pot extrage uleiul esențial mai rapid și mai eficient.
- Calitate îmbunătățită a uleiului esențial: Deoarece extracția cu ultrasunete este un tratament non-termic, se poate produce uleiuri esențiale cu o calitate superioară decât metodele tradiționale de extracție. Acest lucru se datorează faptului că undele cu ultrasunete pot extrage uleiul esențial fără a deteriora compușii aromatici delicați care conferă uleiului parfumul și proprietățile terapeutice.
- Eficient din punct de vedere energetic: Extracția cu ultrasunete este o metodă eficientă din punct de vedere energetic de extracție în comparație cu metodele tradiționale, ar fi distilarea cu abur, care necesită multă energie pentru a produce abur.
- Ecologice: Ultrasonication este o tehnică curată și ecologică de extracție, deoarece nu necesită utilizarea de solvenți sau substanțe chimice, care pot fi dăunătoare mediului.
Aceste beneficii transformă extracția uleiului esențial cu ultrasunete într-o tehnică extrem de eficientă și economică, care oferă multe avantaje față de metodele tradiționale de extracție.
Extracția cu ultrasunete necesită doar un timp foarte scurt generând cele mai bune randamente de extracție. Compararea dioxidului de carbon supercritic (sCO2), extracția asistată cu ultrasunete (EAU), extracția dioxidului de carbon supercritic combinată cu tehnica de schimbare a presiunii (SCE-PST) și extracția Soxhlet arată că EAU este cea mai eficientă și rapidă tehnică de extracție.
Principiul de lucru al extracției cu ultrasunete ulei esential
Extracția cu ultrasunete sa dovedit a da randamente mai mari de extracție și pentru a reduce consumul de energie. Principiul de lucru al extracției cu ultrasunete este implozia cu bule generată de cavitație cu ultrasunete. Cavitația ultrasonică / acustică generează micro-jeturi lichide care distrug glandele care conțin lipide din țesutul vegetal. Astfel, transferul de masă între celulă și solvent este îmbunătățit și uleiul esențial este eliberat. Un avantaj major al extractoarelor cu ultrasunete moderne de astăzi este controlul precis asupra parametrilor de funcționare (de exemplu, intensitatea ultrasonică, temperatura, timpul de tratament, presiunea, timpul de retenție etc.). Randamentul crescut al uleiurilor esențiale, precum și degradarea termică mai scăzută, calitatea înaltă și un profil bun de aromă și aromă sunt dovedite științific (Porto și colab. 2009; Asfaw și colab., 2005).
În timp ce alte tehnici moderne de extracție oferă doar o capacitate limitată de scalare până la producția industrială, potența de a extinde extracția cu ultrasunete la nivel industrial este deja dovedită. De exemplu, randamentul de extracție a uleiurilor esențiale din citricele japoneze a crescut cu 44% în comparație cu metodele tradiționale de extracție (Mason și colab. 2011).
Clevenger cu Ultrasonicator UP200Ht
(©Pingret și colab., 2014)
Extracție cu ultrasunete și hidrodistilare
Pretratare cu ultrasunete pentru extracția uleiurilor esențiale
Pentru extracția cu ultrasunete a uleiului esențial din material vegetal (de exemplu, lavandină, salvie, citrice etc.), un sistem sonicare de tip sondă, ar fi UIP2000hdT poate fi utilizat pentru extracție la banc-top, pilot și scară de producție. Sistemul de extracție poate fi configurat ca sistem lot sau în linie.
Pentru extracția lotului cu ultrasunete, se recomandă un recipient cu o baie de apă rece înconjurătoare. Baia de apă permite evitarea unei creșteri nedorite a temperaturii și a degradării rezultate. Pentru extracția uleiului esențial de lavandină, florile de lavandă sunt extrase, de exemplu, cu 2L de apă distilată pentru un timp de extracție de 30 min. Amplitudinea ultrasonică este setată la 60%. După pretratarea cu ultrasunete, floarea de lavandă este îndepărtată și se efectuează distilarea convențională cu abur pentru a extrage uleiul esențial.
Pentru configurarea extracției inline, procesorul cu ultrasunete ist echipat cu sonotrode și celulă de flux. În scopul răcirii, reactorul cu celule de flux este echipat cu o manta de răcire. Pentru pre-tratarea cu ultrasunete, materialul vegetal macerat este pompat prin camera de reacție unde trece direct prin zona cavitațională. Un alt beneficiu al extracției inline cu ultrasunete este posibilitatea de a presuriza camera de reacție pentru a crește efectul de extracție.
Pre-tratarea cu ultrasunete înainte de hidrodistilare crește randamentul uleiurilor esențiale extrase și îmbunătățește rata de extracție – având ca rezultat o procedură globală mai eficientă.
Avantajele extracției cu ultrasunete și hidrodistilării
- Repede & extracție eficientă
- Non-termic, proces ușor
- Extracte de înaltă calitate
- randament ridicat
- Spectru complet de arome
- Mai puțină materie primă
- Extracția verde
Sono-Clevenger cu sondă ultrasonică UP200S: O configurație de hidrodistilare intensificată ultrasonically pentru izolarea extrem de eficientă a uleiului esențial.
(©Rasouli și colab. 2021)
Studiu de caz: Hidrodistilarea cu ultrasunete a uleiului esențial de la Satureja khuzistanica
Rasouli et al. (2021) au investigat eficiența extracției uleiurilor esențiale din planta pe bază de plante Satureja khuzistanica Jamzad comparând hidrodistilarea tradițională și Clevenger intensificat ultrasonically (Sono-Clevenger). Ei au comparat ambele tehnici de extracție, hidrodistilarea și ultrasunetele Clevenger, în ceea ce privește timpul de izolare, randamentul și calitatea uleiurilor esențiale obținute. Rezultatele arată că, în timp ce profilul chimic al uleiurilor esențiale obținute și proprietățile biologice sunt ambele de înaltă calitate comparabilă, metoda de extracție cu ultrasunete îmbunătățește eficiența randamentului de izolare a uleiurilor esențiale cu până la 40%. Scanarea imaginilor micrografice electronice (SEM) ale frunzelor Satureja tratate dezvăluie o perturbare mai eficientă a pereților celulari ai plantelor prin ultrasonication. Ca rezultat, s-a observat o îmbunătățire a extracției uleiurilor esențiale cu aproximativ 40% în comparație cu metodologia convențională de hidrodistilare.
Acest studiu subliniază rezultatele multor alte rapoarte, în care pre-tratarea cu ultrasunete înainte de hidrodistilare a fost investigată și a arătat că ultrasonication tip sondă îmbunătățește atât calitatea și cantitatea de ulei esențial, reducând în același timp timpul de extracție și consumul de energie în comparație cu tehnicile convenționale.
Compararea randamentului de extracție ca funcție de timp pentru hidrodistilare și metoda sono-clevenger: Extracția cu ultrasunete ulei esențial cu un Sono-Clevenger oferă randamente mai mari de ulei esențial într-un timp de extracție mai scurt.
(©Rasouli și colab. 2021)
SEM de Satureja frunze: (A) după hidrodistilare timp de 4 ore și (B) după tratamentul sono-clevenger timp de 60 min. Tratamentul Sono-Clevenger mai scurt oferă o întrerupere mai bună a celulelor și, prin urmare, randamente mai mari de uleiuri esențiale.
(©Rasouli și colab. 2021)
Extractoare cu ultrasunete pentru hidrodistilarea uleiurilor esențiale
Hielscher ecoductoare de putere sunt disponibile pentru banc-top, instalație pilot și instalații industriale. Procesoarele noastre cu ultrasunete sunt controlabile cu precizie și pot livra amplitudini foarte mari (până la 200μm pentru ultrasonicators industriale, amplitudini mai mari la cerere) pentru a genera un câmp acustic intens. Toate dispozitivele noastre cu ultrasunete, de la laborator la sisteme industriale, sunt construite pentru funcționarea 24/7 în condiții grele.
Hielscher extractoare cu ultrasunete pot fi testate la banc-top scară pentru teste de fezabilitate și optimizarea procesului. Ulterior, toate rezultatele procesului pot fi scalate liniar la producția industrială completă. Experiența noastră îndelungată în prelucrarea cu ultrasunete ne permite să consultăm și să asistăm clienții noștri de la primele teste și optimizarea proceselor până la implementarea unei operațiuni industriale extrem de eficiente.
Vizitați laboratorul nostru tehnic și centrul de proces pentru a explora capacitățile sistemelor cu ultrasunete Hielscher!
Sistemele noastre robuste cu ultrasunete pot fi utilizate pentru lot și inline sonicare. Pentru producția de uleiuri esențiale, se poate obține o combinație sinergică prin instalarea unei sonde cu ultrasunete într-o instalație convențională de hidrodistilare. Retehnologizarea liniilor de producție existente se poate face, de asemenea, cu ușurință.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate | 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
|---|---|---|
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 până la 150L | 3 până la 15L / min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Ultrasonicator UP200Ht cu extractor Soxhlet.
(©Djenni și colab., 2012)
Literatură / Referințe
- 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.
Fapte care merită știute
Extras cu succes de ultrasunete
Următoarele materiale vegetale și țesuturi vegetale sunt dovedite că extracția cu ultrasunete atinge rezultate îmbunătățite de extracție. Extracția cu ultrasunete oferă randamente mai mari, extracte de înaltă calitate cu un profil complet compus / aromă și spectru complet de aromă.
Plante aromatice & frunze: menta, menta, Stevia, canabis, hamei, busuioc, cimbru, piper, oregano, salvie, fenicul, patrunjel, eucalipt, Măslină, ceai verde, ceai negru, Boldo, tutun, mentă, măghiran etc.
Flori (attars): trandafir, lavandă, ylang-ylang, iasomie, patchouli, tuberoză, mimoză etc.
fructe: portocale, citrice, lămâie, zmeură, roșii, mere, afine, afine, mandarine, Struguri, Măslină, jujube etc.
Condimente: șofrancoriandru ghimbir, dafin, nucșoară, scorțișoară, turmeric, vanilie, cuișoare, nucșoară, buzdugan etc.
lemn & scoarță: lemn de agar, stejar, lemn de santal, lemn de cedru, pin, scoarță de scorțișoară etc.
Extractele botanice conțin întregul spectru de compuși activi și fitochimicale, astfel încât uleiul esențial conține lipide, terpene și terpenoide, fenoli, alcaloizi, flavonoide, compuși carbonilici, antioxidanți, vitamine, pigmenți, enzime etc.
Exemple de molecule extrase: monoterpene și monoterpenoide, sesquiterpene, limonen, carvonă, a-pinen, limonen, 1,8-cineol, cis-ocimen, trans-ocimen, 3-octanonă, beta-caroten, α-pinen, camfor, camfen, β-pinen, mircen, para-cimen, limonen, γ-terpinen, linalool, myrtenol, myrtenal, carvone.
Uleiurile esențiale prezintă efecte antioxidante și antimicrobiene, ceea ce le face, pe lângă aroma și aroma lor, un ingredient benefic și pentru alimente și produse medicale.
Uleiurile esențiale, de exemplu din lavandă, mentă și eucalipt, sunt produse în cea mai mare parte prin distilare cu abur. Materiile prime vegetale, cum ar fi florile, frunzele, lemnul, scoarța, rădăcinile, semințele și cojile sunt extrase prin distilarea apei în timp ce sunt înmuiate și fierte cu apă într-un aparat de distilare.
hidrodistilare
Pentru hidrodistilare, se diferențiază două forme: distilarea cu apă și distilarea cu abur.
Pentru izolarea uleiurilor esențiale prin distilarea apei, materialul vegetal este plasat în apă pentru a fi fiert. Pentru distilarea cu abur, aburul este injectat în/prin materialul vegetal. Datorită influenței apei calde și a aburului, uleiul esențial este eliberat din glandele lipidice din țesutul vegetal. Aburul de apă evaporat transportă uleiul din materialul vegetal. Ulterior, aburul este condensat într-un condensator prin răcire indirectă cu apă. Din condensator, extractul distilat (uleiul esențial) curge într-un separator, unde uleiul se separă automat de apa distilată.
extracția cu solvenți
Datorită eficienței, majoritatea uleiurilor esențiale, de exemplu pentru industria parfumurilor și parfumurilor, sunt produse prin extracție cu solvenți, folosind solvenți volatili, de exemplu hexan, clorură de metilen sau eter de petrol. Principalele avantaje ale extracției cu solvenți față de distilare sunt că o temperatură uniformă (aproximativ 50 ° C) poate fi menținută în timpul procesului. Deoarece temperaturile mai ridicate duc la degradarea compușilor uleiurilor esențiale, uleiurile extrase cu solvenți se caracterizează printr-o completitudine mai mare a compușilor volatili și un miros mai natural.
CO supercritic2 s-a dovedit a fi un solvent organic excelent și, prin urmare, este o altă metodă alternativă pentru extracția uleiurilor aromatice din plante.
Solvenți de extracție
Solvenții organici tradiționali pentru extracție includ benzen, toluen, hexan, dimetil eter, eter de petrol, clorură de metilen, acetat de etil, acetonă sau etanol.
Etanolul este utilizat pentru a extrage compuși parfumați din materiale vegetale uscate, precum și din uleiuri impure sau betoane care au fost produse în primul rând prin extracție, exprimare sau enflueraj cu solvenți organici. Extractele de etanol din materiale uscate sunt cunoscute sub numele de tincturi. Tincturile nu trebuie confundate cu spălările cu etanol, care sunt efectuate pentru a purifica uleiurile și betoanele pentru a obține absoluturi.
Când apa este utilizată ca fluid de extracție, procesul se numește extracție fără solvenți.
uleiuri esențiale
Uleiurile esențiale sunt produse prin extracție din material vegetal. Ca materie primă pot fi utilizate diferite tipuri de părți ale plantelor, de exemplu flori (de exemplu, trandafir, iasomie, garoafă, cuișoare, mimoză, rozmarin, lavandă), frunze (de exemplu, mentă, Ocimum spp., lemongrass, jamrosa), frunze și tulpini (de exemplu, geranium, patchouli, petitgrain, verbena, scorțișoară), scoarță (de exemplu, scorțișoară, cassia, canella), lemn (de exemplu, cedru, sandale, pin), rădăcini (de exemplu, angelică, sassafras, vetiver, saussurea, valeriană), semințe (de exemplu, fenicul, coriandru, chimen, mărar, nucșoară), fructe (bergamotă, portocală, lămâie, ienupăr), rizomi (de exemplu, ghimbir, calamus, curcuma, iris) și gume sau exudații de oleorășină (de exemplu, balsam de Peru, Myroxylon balsamum, storax, smirnă, benzoină).
Beton și absolut
Betonul este termenul pentru masa semisolidă obținută prin extracția cu solvent a materialului vegetal proaspăt. Materialul vegetal proaspăt este extras în cea mai mare parte folosind solvenți nepolari, cum ar fi benzenul, toluenul, hexanul, eterul de petrol. După procesul de extracție, solventul este evaporat, astfel încât să se obțină un reziduu semisolid de uleiuri esențiale, ceruri, rășini și alte substanțe fitochimice lipofile (hidrofobe). Acesta este așa-numitul beton.
Pentru a obține un absolut din beton, betonul trebuie tratat cu un alcool puternic în care pot fi dizolvați anumiți constituenți.
Producția cu ultrasunete de nanoemulsii
Interesul pentru utilizarea nanoemulsiilor ca sisteme de livrare pentru ingredientele alimentare lipofile, ca purtător pentru compușii activi din produsele farmaceutice și cosmetice, este în creștere semnificativă datorită clarității optice ridicate, stabilității fizice bune și capacității de a crește biodisponibilitatea. Ultrasunete Emulsionare pregătește micro- și nano-emulsii stabile care garantează cele mai bune rezultate în produsul final.
Click aici pentru a afla mai multe despre emulsionarea cu ultrasunete!
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la Laborator spre dimensiunea industrială.