Turbo ekstrakcija cimeta z ultrazvokom

Tradicionalna ekstrakcija cimeta je zamudna in razmeroma neučinkovita. Ultrazvočna ekstrakcija je preprosta, vendar zelo učinkovita tehnika intenzifikacije procesa, ki skrajša čas ekstrakcije na nekaj ur in hkrati poveča izkoristek eteričnega olja cimeta.

Izboljšana ekstrakcija cimeta z ultrazvokom

Tradicionalna ekstrakcija eteričnega olja cimeta poteka s parno destilacijo cimetove skorje in listov. Tradicionalna parna destilacija je zelo počasna in zamudna. Višji ko je ciljni izkoristek cimetovega olja, daljša je parna destilacija, kar pomeni, da lahko parna destilacija kotla cimetovih listov traja do 12 ur, parna destilacija cimetove skorje pa več kot 24 ur. Ultrazvočna ekstrakcija razgradi celične strukture cimetove skorje in listov, tako da se cimetovo olje sprosti hitro in v celoti. Ultrazvočna ekstrakcija znatno pospeši parno destilacijo, skrajša čas obdelave s celega dne na nekaj ur in hkrati poveča izkoristek eteričnega olja cimeta.
Ultrazvočna ekstrakcija sprosti celoten spekter aromatičnih spojin cimeta, vključno s cinamaldehidom, linalolom, evgenolom in cimetovo kislino. Pridobitev ekstrakta s celotnim spektrom visokokakovostnih spojin eteričnega olja je razlog za vrhunsko kakovost ultrazvočno ekstrahiranih cimetovih olj. Zlasti cinamaldehid, glavna organska spojina, daje cimetu značilen okus in vonj. Ker je sonikacija netoplotna obdelava, so spojine eteričnega olja zaščitene pred toplotno razgradnjo. Zato ultrazvočna ekstrakcija omogoča pridobivanje eteričnih olj z intenzivno aromo, ki izpolnjujejo najvišje standarde kakovosti.
Ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče uporabiti za cimetovo skorjo in liste. Olje cimetovih listov ima močnejši vonj kot olje skorje. Cimetovi listi vsebujejo velike količine evgenola.

Zakaj je ultrazvočna ekstrakcija boljša od parne destilacije

Za pridobivanje eteričnih olj iz cimeta s parno destilacijo je treba eterična olja najprej sprostiti iz rastlinskega matriksa (tj. rastlinskih celic v cimetovih listih ali skorji). Pri parni destilaciji se rastlinski material cimeta v kotlih prekuhava do 24 ur. Sama toplota je razmeroma neučinkovita pri razgradnji celičnih struktur in sproščanju ujetih eteričnih olj. Prekuhavanje na splošno ne sprosti ujetih eteričnih olj v celoti, zato se večje količine preostalih olj zavržejo, ker niso bile ekstrahirane. Po postopku toplotne ekstrakcije sledi parna destilacija. Pri tem se zavre zmes dveh tekočin, ki se ne mešata (tj. eteričnega olja in vode). Zmes začne vreti, ko je njun skupni parni tlak enak 760 mm Hg. Vrelišče zmesi vode in eteričnega olja je zato nižje od vrelišča vsake posamezne sestavine. Tradicionalna hidrodestilacija ima velike pomanjkljivosti: dolgotrajni postopek prekuhavanja in obdelave s paro zahteva zelo veliko časa in energije.
Ultrazvočna ekstrakcija deluje na podlagi akustične kavitacije. Akustična kavitacija nastane, ko se valovi močnostnega ultrazvoka sklopijo s tekočino (npr. suspenzijo rastlinskega materiala v topilu ali vodi). Ultrazvočni valovi potujejo skozi tekočino in povzročajo izmenjujoče se visokotlačne / nizkotlačne cikle. Med nizkotlačnimi cikli nastajajo drobni vakuumski mehurčki (tako imenovani kavitacijski mehurčki), ki rastejo skozi več tlačnih ciklov. Pri določeni velikosti, ko mehurčki ne morejo več absorbirati energije, med visokotlačnim ciklom silovito implodirajo. Za implozijo mehurčkov so značilne intenzivne kavitacijske sile, vključno z mikroturbulencami in tekočinskimi curki s hitrostmi do 100m/s. Ti kavitacijski strižni učinki so znani tudi kot sonomehanski učinki. Ultrazvočno ekstrakcijo bioaktivnih molekul povzročajo predvsem sonomehanski učinki: mešanje in turbulence razgradijo celice ter spodbujajo prenos snovi. To pomeni, da se bioaktivne molekule, kot so eterična olja, polifenoli, terpeni in kanabinoidi, sprostijo iz matriksa rastlinskih celic v topilo.
Prednost ultrazvočne ekstrakcije pred tradicionalno metodo prekuhavanja in parne destilacije je primerjalno večja količina ekstrahiranih eteričnih olj in drugih organskih spojin v znatno krajšem času. Višji izkoristki ekstrakcije preprečujejo izgube surovine in povečujejo donosnost ekstrakcije. Prihranki časa in energije, doseženi z ultrazvočno ekstrakcijo, so znatni. Ultrazvočna ekstrakcija kot netoplotna metoda preprečuje razgradnjo toplotno občutljivih spojin zaradi toplote.
Zmerne temperature in kratek čas obdelave so pomembne prednosti ultrazvočne ekstrakcije, saj preprečujejo toplotno razgradnjo naravnih ekstraktov. Zaradi tega je ultrazvočna ekstrakcija zelo učinkovita, sonikacija pa omogoča pridobivanje eteričnih olj vrhunske kakovosti.

Študije primerov ultrazvočne ekstrakcije cimeta

Raziskovalna dejavnost in industrija že uporabljata ultrazvočno ekstrakcijo za proizvodnjo visokokakovostnih eteričnih olj iz številnih rastlinskih materialov, vključno s cimetovimi listi in skorjo.

Ultrazvočna hidrodestilacija cimeta

Chen et al. (2020) so raziskovali ultrazvočno pospešeno hidrodestilacijo in ugotovili, da je sonikacija znatno izboljšala destilacijski proces. Ultrazvočna parna destilacija je omogočila višje izkoristke cimetovega olja v drastično skrajšanem času ekstrakcije. Z analizo GC-MS so pokazali, da je hidrodestilacija s pomočjo ultrazvoka v primerjavi s tradicionalno hidrodestilacijo omogočila pridobitev dragocenejšega eteričnega olja z visoko vsebnostjo glavne spojine trans-cinamaldehida. Posnetek z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM) je potrdil učinkovitost sonikacije pri ekstrakciji cimetovega olja. Poleg tega analiza porabe električne energije in emisij CO2 kaže, da je hidrodestilacija s pomočjo ultrazvoka gospodarnejši in okolju prijaznejši pristop. Chen et al. zato povzemajo, da je hidrodestilacija s pomočjo ultrazvoka učinkovita in zelena tehnologija za ekstrakcijo eteričnega olja cimeta, ki lahko izboljša količino in kakovost cimetovih olj.

Ultrazvočna ekstrakcija cimeta z uporabo globokih evtektičnih topil

Ultrazvočna ekstrakcija z uporabo globokih evtektičnih topil se je izkazala za vrhunsko tehniko za pridobivanje visokih izkoristkov trans-cinamaldehida in kumarina iz cimetove skorje.
Metoda je v optimalnih pogojih omogočila višjo vsebnost trans-cinamaldehida in kumarina kot običajne metode (ekstrakcija pod refluksom, ekstrakcija po Soxhletu in maceracija) z uporabo organskih topil (96% etanol). Ugotovljeno je bilo, da optimalne pogoje za ultrazvočno ekstrakcijo z uporabo naravnih globokih evtektičnih topil zagotavljajo holinov klorid–citronska kislina (ChCl-CA) z dodatkom 40% vode in 30-minutni čas ekstrakcije za pridobivanje trans-cinamaldehida (9,24 ± 0,01 mg/g) in kumarina (11,6 ± 0,11 mg/g) iz cimetove skorje (C. burmannii Blume). Za raziskovanje farmakološke aktivnosti trans-cinamaldehida in kumarina iz cimetove skorje bi bilo treba opraviti nadaljnje raziskave. (prim. Aryati et al. 2020)

Posnetek površine cimetove skorje z vrstično elektronsko mikroskopijo pri 1000x povečavi; posušen prah (a); po ekstrakciji z maceracijo (b); po ekstrakciji pod refluksom (c); po ekstrakciji po Soxhletu (d); po ekstrakciji z uporabo NADES-UAE ChCl-CA (e).
študija in slika: Aryati et al. 2020

Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji

Ultrazvočna ekstrakcija je zanesljiva tehnologija obdelave, ki olajša in pospeši proizvodnjo visokokakovostnih eteričnih olj. Ponudba Hielscher Ultrasonics zajema celoten razpon od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih procesorjev do industrijskih ekstrakcijskih sistemov. Tako vam lahko pri Hielscher ponudimo najprimernejši ultrazvočni procesor za vašo predvideno zmogljivost procesa. Naše osebje z dolgoletnimi izkušnjami vam bo pomagalo od preizkusov izvedljivosti in optimizacije procesa do namestitve vašega ultrazvočnega sistema na končni proizvodni ravni.
Majhna prostorska zahtevnost naših ultrazvočnih ekstraktorjev in raznovrstne možnosti njihove namestitve omogočajo uporabo tudi v obratih z malo razpoložljivega prostora. Ultrazvočni procesorji so nameščeni v obratih za proizvodnjo živil, farmacevtskih izdelkov in prehranskih dopolnil po vsem svetu.

Hielscher Ultrasonics – izpopolnjena oprema za ekstrakcijo

Ponudba izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten razpon visokozmogljivih ultrazvočnih ekstraktorjev za obdelavo v majhnem in velikem obsegu. Dodatna oprema omogoča preprosto sestavljanje najprimernejše konfiguracije ultrazvočne naprave za vaš ekstrakcijski proces. Optimalna ultrazvočna sestava je odvisna od predvidene zmogljivosti, prostornine, surovine, šaržnega ali linijskega procesa in časovnega načrta.

Šaržna in linijska obdelava

Ultrazvočne procesorje Hielscher je mogoče uporabljati za šaržno in neprekinjeno pretočno obdelavo. Ultrazvočna šaržna obdelava je idealna za preizkušanje in optimizacijo procesov ter za majhen do srednje velik obseg proizvodnje. Za proizvodnjo velikih količin rastlinskih materialov (npr. cimetovih listov in skorje) bi bila lahko linijska obdelava ugodnejša. Čeprav šaržna obdelava zahteva le zelo preprosto sestavo opreme, je časovno zahtevnejša in zahteva več dela. Neprekinjen linijski ekstrakcijski proces zahteva izpopolnjeno sestavo opreme – sestavljeno iz črpalke, gibkih cevi ali cevovodov in rezervoarjev –, vendar je učinkovitejši, hitrejši in zahteva znatno manj dela. Hielscher Ultrasonics ima najprimernejšo ekstrakcijsko sestavo za vaš obseg ekstrakcije in cilje procesa.

Ultrazvočni ekstraktorji za vsako proizvodno zmogljivost

Ponudba izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih procesorjev prek namiznih in pilotnih sistemov do povsem industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovornjaških tovorov na uro. Celovita ponudba izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najprimernejši ultrazvočni ekstraktor za vašo surovino, zmogljivost procesa in proizvodne cilje.
Namizni ultrazvočni sistemi so idealni za preizkuse izvedljivosti in optimizacijo procesa. Linearno povečevanje obsega na podlagi uveljavljenih procesnih parametrov omogoča zelo preprosto povečevanje zmogljivosti obdelave od manjših šarž do polne komercialne proizvodnje. Obseg je mogoče povečati z namestitvijo močnejše ultrazvočne ekstrakcijske enote ali z združitvijo več ultrazvočnih procesorjev v vzporedno skupino. Z UIP16000 Hielscher ponuja najmočnejši ultrazvočni ekstraktor na svetu.

Natančno nastavljive amplitude za optimalne rezultate

Vse ultrazvočne procesorje Hielscher je mogoče natančno krmiliti, zato so zanesljivi delovni stroji v proizvodnji. Amplituda je eden ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in uspešnost ultrazvočne ekstrakcije eteričnih olj iz cimeta.
Vsi procesorji Hielscher Ultrasonics omogočajo natančno nastavitev amplitude. Sonotrode in ojačevalni nastavki so dodatna oprema, ki omogoča spreminjanje amplitude v še širšem razponu. Industrijski ultrazvočni procesorji Hielscher lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude in potrebno ultrazvočno intenzivnost za zahtevne uporabe. Amplitude do 200µm je mogoče brez težav neprekinjeno vzdrževati pri delovanju 24/7.
Natančne nastavitve amplitude in stalno spremljanje parametrov ultrazvočnega procesa prek pametne programske opreme vam omogočajo obdelavo cimetovih listov in skorje v najučinkovitejših ultrazvočnih pogojih. Optimalna sonikacija za najboljše rezultate ekstrakcije!
Robustnost ultrazvočne opreme Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih. Zato je ultrazvočna oprema Hielscher zanesljivo delovno orodje, ki izpolnjuje vaše zahteve glede ekstrakcije.

Preprosto preizkušanje brez tveganja

Obseg ultrazvočnih procesov je mogoče povečevati povsem linearno. To pomeni, da je mogoče vsak rezultat, ki ste ga dosegli z laboratorijskim ali namiznim ultrazvočnim procesorjem, s povečanjem obsega prenesti v povsem enak rezultat ob uporabi povsem enakih procesnih parametrov. Zato je ultrazvočna obdelava idealna za preizkušanje izvedljivosti brez tveganja, optimizacijo procesa in poznejšo uvedbo v komercialno proizvodnjo. Obrnite se na nas in izvedite, kako lahko sonikacija poveča vašo proizvodnjo cimetovega ekstrakta.

Najvišja kakovost – zasnovano in izdelano v Nemčiji

Hielscher kot podjetje v družinski lasti in z družinskim vodstvom daje prednost najvišjim standardom kakovosti za svoje ultrazvočne procesorje. Vsi ultrazvočni procesorji so zasnovani, izdelani in temeljito preizkušeni na našem sedežu v Teltowu pri Berlinu v Nemčiji. Zaradi robustnosti in zanesljivosti je ultrazvočna oprema Hielscher vzdržljiv delovni stroj v vaši proizvodnji. Delovanje 24/7 pri polni obremenitvi in v zahtevnih okoljih je samoumevna lastnost visokozmogljivih mešalnikov Hielscher.

Spodnja tabela prikazuje okvirno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih procesorjev: