Турбоэкстракция корицы с помощью ультразвука

Традиционная экстракция корицы требует много времени и относительно неэффективна. Ультразвуковая экстракция – простой, но высокоэффективный метод интенсификации процесса, который сокращает время экстракции до нескольких часов и одновременно повышает выход эфирного масла корицы.

Улучшенная экстракция корицы с помощью ультразвука

Традиционная экстракция эфирного масла корицы осуществляется путём перегонки коры и листьев корицы с водяным паром. Традиционная перегонка с водяным паром протекает очень медленно и требует много времени. Чем выше целевой выход масла корицы, тем дольше длится перегонка с водяным паром: перегонка одного котла листьев корицы может занимать до 12 часов, тогда как перегонка коры корицы может занимать более 24 часов. Ультразвуковая экстракция разрушает клеточные структуры коры и листьев корицы, благодаря чему масло корицы высвобождается быстро и полностью. Ультразвуковая экстракция значительно ускоряет перегонку с водяным паром, сокращая время обработки с целых суток до нескольких часов и одновременно повышая выход эфирного масла корицы.
Ультразвуковая экстракция высвобождает весь спектр ароматических соединений корицы, включая коричный альдегид, линалоол, эвгенол и коричную кислоту. Получение экстракта с полным спектром высококачественных компонентов эфирного масла обусловливает превосходное качество масел корицы, экстрагированных с помощью ультразвука. В частности, коричный альдегид, основное органическое соединение, придаёт корице её характерные вкус и аромат. Поскольку обработка ультразвуком является нетермическим воздействием, компоненты эфирного масла защищены от термического разложения. Поэтому ультразвуковая экстракция позволяет получать эфирные масла с интенсивным ароматом, соответствующие самым высоким стандартам качества.
Ультразвуковую экстракцию можно применять к коре и листьям корицы. Масло из листьев корицы обладает более сильным ароматом, чем масло из коры. Листья корицы содержат большое количество эвгенола.

Почему ультразвуковая экстракция превосходит перегонку с водяным паром

Для получения эфирных масел из корицы путём перегонки с водяным паром эфирные масла сначала должны высвободиться из растительной матрицы (то есть из растительных клеток листьев или коры корицы). При перегонке с водяным паром растительное сырьё корицы кипятят в котлах до 24 часов. Одно лишь тепло относительно неэффективно разрушает клеточные структуры и высвобождает заключённые в них эфирные масла. Как правило, кипячение не высвобождает заключённые в клетках эфирные масла полностью, и значительные количества остаточных масел теряются, поскольку они не были экстрагированы. После процесса тепловой экстракции проводится перегонка с водяным паром. Для этого кипятят смесь двух несмешивающихся жидкостей (то есть эфирного масла и воды). Смесь начинает кипеть, когда суммарное давление их паров достигает 760 mm Hg. Таким образом, температура кипения смеси воды и эфирного масла ниже температуры кипения каждого из компонентов по отдельности. Традиционная гидродистилляция имеет существенные недостатки: длительный процесс кипячения и обработки паром требует очень больших затрат времени и энергии.
Ультразвуковая экстракция основана на акустической кавитации. Акустическая кавитация возникает, когда волны мощного ультразвука передаются в жидкость (например, в суспензию растительного сырья в растворителе или воде). Ультразвуковые волны распространяются через жидкость, вызывая чередующиеся циклы высокого и низкого давления. Во время циклов низкого давления образуются мельчайшие вакуумные пузырьки (так называемые кавитационные пузырьки), которые растут в течение нескольких циклов давления. Достигнув определённого размера, когда пузырьки больше не могут поглощать энергию, они резко схлопываются во время цикла высокого давления. Схлопывание пузырьков характеризуется интенсивными кавитационными силами, включая микротурбулентность и потоки жидкости со скоростями до 100m/s. Эти кавитационные сдвиговые эффекты также известны как сономеханические эффекты. Ультразвуковая экстракция биоактивных молекул обусловлена главным образом сономеханическими эффектами: перемешивание и турбулентность вызывают разрушение клеток и способствуют массопереносу. Это означает, что биоактивные молекулы, такие как эфирные масла, полифенолы, терпены и каннабиноиды, высвобождаются из матрицы растительных клеток в растворитель.
Преимущество ультразвуковой экстракции перед традиционным методом кипячения и перегонки с водяным паром заключается в сравнительно более высокой степени извлечения эфирных масел и других органических соединений за значительно более короткое время. Более высокий выход экстракции позволяет избежать потерь сырья и делает экстракцию более прибыльной. Экономия времени и энергии, достигаемая благодаря ультразвуковой экстракции, существенна. Как нетермический метод, ультразвуковая экстракция предотвращает разложение термочувствительных соединений под действием тепла.
Умеренные температуры и короткое время обработки являются основными преимуществами ультразвуковой экстракции, поскольку предотвращается термическое разложение натуральных экстрактов. Это делает ультразвуковую экстракцию высокоэффективной, поэтому обработка ультразвуком позволяет получать эфирные масла превосходного качества.

Исследования ультразвуковой экстракции корицы

В научных исследованиях и промышленности ультразвуковая экстракция уже применяется для производства высококачественных эфирных масел из многих видов растительного сырья, включая листья и кору корицы.

Ультразвуковая гидродистилляция корицы

Chen et al. (2020) исследовали гидродистилляцию, интенсифицированную ультразвуком, и пришли к выводу, что обработка ультразвуком значительно улучшает процесс дистилляции. Ультразвуковая перегонка с водяным паром обеспечила более высокий выход масла корицы при резко сокращённом времени экстракции. С помощью анализа GC-MS они показали, что гидродистилляция с применением ультразвука позволяет получать более ценное эфирное масло с высоким содержанием основного соединения, транс-коричного альдегида, по сравнению с традиционной гидродистилляцией. Микрофотография, полученная с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), подтвердила эффективность обработки ультразвуком для экстракции масла корицы. Кроме того, анализ потребления электроэнергии и выбросов CO2 показывает, что процесс гидродистилляции с применением ультразвука является более экономичным и экологичным подходом. Поэтому Chen et al. заключают, что гидродистилляция с применением ультразвука – эффективная и экологичная технология экстракции эфирного масла корицы, которая может повысить количество и качество масел корицы.

Ультразвуковая экстракция корицы с использованием глубоких эвтектических растворителей

Показано, что ультразвуковая экстракция с использованием глубоких эвтектических растворителей является превосходным методом извлечения транс-коричного альдегида и кумарина из коры корицы с высоким выходом.
При оптимальных условиях этот метод обеспечил более высокое содержание транс-коричного альдегида и кумарина, чем традиционные методы (экстракция с обратным холодильником, экстракция по Сокслету и мацерация) с использованием органических растворителей (96% этанол). Установлено, что оптимальными условиями ультразвуковой экстракции с использованием природных глубоких эвтектических растворителей являются применение системы хлорид холина – лимонная кислота (ChCl-CA) с добавлением 40% воды и временем экстракции 30 минут для извлечения транс-коричного альдегида (9,24 ± 0,01 mg/g) и кумарина (11,6 ± 0,11 mg/g) из коры корицы (C. burmannii Blume). Необходимы дальнейшие исследования для изучения фармакологической активности транс-коричного альдегида и кумарина из коры корицы. (См. Aryati et al. 2020)

Изображение поверхности коры корицы, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии при увеличении 1000x; высушенный порошок (a); после экстракции методом мацерации (b); после экстракции с обратным холодильником (c); после экстракции по Сокслету (d); после экстракции с использованием NADES-UAE ChCl-CA (e).
исследование и изображение: Aryati et al. 2020

Высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы

Ультразвуковая экстракция – надёжная технология обработки, которая облегчает и ускоряет производство высококачественных эфирных масел. Ассортимент Hielscher Ultrasonics охватывает весь диапазон от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до промышленных экстракционных систем. Поэтому мы в Hielscher можем предложить вам наиболее подходящий ультразвуковой аппарат для планируемой производительности вашего процесса. Наши сотрудники с многолетним опытом помогут вам на всех этапах – от испытаний технологической осуществимости и оптимизации процесса до установки вашей ультразвуковой системы на конечном производственном уровне.
Небольшая занимаемая площадь наших ультразвуковых экстракторов и разнообразные варианты их установки позволяют размещать их даже в производственных помещениях с ограниченным пространством. Ультразвуковые процессоры устанавливаются по всему миру на предприятиях по производству пищевых продуктов, фармацевтической продукции и пищевых добавок.

Hielscher Ultrasonics – современное экстракционное оборудование

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь диапазон высокопроизводительных ультразвуковых экстракторов для малых и крупных масштабов производства. Дополнительные принадлежности позволяют легко собрать наиболее подходящую конфигурацию ультразвукового устройства для вашего процесса экстракции. Оптимальная ультразвуковая установка зависит от планируемой производительности, объёма, сырья, периодического или поточного режима процесса и сроков.

Периодическая и поточная обработка

Ультразвуковые аппараты Hielscher могут использоваться для периодической и непрерывной проточной обработки. Периодическая ультразвуковая обработка идеально подходит для испытаний процесса, его оптимизации и производства малого и среднего масштаба. Для переработки больших объёмов растительного сырья (например, листьев и коры корицы) поточная обработка может быть более выгодной. Хотя периодическая обработка требует лишь очень простой установки, она более затратна по времени и труду. Непрерывный поточный процесс экстракции требует сложной установки – состоящей из насоса, шлангов или труб и резервуаров, – но он эффективнее, быстрее и требует значительно меньших трудозатрат. Hielscher Ultrasonics располагает наиболее подходящей экстракционной установкой для вашего объёма экстракции и технологических целей.

Ультразвуковые экстракторы для любой производительности

Ассортимент Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров – от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов, настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров, способных обрабатывать за час объёмы сырья, соответствующие загрузке нескольких грузовиков. Полный ассортимент продукции позволяет нам предложить вам наиболее подходящий ультразвуковой экстрактор для вашего сырья, производительности процесса и производственных целей.
Настольные ультразвуковые системы идеально подходят для испытаний технологической осуществимости и оптимизации процесса. Линейное масштабирование на основе установленных параметров процесса позволяет очень легко увеличивать производительность обработки от небольших партий до полноценного коммерческого производства. Увеличение масштаба можно осуществить либо установкой более мощного ультразвукового экстрактора, либо параллельным объединением нескольких ультразвуковых аппаратов. В модели UIP16000 компания Hielscher предлагает самый мощный ультразвуковой экстрактор в мире.

Точно регулируемые амплитуды для оптимальных результатов

Все ультразвуковые аппараты Hielscher допускают точное управление и поэтому являются надёжными рабочими инструментами на производстве. Амплитуда – один из важнейших параметров процесса, влияющих на эффективность и результативность ультразвуковой экстракции эфирных масел из корицы.
Все процессоры Hielscher Ultrasonics позволяют точно задавать амплитуду. Сонотроды и усилители амплитуды – принадлежности, позволяющие изменять амплитуду в ещё более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокие амплитуды и необходимую интенсивность ультразвука для сложных применений. Амплитуды до 200µm можно без труда поддерживать непрерывно в режиме работы 24/7.
Точная настройка амплитуды и постоянный контроль параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения позволяют обрабатывать листья и кору корицы в наиболее эффективных ультразвуковых условиях. Оптимальная обработка ультразвуком для наилучших результатов экстракции!
Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях. Благодаря этому ультразвуковое оборудование Hielscher является надёжным рабочим инструментом, отвечающим вашим требованиям к экстракции.

Простые испытания без риска

Ультразвуковые процессы допускают полностью линейное масштабирование. Это означает, что любой результат, достигнутый с помощью лабораторного или настольного ультразвукового аппарата, можно масштабировать с получением точно такого же результата при использовании точно тех же параметров процесса. Это делает обработку ультразвуком идеальной для испытаний технологической осуществимости без риска, оптимизации процесса и последующего внедрения в коммерческое производство. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как обработка ультразвуком может увеличить производство экстракта корицы.

Высочайшее качество – разработано и произведено в Германии

Будучи семейным предприятием, находящимся в семейном управлении, Hielscher уделяет первостепенное внимание самым высоким стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты разрабатываются, производятся и тщательно испытываются в нашей штаб-квартире в Тельтове под Берлином, Германия. Прочность и надёжность ультразвукового оборудования Hielscher делают его надёжным рабочим инструментом на вашем производстве. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях – естественная характеристика высокопроизводительных смесителей Hielscher.

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности обработки наших ультразвуковых аппаратов: