Ultrazvočna hidrodestilacija eteričnih olj

• Konvencionalna ekstrakcija eteričnih olj je draga in dolgotrajna.
• Ultrazvočna ekstrakcija daje višje donose in vrhunsko kakovost ekstrakta.
• Ultrazvočni se lahko izvaja kot metoda ekstrakcije na osnovi topila ali vode. Druga možnost je, da se ultrazvočno razbijanje kombinira s tradicionalnimi sistemi za ekstrakcijo, da se izboljša učinkovitost in kakovost.

Hidrodestilacija botaničnih izvlečkov

Hidrodestilacija je različica destilacije z vodno paro. Za hidrodestilacijsko ekstrakcijo se rastlinski material nekaj časa namaka v vodi, nato pa se zmes segreje in hlapne snovi odnesejo v paro, kondenzirajo in ločijo. To je običajen postopek ekstrakcije za ločevanje fitokemičnih spojin iz rastlinskega materiala. Destilacija z vodno paro je običajna tehnika za izolacijo eteričnih olj, npr. za parfumerijo.
Ker se številne organske spojine nagibajo k razgradnji pri visokih trajnih temperaturah, industrija napreduje z uporabo alternativnih blagih metod predelave, ki dajejo boljše rezultate ekstrakcije (vrhunska kakovost, višji donos). Ultrazvočna hidrodestilacija je blaga, vendar zelo učinkovita tehnika ekstrakcije, ki se uporablja za proizvodnjo visokokakovostnih eteričnih olj.

Izzivi konvencionalne proizvodnje eteričnih olj

Problemi tradicionalnih tehnik ekstrakcije, kot je destilacija z vodno paro, so v ogromnih količinah rastlinskega materiala, ki je potreben za pridobivanje eteričnih olj v komercialnem obsegu. Za 1 kg (2 1/4 lb) eteričnega olja sivke je potrebnih približno 200 kg (440 lb) svežih cvetov sivke, za 1 kg olja vrtnice je potrebno med 2,5 in 5 metričnih ton cvetnih listov vrtnic in za 1 kg eteričnega olja limonine surovine je približno 3.000 limon. Zato so eterična olja zelo draga. Za vrtnico absolutno je cena okoli 20.000 € (21.000 USD) na liter.
Da bi pridobili prednosti glede dobičkonosnosti in konkurenčnosti, morajo proizvajalci eteričnih olj izvajati učinkovitejše in uspešnejše metode ekstrakcije. Ugodne tehnike ultrazvočne ekstrakcije odstopajo od tradicionalnih metod ekstrakcije z blagimi pogoji ekstrakcije, visokimi donosi in vrhunsko kakovostjo ekstrakta. Sonication se lahko izvaja kot ekstrakcija na osnovi topila ali brez topil. Druga možnost je, da se ultrazvočna ekstrakcija tipa sonde kombinira s skupnimi ekstrakcijskimi sistemi, npr. Soxhletova ekstrakcija, Clevengerjeva ekstrakcija, superkritični CO2, omska hidrodestilacija itd. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultrazvočna ohmska hidrodestilacija).

Prednosti ultrazvočne ekstrakcije in hidrodestilacije

Ultrazvočno podprta ekstrakcija in hidrodestilacija je danes uveljavljena tehnika za proizvodnjo visokokakovostnih eteričnih olj. Kot tehnika netermične ekstrakcije ultrazvočna ekstrakcija preprečuje toplotno razgradnjo spojin, občutljivih na toploto. Hkrati se znatno povečata učinkovitost ekstrakcije in donos eteričnih olj. Spodaj poiščite prednosti ultrazvočne proizvodnje eteričnega olja:

1. Visoka učinkovitost ekstrakcije: Ekstrakcija z ultrazvočnim aparatom tipa sonde izolira eterična olja učinkoviteje kot tradicionalne metode ekstrakcije, kot so destilacija z vodno paro ali ekstrakcija s topilom. To je zato, ker zvočni valovi povzročajo kavitacijo v tekočini, ki pomaga razgraditi celične stene rastlinskega materiala in sprostiti več eteričnega olja.
2. Krajši čas ekstrakcije: Ultrazvočna ekstrakcija lahko ekstrahira eterična olja v veliko krajšem času kot tradicionalne metode ekstrakcije. To je zato, ker lahko intenzivni zvočni valovi, ki jih ustvarja ultrazvočna sonda, globlje prodrejo v rastlinski material, motijo rastlinsko celico z vrhunsko učinkovitostjo in zato hitreje in učinkoviteje izvlečejo eterično olje.
3. Izboljšana kakovost eteričnega olja: Ker je ultrazvočna ekstrakcija netoplotna obdelava, lahko proizvaja eterična olja z višjo kakovostjo kot tradicionalne metode ekstrakcije. To je zato, ker lahko ultrazvočni valovi ekstrahirajo eterično olje, ne da bi poškodovali občutljive aromatične spojine, ki dajejo olju vonj in terapevtske lastnosti.
4. Energetsko učinkovito: Ultrazvočna ekstrakcija je energetsko učinkovita metoda ekstrakcije v primerjavi s tradicionalnimi metodami, kot je destilacija s paro, ki zahteva veliko energije za proizvodnjo pare.
5. Okolju prijazno: Ultrasonication je čista in okolju prijazna tehnika ekstrakcije, saj ne zahteva uporabe topil ali kemikalij, ki so lahko škodljive za okolje.

Te prednosti spremenijo ultrazvočno ekstrakcijo eteričnega olja v zelo učinkovito in ekonomično tehniko, ki ponuja številne prednosti pred tradicionalnimi metodami ekstrakcije.

Ultrazvočna ekstrakcija zahteva le zelo kratek čas, kar ustvarja najboljše donose ekstrakcije. Primerjava superkritičnega ogljikovega dioksida (sCO2), ultrazvočne ekstrakcije (ZAE), superkritične ekstrakcije ogljikovega dioksida v kombinaciji s tehniko nihanja tlaka (SCE-PST) in Soxhletove ekstrakcije kaže, da so ZAE najučinkovitejša in najhitrejša tehnika ekstrakcije.

Načelo delovanja ultrazvočne ekstrakcije eteričnega olja

Ultrasonic extraction has been proven to give higher extraction yields and to reduce the energy consumption. The working principle of ultrasonic extraction is the bubble implosion generated by ultrasonic cavitation. Ultrasonic? acoustic cavitation generates liquid micro-jets which destroy the lipid-containing glands in the plant tissue. Thereby, mass transfer between cell and solvent is improved and the essential oil is released. A major advantage of today’s modern ultrasonic extractors is the precise control over the operating parameters (e.g. ultrasonic intensity, temperature, treatment time, pressure, retention time etc.). Increased yield of essential oils as well as lower thermal degradation, high quality and a good aroma and flavour profile are scientifically proven (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Medtem ko druge sodobne tehnike ekstrakcije ponujajo le omejeno zmogljivost za povečanje industrijske proizvodnje, je že dokazana moč za povečanje ultrazvočne ekstrakcije na industrijsko raven. Na primer, donos ekstrakcije eteričnih olj iz japonskih citrusov se je povečal za 44% v primerjavi s tradicionalnimi metodami ekstrakcije (Mason et al. 2011).

Ultrazvočna predobdelava za ekstrakcijo eteričnih olj

Za ultrazvočno ekstrakcijo eteričnega olja iz rastlinskega materiala (npr. Lavandin, žajbelj, citrusi itd.) se lahko za ekstrakcijo na klopi, pilotni in proizvodni lestvici uporablja ultrazvočni sistem tipa sonde, kot je UIP2000hdT. Sistem za ekstrakcijo lahko nastavite kot serijski ali linijski sistem.
Za ultrazvočno ekstrakcijo serije priporočamo posodo z okoliško hladno vodno kopeljo. Vodna kopel omogoča, da se izognete neželenemu dvigu temperature in posledični degradaciji. Za ekstrakcijo eteričnega olja lavandina se cvetovi sivke ekstrahirajo z npr. 2 l destilirane vode za čas ekstrakcije 30 minut. Ultrazvočna amplituda je nastavljena na 60%. Po ultrazvočni predobdelavi se cvet sivke odstrani in izvede se običajna destilacija z vodno paro za ekstrakcijo eteričnega olja.
Za nastavitev inline ekstrakcije je ultrazvočni procesor opremljen s sonotrodo in pretočno celico. Za hlajenje je reaktor pretočne celice opremljen s hladilnim plaščem. Za ultrazvočno predobdelavo se macerirani rastlinski material črpa skozi reakcijsko komoro, kjer prehaja neposredno skozi kavitacijsko cono. Nadaljnja prednost ultrazvočne inline ekstrakcije je možnost pritiska na reakcijsko komoro za povečanje učinka ekstrakcije.
Ultrazvočna predobdelava pred hidrodestilacijo poveča donos ekstrahiranih eteričnih olj in izboljša hitrost ekstrakcije – s čimer se na splošno zagotovi učinkovitejši postopek.

Sono-Clevenger z ultrazvočno sondo UP200S: Ultrazvočno intenzivna hidrodestilacijska nastavitev za visoko učinkovito izolacijo eteričnega olja.(©Rasouli et al. 2021)

Študija primera: Ultrazvočna hidrodestilacija eteričnega olja iz Satureje khuzistanica

Rasouli et al. (2021) so raziskali učinkovitost ekstrakcije eteričnih olj iz zeliščne rastline Satureja khuzistanica Jamzad in primerjali tradicionalno hidrodestilacijo in ultrazvočno intenziviran Clevenger (Sono-Clevenger). Primerjali so obe tehniki ekstrakcije, hidrodestilacijo in ultrazvočni Clevenger, glede časa izolacije, donosa in kakovosti pridobljenih eteričnih olj. Rezultati kažejo, da medtem ko so pridobljena eterična olja kemični profil in biološke lastnosti primerljive visoke kakovosti, ultrazvočna metoda ekstrakcije poveča učinkovitost izolacije eteričnega olja do 40%. Posnetki obdelanih listov Satureje z vrstičnim elektronskim mikrografom (SEM) razkrivajo učinkovitejšo motnjo rastlinskih celičnih sten z ultrazvokom. Posledično je bilo opaženo povečanje ekstrakcije eteričnih olj za približno 40% v primerjavi s konvencionalno metodologijo hidrodestilacije.
Ta študija poudarja rezultate številnih drugih poročil, v katerih je bila raziskana ultrazvočna predobdelava pred hidrodestilacijo in pokazala, da ultrazvočna obdelava tipa sonde izboljša kakovost in količino eteričnega olja, hkrati pa zmanjša čas ekstrakcije in porabo energije v primerjavi s konvencionalnimi tehnikami.
 

Primerjava donosa ekstrakcije kot funkcije časa za hidrodestilacijo in sono-clevengerjevo metodo: Ultrazvočna ekstrakcija eteričnega olja s Sono-Clevengerjem daje višje donose eteričnega olja v krajšem času ekstrakcije.(©Rasouli et al. 2021)

SEM listov Satureje: (A) po 4-urni hidrodestilaciji in (B) po sono-clevengerjevi obdelavi 60 minut. Krajše zdravljenje s Sono-Clevenger daje boljše motnje celic in s tem višje donose eteričnih olj.(©Rasouli et al. 2021)

Ultrazvočni ekstraktorji za hidrodestilacijo eteričnega olja

Hielscher močni ultrazvočni ekstraktorji so na voljo za namizne naprave, pilotne obrate in industrijske obrate. Naši ultrazvočni procesorji so natančno nadzorovani in lahko zagotovijo zelo visoke amplitude (do 200 μm za industrijske ultrazvočne aparate, višje amplitude na zahtevo) za ustvarjanje intenzivnega akustičnega polja. Vse naše ultrazvočne naprave, od laboratorijskih do industrijskih sistemov, so zgrajene za delovanje 24/7 v težkih pogojih.
Hielscher ultrazvočni ekstraktorji se lahko testirajo na ravni za preskuse izvedljivosti in optimizacijo procesov. Nato se lahko vsi procesni rezultati linearno prilagodijo na polno industrijsko proizvodnjo. Naše dolgoletne izkušnje na področju ultrazvočne obdelave nam omogočajo, da se posvetujemo in pomagamo našim strankam od prvih testov in optimizacije procesov do izvedbe visoko učinkovitega industrijskega delovanja.
Obiščite naš tehnični laboratorij in procesni center, da raziščete zmogljivosti Hielscher ultrazvočnih sistemov!
Naši robustni ultrazvočni sistemi se lahko uporabljajo za serijsko in inline ultrazvočno razbijanje. Za proizvodnjo eteričnega olja je mogoče doseči sinergistično kombinacijo z namestitvijo ultrazvočne sonde v običajni nastavitvi hidrodestilacije. Enostavno je mogoče opraviti tudi naknadno opremljanje obstoječih proizvodnih linij.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: