Turboextrakcia škorice ultrazvukom

Tradičná extrakcia škorice je časovo náročná a pomerne neefektívna. Ultrazvuková extrakcia je jednoduchá, no vysoko účinná technika intenzifikácie procesu, ktorá skracuje čas extrakcie na niekoľko hodín a zároveň zvyšuje výťažok škoricovej silice.

Zdokonalená extrakcia škorice ultrazvukom

Tradičná extrakcia škoricovej silice sa uskutočňuje destiláciou škoricovej kôry a listov vodnou parou. Tradičná destilácia vodnou parou je veľmi pomalá a časovo náročná. Čím vyšší je požadovaný výťažok škoricovej silice, tým dlhšie trvá destilácia vodnou parou, čo znamená, že destilácia jedného kotla škoricových listov vodnou parou môže trvať až 12 hodín, zatiaľ čo destilácia škoricovej kôry vodnou parou môže trvať viac ako 24 hodín. Ultrazvuková extrakcia narúša bunkové štruktúry škoricovej kôry a listov, takže sa škoricová silica uvoľňuje rýchlo a úplne. Ultrazvuková extrakcia výrazne urýchľuje destiláciu vodnou parou, čím skracuje čas spracovania z celého dňa na niekoľko hodín a zároveň zvyšuje výťažok škoricovej silice.
Ultrazvuková extrakcia uvoľňuje celé spektrum aromatických zlúčenín škorice vrátane cinamaldehydu, linaloolu, eugenolu a kyseliny škoricovej. Získanie extraktu s úplným spektrom vysokokvalitných zložiek silice je dôvodom vynikajúcej kvality škoricových silíc extrahovaných ultrazvukom. Najmä cinamaldehyd, hlavná organická zlúčenina, dodáva škorici jej charakteristickú chuť a vôňu. Keďže sonikácia je netepelná metóda spracovania, zložky silice sú chránené pred tepelnou degradáciou. Ultrazvukovou extrakciou sa preto získavajú silice s intenzívnou arómou, ktoré spĺňajú najvyššie štandardy kvality.
Ultrazvukovú extrakciu možno použiť na škoricovú kôru aj listy. Silica zo škoricových listov má v porovnaní so silicou z kôry silnejšiu vôňu. Škoricové listy obsahujú veľké množstvo eugenolu.

Prečo ultrazvuková extrakcia prekonáva destiláciu vodnou parou

Na výrobu éterických olejov zo škorice destiláciou s vodnou parou sa éterické oleje musia najprv uvoľniť z rastlinnej matrice (t. j. z rastlinných buniek v listoch alebo kôre škoricovníka). Pri destilácii s vodnou parou sa rastlinný materiál škoricovníka varí v kotloch až 24 hodín. Samotné teplo je pri narúšaní bunkových štruktúr a uvoľňovaní zachytených éterických olejov pomerne neúčinné. Varením sa zachytené éterické oleje spravidla neuvoľnia úplne a väčšie množstvá zvyškových olejov sa premrhajú, pretože sa nevyextrahovali. Po procese tepelnej extrakcie nasleduje destilácia s vodnou parou. Na tento účel sa varí zmes dvoch nemiešateľných kvapalín (t. j. éterického oleja a vody). Zmes začne vrieť, keď sa súčet tlakov pár oboch zložiek rovná 760 mm Hg. Teplota varu zmesi vody a éterického oleja je teda nižšia ako teplota varu každej zložky samostatne. Tradičná hydrodestilácia má zásadné nevýhody: dlhý proces varenia a spracovania parou je veľmi náročný na čas a energiu.
Ultrazvuková extrakcia funguje na princípe akustickej kavitácie. Akustická kavitácia vzniká, keď sa vlny výkonového ultrazvuku privádzajú do kvapaliny (napr. suspenzie rastlinného materiálu v rozpúšťadle alebo vo vode). Ultrazvukové vlny sa šíria kvapalinou a spôsobujú striedanie cyklov vysokého a nízkeho tlaku. Počas cyklov nízkeho tlaku vznikajú drobné vákuové bubliny (takzvané kavitačné bubliny), ktoré rastú počas niekoľkých tlakových cyklov. Pri určitej veľkosti, keď už bubliny nedokážu absorbovať viac energie, počas cyklu vysokého tlaku prudko implodujú. Implóziu bublín charakterizujú intenzívne kavitačné sily vrátane mikroturbulencií a prúdov kvapaliny s rýchlosťami až 100m/s. Tieto kavitačné šmykové účinky sa nazývajú aj sonomechanické účinky. Ultrazvuková extrakcia bioaktívnych molekúl je spôsobená najmä sonomechanickými účinkami: miešanie a turbulencie narúšajú bunky a podporujú prenos hmoty. To znamená, že bioaktívne molekuly, ako sú éterické oleje, polyfenoly, terpény a kanabinoidy, sa uvoľňujú z matrice rastlinných buniek do rozpúšťadla.
Výhodou ultrazvukovej extrakcie oproti tradičnej metóde varenia a destilácie s vodnou parou je porovnateľne vyššia miera extrakcie éterických olejov a ďalších organických zlúčenín za výrazne kratší čas. Vyššie výťažky extrakcie zabraňujú plytvaniu surovinou a zvyšujú výnosnosť extrakcie. Úspory času a energie dosiahnuté ultrazvukovou extrakciou sú značné. Ako netepelná metóda ultrazvuková extrakcia chráni zlúčeniny citlivé na teplo pred degradáciou vyvolanou teplom.
Mierne teploty a krátky čas spracovania sú hlavnými výhodami ultrazvukovej extrakcie, pretože sa predchádza tepelnému rozkladu prírodných extraktov. Vďaka tomu je ultrazvuková extrakcia vysoko účinná, a preto sa sonikáciou získavajú éterické oleje vynikajúcej kvality.

Prípadové štúdie ultrazvukovej extrakcie škorice

Vo výskume aj v priemysle sa už ultrazvuková extrakcia používa na výrobu vysokokvalitných éterických olejov z mnohých rastlinných materiálov vrátane listov a kôry škoricovníka.

Ultrazvuková hydrodestilácia škorice

Chen a kol. (2020) skúmali hydrodestiláciu podporovanú ultrazvukom a dospeli k záveru, že sonikácia výrazne zlepšila proces destilácie. Ultrazvuková destilácia vodnou parou poskytla vyššie výťažky škoricovej silice pri výrazne skrátenom čase extrakcie. Pomocou analýzy GC-MS preukázali, že hydrodestilácia podporovaná ultrazvukom poskytla v porovnaní s tradičnou hydrodestiláciou hodnotnejšiu silicu s vysokým obsahom hlavnej zložky, trans-cinamaldehydu. Mikrosnímka zo skenovacieho elektrónového mikroskopu (SEM) potvrdila účinnosť sonikácie pri extrakcii škoricovej silice. Analýza spotreby elektrickej energie a emisií CO2 navyše ukazuje, že proces hydrodestilácie podporovanej ultrazvukom je hospodárnejším a ekologickejším postupom. Chen a kol. preto konštatujú, že hydrodestilácia podporovaná ultrazvukom je účinná a ekologická technológia na extrakciu škoricovej silice, ktorá môže zlepšiť množstvo a kvalitu škoricových silíc.

Ultrazvuková extrakcia škorice pomocou hlboko eutektických rozpúšťadiel

Ukázalo sa, že ultrazvuková extrakcia pomocou hlboko eutektických rozpúšťadiel je lepšou technikou na získanie vysokých výťažkov trans-cinamaldehydu a kumarínu zo škoricovej kôry.
Táto metóda za optimálnych podmienok poskytla vyšší obsah trans-cinamaldehydu a kumarínu než konvenčné metódy (extrakcia pod spätným chladičom, Soxhletova extrakcia a macerácia) využívajúce organické rozpúšťadlá (96% etanol). Zistilo sa, že optimálnymi podmienkami ultrazvukovej extrakcie pomocou prírodných hlboko eutektických rozpúšťadiel boli použitie cholínchloridu a kyseliny citrónovej (ChCl-CA) s prídavkom 40% vody a čas extrakcie 30 minút na získanie trans-cinamaldehydu (9,24 ± 0,01 mg/g) a kumarínu (11,6 ± 0,11 mg/g) zo škoricovej kôry (C. burmannii Blume). Na preskúmanie farmakologickej aktivity trans-cinamaldehydu a kumarínu zo škoricovej kôry by sa mal vykonať ďalší výskum. (porov. Aryati a kol. 2020)

Snímka povrchu škoricovej kôry získaná skenovacou elektrónovou mikroskopiou pri 1000x zväčšení; sušený prášok (a); po extrakcii maceráciou (b); po extrakcii pod spätným chladičom (c); po Soxhletovej extrakcii (d); po extrakcii pomocou NADES-UAE ChCl-CA (e).
štúdia a obrázok: Aryati a kol. 2020

Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory

Ultrazvuková extrakcia je spoľahlivá technológia spracovania, ktorá uľahčuje a urýchľuje výrobu vysokokvalitných silíc. Portfólio Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rozsah od kompaktných laboratórnych ultrazvukových prístrojov až po priemyselné extrakčné systémy. Vďaka tomu vám v spoločnosti Hielscher môžeme ponúknuť najvhodnejší ultrazvukový prístroj pre vašu plánovanú kapacitu spracovania. Naši pracovníci s dlhoročnými skúsenosťami vám pomôžu od skúšok uskutočniteľnosti a optimalizácie procesu až po inštaláciu vášho ultrazvukového systému v konečnej výrobnej prevádzke.
Malé pôdorysné rozmery našich ultrazvukových extraktorov, ako aj ich rozmanité možnosti inštalácie umožňujú ich umiestnenie aj do prevádzok s obmedzeným priestorom. Ultrazvukové procesory sú nainštalované po celom svete v prevádzkach na výrobu potravín, farmaceutických výrobkov a výživových doplnkov.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikované extrakčné zariadenia

Produktové portfólio Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rozsah vysokovýkonných ultrazvukových extraktorov od malého až po veľké meradlo. Doplnkové príslušenstvo umožňuje jednoduché zostavenie najvhodnejšej konfigurácie ultrazvukového zariadenia pre váš extrakčný proces. Optimálna ultrazvuková zostava závisí od plánovanej kapacity, objemu, suroviny, vsádzkového alebo kontinuálneho procesu v potrubí a časového harmonogramu.

Vsádzkové a kontinuálne spracovanie v potrubí

Ultrazvukové prístroje Hielscher možno používať na dávkové aj kontinuálne prietokové spracovanie. Dávkové ultrazvukové spracovanie je ideálne na testovanie a optimalizáciu procesov a na malú až stredne veľkú výrobu. Pri spracovaní veľkých objemov rastlinných materiálov (napr. škoricových listov a kôry) môže byť výhodnejšie inline spracovanie. Hoci dávkové spracovanie vyžaduje len veľmi jednoduchú zostavu, je časovo aj pracovne náročnejšie. Kontinuálny proces inline extrakcie vyžaduje sofistikovanú zostavu – pozostávajúcu z čerpadla, hadíc alebo potrubí a nádrží –, je však efektívnejší, rýchlejší a vyžaduje podstatne menej práce. Hielscher Ultrasonics má najvhodnejšiu extrakčnú zostavu pre váš objem extrakcie a ciele procesu.

Ultrazvukové extraktory pre každú výrobnú kapacitu

Sortiment Hielscher Ultrasonics pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov od kompaktných laboratórnych ultrazvukových prístrojov cez stolové a poloprevádzkové systémy až po plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou spracovať za hodinu náklady celých nákladných vozidiel. Kompletný sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejší ultrazvukový extraktor pre vašu surovinu, kapacitu procesu a výrobné ciele.
Stolové ultrazvukové systémy sú ideálne na skúšky uskutočniteľnosti a optimalizáciu procesov. Lineárne zväčšovanie mierky na základe stanovených procesných parametrov umožňuje veľmi jednoducho zvýšiť kapacitu spracovania z menších dávok na plnú komerčnú výrobu. Zväčšenie mierky možno dosiahnuť buď inštaláciou výkonnejšieho ultrazvukového extraktora, alebo paralelným zoskupením viacerých ultrazvukových prístrojov. Modelom UIP16000 ponúka Hielscher najvýkonnejší ultrazvukový extraktor na svete.

Presne regulovateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Všetky ultrazvukové prístroje Hielscher umožňujú presnú reguláciu, a preto sú spoľahlivými pomocníkmi vo výrobe. Amplitúda je jedným z kľúčových procesných parametrov, ktoré ovplyvňujú efektívnosť a účinnosť ultrazvukovej extrakcie éterických olejov zo škorice.
Všetky procesory Hielscher Ultrasonics umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Sonotródy a zosilňovacie nadstavce sú príslušenstvom, ktoré umožňuje meniť amplitúdu v ešte širšom rozsahu. Priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy a poskytovať požadovanú intenzitu ultrazvuku pre náročné aplikácie. Amplitúdy až do 200µm možno bez problémov nepretržite udržiavať v prevádzke 24/7.
Presné nastavenie amplitúdy a nepretržité monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu pomocou inteligentného softvéru vám umožňujú spracovať škoricové listy a kôru za najúčinnejších ultrazvukových podmienok. Optimálna sonikácia pre najlepšie výsledky extrakcie!
Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach. Vďaka tomu sú ultrazvukové zariadenia Hielscher spoľahlivým pracovným nástrojom, ktorý spĺňa vaše požiadavky na extrakciu.

Jednoduché testovanie bez rizika

Ultrazvukové procesy možno zväčšovať v mierke úplne lineárne. To znamená, že každý výsledok, ktorý ste dosiahli pomocou laboratórneho alebo stolového ultrazvukového prístroja, možno preniesť do väčšej mierky s presne rovnakým výstupom pri použití presne rovnakých procesných parametrov. Vďaka tomu je ultrazvukové spracovanie ideálne na skúšky uskutočniteľnosti bez rizika, optimalizáciu procesov a následné zavedenie do komerčnej výroby. Kontaktujte nás a zistite, ako môže sonikácia zvýšiť vašu produkciu škoricového extraktu.

Najvyššia kvalita – navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinná firma vo vlastníctve a pod vedením rodiny kladie Hielscher pri svojich ultrazvukových procesoroch dôraz na najvyššie štandardy kvality. Všetky ultrazvukové prístroje sa navrhujú, vyrábajú a dôkladne testujú v našom sídle v Teltowe neďaleko Berlína v Nemecku. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukových zariadení Hielscher z nich robia spoľahlivých pomocníkov vo vašej výrobe. Prevádzka 24/7 pri plnom zaťažení a v náročných prostrediach je prirodzenou vlastnosťou vysokovýkonných miešačov Hielscher.

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje predstavu o približnej kapacite spracovania našich ultrazvukových prístrojov: