Ултразвучна хидродестилација етеричних уља
- Конвенционална екстракција етеричних уља је скупа и дуготрајна.
- Ултразвучна екстракција даје веће приносе и врхунски квалитет екстракта.
- Ултразвучни се може извести као метода екстракције на бази растварача или воде. Алтернативно, соникација се може комбиновати са традиционалним системима екстракције како би се побољшала ефикасност и квалитет.
Хидродестилација ботаничких екстраката
Хидродестилација је варијанта дестилације паром. За екстракцију хидродестилацијом, биљни материјал се натапа неко време у води након чега се смеша загрева и испарљиви материјали се одводе у пару, кондензују и одвајају. То је уобичајени процес екстракције за одвајање фитокемијских једињења из биљног материјала. Дестилација паром је уобичајена техника за изоловање етеричних уља, на пример за парфимерију.
Пошто многа органска једињења имају тенденцију да се разлажу на високим температурама, индустрија иступа ка коришћењу алтернативних благих метода прераде, које дају боље резултате екстракције (врхунски квалитет, већи приноси). Ултразвучна хидродестилација је блага, али врло ефикасна техника екстракције, која се користи за производњу висококвалитетних етеричних уља.
Ултразвучна екстракција и ултразвучна хидродестилација значајно побољшавају производњу етеричног уља.
Изазови конвенционалне производње есенцијалних уља
Проблеми традиционалних техника екстракције као што је дестилација воденом паром леже у огромним количинама биљног материјала, који је потребан за екстракцију етеричних уља у комерцијалним размерама. За 1 кг (2 1/4 лб) есенцијалног уља лаванде је прибл. Потребно је 200 кг (440 фунти) свежег цвећа лаванде, за 1 кг ружиног уља потребно је између 2,5 и 5 метричких тона латица руже, а за 1 кг есенцијалног уља лимуна сировина се састоји од прибл. 3.000 лимуна. Због тога су етерична уља веома скупа. За апсолутне руже цена је око 20.000€ (21.000УС$) по литру.
Да би стекли предности у погледу профитабилности и конкурентности, произвођачи етеричних уља морају применити ефикасније и ефективније методе екстракције. Повољне технике ултразвучне екстракције надмашују традиционалне методе екстракције благим условима екстракције, високим приносима и супериорним квалитетом екстракта. Соникација се може извести као екстракција на бази растварача или екстракција без растварача. Алтернативно, ултразвучна екстракција типа сонде може се комбиновати са уобичајеним системима за екстракцију, нпр Сокхлет екстракција, Цлевенгер екстракција, суперкритични ЦО2, омска хидродестилација итд. (Соно-Сокхлет, Соно-Цлевенгер, Соно-сцЦО2, ултразвучна омска хидродестилација).
Предности ултразвучне екстракције и хидродестилације
Екстракција и хидродестилација уз помоћ ултразвука је данас успостављена техника за производњу висококвалитетних етеричних уља. Као техника нетермалне екстракције, соникација избегава термичку деградацију једињења осетљивих на топлоту. Истовремено се значајно повећава ефикасност екстракције и приноси етеричног уља. У наставку пронађите предности ултразвучне производње етеричног уља:
- Висока ефикасност екстракције: Екстракција помоћу ултразвучног апарата типа сонде изолује етерична уља ефикасније од традиционалних метода екстракције, као што је дестилација паром или екстракција растварачем. То је зато што звучни таласи изазивају кавитацију у течности, што помаже да се разбију ћелијски зидови биљног материјала и ослободи више есенцијалног уља.
- Краће време екстракције: Ултразвучна екстракција може екстраховати етерична уља за много краће време од традиционалних метода екстракције. То је зато што интензивни звучни таласи које генерише ултразвучна сонда могу дубље продрети у биљни материјал, пореметити биљну ћелију са врхунском ефикасношћу и стога екстраховати етерично уље брже и ефикасније.
- Побољшан квалитет етеричног уља: Како ултразвучна екстракција није термички третман, може произвести етерична уља вишег квалитета од традиционалних метода екстракције. То је зато што ултразвучни таласи могу екстраховати етерично уље без оштећења деликатних ароматичних једињења која дају уљу његов мирис и терапеутска својства.
- Енергетски ефикасна: Ултразвучна екстракција је енергетски ефикасан метод екстракције у поређењу са традиционалним методама, као што је дестилација паром, која захтева много енергије за производњу паре.
- Еколошки: Ултразвук је чиста и еколошки прихватљива техника екстракције, јер не захтева употребу растварача или хемикалија, које могу бити штетне по животну средину.
Ове предности претварају ултразвучну екстракцију етеричног уља у високо ефикасну и економичну технику која нуди многе предности у односу на традиционалне методе екстракције.
Ултразвучна екстракција захтева само врло кратко време за постизање најбољих приноса екстракције. Поређење суперкритичног угљен-диоксида (сЦО2), екстракције уз помоћ ултразвука (УАЕ), суперкритичне екстракције угљен-диоксида у комбинацији са техником промене притиска (СЦЕ-ПСТ) и екстракције Сокхлет-а показује да је УАЕ најефикаснија и брза техника екстракције.
Принцип рада ултразвучне екстракције етеричног уља
Доказано је да ултразвучна екстракција даје веће приносе екстракције и смањује потрошњу енергије. Принцип рада ултразвучне екстракције је имплозија мехурића настала ултразвучном кавитацијом. Ултразвучна/акустична кавитација ствара течне микромлазеве који уништавају жлезде које садрже липиде у биљном ткиву. Тиме се побољшава пренос масе између ћелије и растварача и ослобађа се етерично уље. Главна предност данашњих модерних ултразвучних екстрактора је прецизна контрола радних параметара (нпр. ултразвучног интензитета, температуре, времена третмана, притиска, времена задржавања итд.). Повећани принос етеричних уља као и нижа термичка деградација, висок квалитет и добар профил ароме и укуса су научно доказани (Порто ет ал. 2009; Асфав ет ал. 2005).
Док друге модерне технике екстракције нуде само ограничену способност за повећање индустријске производње, способност за повећање ултразвучне екстракције на индустријски ниво је већ доказана. На пример, принос екстракције етеричних уља из јапанских цитруса повећан је за 44% у поређењу са традиционалним методама екстракције (Масон ет ал. 2011).
Цлевенгер витх Ултрасоницатор УП200Хт
(©Пингрет ет ал., 2014)
Ултразвучна екстракција и хидродестилација
Ултразвучни предтретман за екстракцију есенцијалних уља
За ултразвучну екстракцију есенцијалног уља из биљног материјала (нпр. лавандин, жалфија, цитруси итд.), систем сонде типа сонде као што је УИП2000хдТ може се користити за екстракцију на столу, пилоту и производној скали. Систем за екстракцију се може поставити као батцх или инлине систем.
За ултразвучну серијску екстракцију препоручује се контејнер са околним купатилом са хладном водом. Водено купатило омогућава да се избегне нежељени пораст температуре и резултирајућа деградација. За екстракцију етеричног уља лавандина, цветови лаванде се екстрахују са нпр. 2Л дестиловане воде током екстракције од 30 мин. Ултразвучна амплитуда је подешена на 60%. Након ултразвучног претходног третмана, цвет лаванде се уклања и врши се конвенционална дестилација паром да би се екстраховало етерично уље.
За подешавање инлине екстракције, ултразвучни процесор је опремљен сонотродом и проточном ћелијом. За потребе хлађења, реактор проточне ћелије је опремљен расхладним омотачем. За ултразвучни предтретман, мацерирани биљни материјал се пумпа кроз реакциону комору где пролази директно кроз кавитациону зону. Додатна предност ултразвучне инлине екстракције је могућност притиска у реакционој комори како би се повећао ефекат екстракције.
Ултразвучни предтретман пре хидродестилације повећава принос екстрахованих етеричних уља и побољшава брзину екстракције – што резултира укупно ефикаснијим поступком.
Предности ултразвучне екстракције и хидродестилације
- Фаст & ефикасна екстракција
- Нетермички, благи процес
- Екстракти високог квалитета
- Висок принос
- Пун спектар арома
- Мање сировина
- Зелена екстракција
Соно-Цлевенгер са ултразвучном сондом УП200С: Ултразвучно појачана хидродестилација за високо ефикасну изолацију етеричног уља.
(©Расоули ет ал. 2021)
Студија случаја: Ултразвучна хидродестилација есенцијалног уља из Сатуреја кхузистаница
Расоули и др. (2021) су истраживали ефикасност екстракције етеричних уља из биљне биљке Сатуреја кхузистаница Јамзад упоређујући традиционалну хидродестилацију и ултразвучно интензивирани Цлевенгер (Соно-Цлевенгер). Они су упоредили обе технике екстракције, хидродестилацију и ултразвучни Цлевенгер, у погледу времена изолације, приноса и квалитета добијених етеричних уља. Резултати показују да иако су хемијски профил и биолошка својства добијених етеричних уља упоредиво високог квалитета, метода ултразвучне екстракције повећава ефикасност изолације етеричног уља до 40%. Слике са скенирајућим електронским микрографом (СЕМ) третираних листова Сатуреје откривају ефикасније нарушавање зидова биљних ћелија ултразвуком. Као резултат, примећено је побољшање екстракције етеричног уља за око 40% у поређењу са конвенционалном методологијом хидродестилације.
Ова студија наглашава резултате многих других извештаја, у којима је истражен ултразвучни предтретман пре хидродестилације и показао да ултразвучна обрада сонде побољшава и квалитет и количину етеричног уља, док истовремено смањује време екстракције и потрошњу енергије у поређењу са конвенционалним техникама. .
Поређење приноса екстракције као функције времена за хидродестилацију и методу соно-цлевенгер: Ултразвучна екстракција етеричног уља са Соно-Цлевенгер-ом даје веће приносе етеричног уља за краће време екстракције.
(©Расоули ет ал. 2021)
СЕМ листова Сатуреје: (А) након хидродестилације током 4 сата, и (Б) након третмана соно-цлевенгером током 60 минута. Краћи Соно-Цлевенгер третман даје бољи поремећај ћелија и самим тим већи принос есенцијалног уља.
(©Расоули ет ал. 2021)
Ултразвучни екстрактори за хидродестилацију етеричних уља
Хиелсцхер повер ултразвучни екстрактори су доступни за инсталације на столу, пилот постројење и индустријска постројења. Наши ултразвучни процесори се прецизно контролишу и могу да испоруче веома велике амплитуде (до 200 µм за индустријске ултразвучне апарате, веће амплитуде на захтев) за генерисање интензивног акустичног поља. Сви наши ултразвучни уређаји, од лабораторијских до индустријских система, направљени су за рад 24/7 у тешким условима рада.
Хиелсцхер ултразвучни екстрактори се могу тестирати на клупи за тестирање изводљивости и оптимизацију процеса. Након тога, сви резултати процеса могу се линеарно скалирати до пуне индустријске производње. Наше дугогодишње искуство у ултразвучној обради омогућава нам да консултујемо и помажемо нашим клијентима од првих тестова и оптимизације процеса до имплементације високо ефикасне индустријске операције.
Посетите нашу техничку лабораторију и процесни центар да истражите могућности Хиелсцхер ултразвучних система!
Наши робусни ултразвучни системи могу се користити за серијско и инлине соникацију. За производњу есенцијалног уља, синергистичка комбинација се може постићи уградњом ултразвучне сонде у конвенционалну поставку за хидродестилацију. Надоградња постојећих производних линија такође се може лако извршити.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
| Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји | 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | УП100Х |
|---|---|---|
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000хдТ |
| 15 до 150Л | 3 до 15 л/мин | УИП6000хдТ |
| на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
| на | већи | кластер оф УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Соно-Сокхлет подешавање користећи соникатор УП200Хт за побољшане резултате екстракције
(©Дјенни, ет ал., 2012)
Литература / Референце
- 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.
Чињенице које вреди знати
Успешно екстрахован ултразвуком
Следећи биљни материјал и биљна ткива су доказали да ултразвучна екстракција постиже побољшане резултате екстракције. Ултразвучна екстракција даје веће приносе, висококвалитетне екстракте са комплетним профилом једињења/арома и пуним спектром укуса.
биље & листови: нана, нана, стевиа, канабис, хмељ, босиљак, тимијан, бибер, оригано, жалфија, коморач, першун, еукалиптус, Маслина, Зелени чај, црни чај, болдо, дуван, пеперминт, мајоран итд.
Цвеће (аттари): ружа, лаванда, иланг-иланг, јасмин, пачули, тубероза, мимоза итд.
Воће: наранџа, цитруси, лимун, малина, парадајз, јабука, боровница, боровница, мандарина, грожђе, Маслина, жижула итд.
Зачини: шафран, коријандер, ђумбир, ловор, мушкатни орашчић, цимет, куркума, ванила, каранфилић, мушкатни орашчић, буздован итд.
дрво & кора: агар, храст, сандаловина, кедар, бор, кора цимета итд.
Ботанички екстракти садрже читав спектар активних једињења и фитокемикалија тако да етерично уље садржи липиде, терпене и терпеноиде, феноле, алкалоиде, флавоноиде, карбонилна једињења, антиоксиданте, витамине, пигменте, ензиме итд.
Примери екстрахованих молекула: монотерпени и монотерпенеоиди, сесквитерпени, лимонен, карвон, а-пинен, лимонен, 1,8-цинеол, цис-оцимен, транс-оцимен, 3-октанон, бета-каротен, α-пинен, камфор, камфен , β-пинен, мирцен, пара-цимен, лимонен, γ-терпинен, линалол, миртенол, миртенал, карвон.
Етерична уља показују антиоксидативно и антимикробно дејство, што их чини поред ароме и укуса корисним састојком и за храну и медицинске производе.
Етерична уља, нпр. из лаванде, пеперминта и еукалиптуса, углавном се производе парном дестилацијом. Сирови биљни материјал као што су цвеће, лишће, дрво, кора, корење, семе и коре екстрахују се дестилацијом воде док се натапају и кувају у води у апарату за дестилацију.
хидродестилација
За хидродестилацију разликују се два облика: дестилација воде и дестилација воденом паром.
За изоловање етеричних уља дестилацијом воде, биљни материјал се ставља у воду да се прокува. За дестилацију воденом паром, пара се убризгава у/кроз биљни материјал. Под утицајем топле воде и паре долази до ослобађања есенцијалног уља из липидних жлезда у биљном ткиву. Водена пара која испарава извлачи уље из биљног материјала. Након тога, пара се кондензује у кондензатору индиректним хлађењем водом. Из кондензатора, дестиловани екстракт (есенцијално уље) тече у сепаратор, где се уље аутоматски одваја од дестилатне воде.
екстракција растварача
Због ефикасности, већина етеричних уља, нпр. за индустрију парфема и мириса, производи се екстракцијом растварача, коришћењем испарљивих растварача, нпр. хексана, ди-метилен-хлорида или петролеј етра. Главне предности екстракције растварачем у односу на дестилацију су у томе што се током процеса може одржавати уједначена температура (око 50°Ц). Пошто више температуре доводе до разградње једињења есенцијалних уља, уља екстрахована растварачем карактерише већа потпуност њихових испарљивих једињења и природнији мирис.
Суперкритични ЦО2 је такође доказано одличан органски растварач и стога је још једна алтернативна метода за екстракцију ароматичних уља из биљака.
Растварачи за екстракцију
Традиционални органски растварачи за екстракцију укључују бензен, толуен, хексан, диметил етар, петролеум етар, ди-метилен-хлорид, етил ацетат, ацетон или етанол.
Етанол се користи за екстракцију мирисних једињења из сувих биљних материјала, као и из нечистих уља или бетона који су прво произведени екстракцијом, експресијом или испирањем органским растварачем. Екстракти етанола из сувих материјала познати су као тинктуре. Тинктуре не треба мешати са испирањем етанолом, које се спроводе за пречишћавање уља и бетона да би се добила апсолутна вредност.
Када се вода користи као течност за екстракцију, процес се назива екстракција без растварача.
есенцијална уља
Етерична уља се производе екстракцијом из биљног материјала. Као сировина могу се користити разне врсте биљних делова, нпр. цветови (нпр. ружа, јасмин, каранфил, каранфилић, мимоза, рузмарин, лаванда), листови (нпр. нана, Оцимум спп., лимунска трава, џемроза), листови и стабљике (нпр. геранијум, пачули, петитграин, вербена, цимет), кора (нпр. цимет, касија, канела), дрво (нпр. кедар, сандала, бор), корење (нпр. анђелика, сасафрас, ветивер, сосуреа, валеријана), семе (нпр. коријандер, ким, копар, мушкатни орашчић), воће (бергамот, наранџа, лимун, клека), ризоми (нпр. ђумбир, каламус, куркума, ирис) и излучевине гуме или уљане смоле (нпр. балзам из Перуа, Мирокилон балсамум, сторакс, миро, бензоин ).
Конкретно и Апсолутно
Бетон је термин за получврсту масу која се добија екстракцијом свежег биљног материјала растварачем. Свежи биљни материјал се углавном екстрахује коришћењем неполарних растварача као што су бензол, толуен, хексан, петролеј етар. Након процеса екстракције, растварач се испарава, тако да се добија получврсти остатак етеричних уља, воскова, смола и других липофилних (хидрофобних) фитокемикалија. Ово је бетон тзв.
Да би се добио апсолут од бетона, бетон мора бити третиран јаким алкохолом у коме се могу растворити одређени састојци.
Ултразвучна производња наноемулзија
Интерес за коришћење наноемулзија као система за испоруку липофилних састојака хране, као носача активних једињења у фармацеутским и козметичким производима, значајно расте због њихове високе оптичке бистрине, добре физичке стабилности и способности повећања биорасположивости. Ултрасониц емулговање припрема стабилне микро- и нано-емулзије које гарантују најбоље резултате у финалном производу.
Кликните овде да сазнате више о ултразвучној емулзификацији!
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лаб до индустријска величина.