Ултразвучна хидродестилација етарских уља

Конвенционална екстракција етарских уља је скупа и дуготрајна. Соникација интензивира екстракцију, што доводи до већих приноса и врхунског квалитета екстракта. Соникатори Hielscher могу се лако интегрисати у било који конвенционални систем за хидродестилацију ради побољшања ефикасности и квалитета.

Хидродестилација етарских уља из биљних сировина

Хидродестилација је варијанта дестилације воденом паром која се користи за екстракцију фитохемијских једињења из биљног материјала. У овом поступку биљни материјал се потапа у воду на одређено време, након чега се смеша загрева. Испарљива једињења односи водена пара, а затим се она кондензују и раздвајају. Дестилација воденом паром, из које је ова техника потекла, често се користи за издвајање етарских уља – на пример, у парфимерији.
Пошто су многа органска једињења склона разградњи при дуготрајном излагању високим температурама, индустрија све више усваја благе алтернативне методе обраде које дају боље резултате (врхунски квалитет и веће приносе). Ултразвучна хидродестилација је једна од таквих техника – блага, али веома ефикасна метода екстракције која се користи за производњу висококвалитетних етарских уља.

Изазови конвенционалне производње етарских уља

Проблеми традиционалних техника екстракције, као што је дестилација воденом паром, леже у огромним количинама биљног материјала потребним за екстракцију етарских уља у комерцијалним размерама. За 1kg (2 1/4 lb) етарског уља лаванде потребно је приближно 200kg (440lb) свежих цветова лаванде, за 1kg ружиног уља потребно је између 2,5 и 5 метричких тона ружиних латица, а за 1kg етарског уља лимуна сировину чини приближно 3.000 лимуна. Због тога су етарска уља веома скупа. Цена ружиног апсолута износи око 20.000€ (21,000US$) по литру.
Да би остварили предности у погледу профитабилности и конкурентности, произвођачи етарских уља морају да примене ефикасније и делотворније методе екстракције. Повољне технике ултразвучне екстракције надмашују традиционалне методе екстракције благим условима екстракције, високим приносима и врхунским квалитетом екстракта. Соникација се може спроводити као екстракција са растварачем или без растварача. Алтернативно, ултразвучна екстракција помоћу сонде може се комбиновати са уобичајеним системима за екстракцију, нпр. Сокслетовом екстракцијом, екстракцијом у апарату Clevenger, суперкритичним CO2, омском хидродестилацијом итд. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ултразвучна омска хидродестилација).

Sono-Clevenger са ултразвучном сондом UP200S: поставка за ултразвучно интензивирану хидродестилацију за веома ефикасно издвајање етарских уља.
(©Rasouli et al. 2021)

Предности комбиновања ултразвучне екстракције и хидродестилације

Екстракција и хидродестилација потпомогнуте ултразвуком данас представљају устаљену технику за производњу висококвалитетних етарских уља. Као нетермичка техника екстракције, соникација спречава термичку разградњу једињења осетљивих на топлоту. Истовремено, ефикасност екстракције и приноси етарских уља значајно се повећавају. У наставку су наведене предности ултразвучне производње етарских уља:

1. Висока ефикасност екстракције: Екстракција помоћу ултразвучног уређаја са сондом издваја етарска уља ефикасније од традиционалних метода екстракције, као што су дестилација воденом паром или екстракција растварачем. Разлог је то што звучни таласи изазивају кавитацију у течности, што помаже у разарању ћелијских зидова биљног материјала и ослобађању веће количине етарског уља.
2. Краће време екстракције: Ултразвучном екстракцијом етарска уља могу се екстраховати за знатно краће време него традиционалним методама екстракције. Разлог је то што интензивни звучни таласи које генерише ултразвучна сонда могу дубље да продру у биљни материјал, разоре биљну ћелију уз већу ефикасност и стога брже и делотворније екстрахују етарско уље.
3. Побољшан квалитет етарског уља: Пошто је ултразвучна екстракција нетермички третман, она може дати етарска уља вишег квалитета него традиционалне методе екстракције. То је зато што ултразвучни таласи могу да екстрахују етарско уље без оштећења осетљивих ароматичних једињења која уљу дају мирис и терапеутска својства.
4. Енергетски ефикасно: Ултразвучна екстракција је енергетски ефикасна метода екстракције у поређењу са традиционалним методама, као што је дестилација воденом паром, која захтева много енергије за производњу паре.
5. Еколошки прихватљиво: Ултразвучна обрада је чиста и еколошки прихватљива техника екстракције, јер не захтева употребу растварача или хемикалија које могу бити штетне за животну средину.

Ове предности чине ултразвучну екстракцију етарских уља високо ефикасном и економичном техником која нуди бројне предности у односу на традиционалне методе екстракције.

Поређење суперкритичног угљен-диоксида (sCO₂), екстракције потпомогнуте ултразвуком (UAE), екстракције суперкритичним угљен-диоксидом у комбинацији са техником промене притиска (SCE-PST) и екстракције по Сокслету показује да је UAE најефикаснија и најбржа техника екстракције.

Научна студија: ултразвучна хидродестилација етарских уља

• Сировина за екстракцију: Осушени листови тимијана, жалфије, матичњака, лаванде и оригана
• Повећан принос етарских уља: до 29,58% више етарских уља (EO)
• Краће време обраде

Недавна студија коју су спровели Nenciu et al. (2026) показала је предности хидродестилације потпомогнуте ултразвуком за добијање етарских уља из тимијана, жалфије, матичњака, лаванде и оригана. Осушени биљни материјал помешан је са водом, претходно обрађен соникатором са сондом Hielscher UP400St, а затим подвргнут дестилацији воденом паром. Акустична кавитација разара биљно ткиво и жлездане структуре које садрже уље, олакшавајући ослобађање испарљивих једињења пре дестилације. У оптимизованим условима – честице биомасе величине 1 cm, ултразвучна снага од 150 W и екстракција у трајању од 85 минута – принос етарског уља повећан је са 1,42 на 1,84% v/w, што представља побољшање до 29,58% у поређењу са конвенционалном хидродестилацијом у трајању од 120 минута. GC-MS анализа потврдила је карактеристична једињења сваког уља, укључујући карвакрол у оригану, тимол у тимијану, цитрал и гераниал у матичњаку, цинеол и камфор у жалфији, као и линалол и линалил-ацетат у лаванди. Резултати показују да ултразвучни предтретман може повећати принос етарског уља и скратити време хидродестилације, чиме се побољшава укупна ефикасност производње етарских уља.

Поставка за хидродестилацију потпомогнуту ултразвуком (UAHD): (a) соникатор UP400St (b) јединица за хидродестилацију; (c) систем за кондензацију паре + хлађење
Слика и студија: Nenciu et al., 2026

Већи принос етарског уља: ултразвучна екстракција пре хидродестилације

За ултразвучну екстракцију етарског уља из биљног материјала (нпр. лавандина, жалфије, цитруса итд.), систем за соникацију са сондом, као што је UIP2000hdT, може се користити за екстракцију на лабораторијском стоном, пилотском и производном нивоу. Систем за екстракцију може се поставити као шаржни или проточни систем.
За ултразвучну шаржну екстракцију препоручује се посуда окружена купатилом са хладном водом. Водено купатило омогућава избегавање нежељеног пораста температуре и последичне деградације. За екстракцију етарског уља лавандина, цветови лаванде екстрахују се са нпр. 2L дестиловане воде током 30 min. Ултразвучна амплитуда се подешава на 60%. Након ултразвучног предтретмана, цветови лаванде се уклањају и спроводи се конвенционална дестилација воденом паром ради екстракције етарског уља.
У поставци за проточну екстракцију, ултразвучни процесор је опремљен сонотродом и проточном ћелијом. Ради хлађења, реактор са проточном ћелијом опремљен је расхладним плаштом. За ултразвучни предтретман, мацерирани биљни материјал пумпа се кроз реакциону комору, где пролази директно кроз кавитациону зону. Додатна предност ултразвучне проточне екстракције је могућност повећања притиска у реакционој комори ради појачавања ефекта екстракције.
Ултразвучни предтретман пре хидродестилације повећава принос екстрахованих етарских уља и побољшава брзину екстракције – што доводи до укупно ефикаснијег поступка.

Студија случаја: Ултразвучна хидродестилација етарског уља из биљке Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) испитивали су ефикасност екстракције етарских уља из зељасте биљке Satureja khuzistanica Jamzad, упоређујући традиционалну хидродестилацију и ултразвучно интензивирану екстракцију у апарату Clevenger (Sono-Clevenger). Упоредили су обе технике екстракције, хидродестилацију и ултразвучну екстракцију у апарату Clevenger, у погледу времена изоловања, приноса и квалитета добијених етарских уља. Резултати показују да, док су хемијски профил и биолошка својства добијених етарских уља упоредиво високог квалитета, метода ултразвучне екстракције повећава ефикасност изоловања етарског уља у погледу приноса за до 40%. Снимци третираних листова биљке Satureja добијени скенирајућом електронском микроскопијом (SEM) откривају ефикасније разарање зидова биљних ћелија ултразвучном обрадом. Као резултат тога, уочено је побољшање екстракције етарског уља за око 40% у поређењу са конвенционалном методом хидродестилације.
Ова студија поткрепљује резултате многих других извештаја у којима је испитиван ултразвучни предтретман пре хидродестилације и показано да ултразвучна обрада сондом побољшава и квалитет и количину етарског уља, истовремено скраћујући време екстракције и смањујући потрошњу енергије у поређењу са конвенционалним техникама.
 

Поређење приноса екстракције у зависности од времена за хидродестилацију и методу sono-clevenger: Ултразвучна екстракција етарског уља помоћу апарата Sono-Clevenger даје веће приносе етарског уља за краће време екстракције.
(©Rasouli et al. 2021)

SEM снимци листова биљке Satureja: (A) након хидродестилације током 4 сата и (B) након третмана sono-clevenger током 60 min. Краћи третман Sono-Clevenger омогућава боље разарање ћелија, а тиме и веће приносе етарског уља.
(©Rasouli et al. 2021)

Ултразвучни екстрактори за хидродестилацију етарских уља

Hielscher екстрактори са ултразвуком велике снаге доступни су за стоне поставке, пилот-постројења и индустријска постројења. Нашим ултразвучним процесорима може се прецизно управљати и они могу да остваре веома високе амплитуде (до 200µm код индустријских ултразвучних уређаја, а више амплитуде на захтев) ради стварања интензивног акустичког поља. Сви наши ултразвучни уређаји, од лабораторијских до индустријских система, конструисани су за рад 24/7 у тешким радним условима.
Hielscher ултразвучни екстрактори могу се испитати у стоном обиму ради провере изводљивости и оптимизације процеса. Након тога, сви резултати процеса могу се линеарно пренети на пун обим индустријске производње. Наше дугогодишње искуство у ултразвучној обради омогућава нам да саветујемо и подржавамо наше клијенте од првих испитивања и оптимизације процеса до успостављања високо ефикасног индустријског рада.
Посетите нашу техничку лабораторију и процесни центар да бисте истражили могућности Hielscher ултразвучних система!
Наши робусни ултразвучни системи могу се користити за шаржну и проточну соникацију. У производњи етарских уља, синергијска комбинација може се постићи уградњом ултразвучне сонде у конвенционалну поставку за хидродестилацију. Постојеће производне линије такође се могу лако накнадно опремити.

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:

Принцип рада ултразвучне екстракције етарских уља

Доказано је да ултразвучна екстракција даје веће приносе екстракције и смањује потрошњу енергије. Принцип рада ултразвучне екстракције заснива се на имплозији мехурића насталих услед ултразвучне кавитације. Ултразвучна / акустичка кавитација ствара микромлазеве течности који разарају жлезде које садрже липиде у биљном ткиву. Тиме се побољшава пренос масе између ћелије и растварача и ослобађа етарско уље. Важна предност данашњих савремених ултразвучних екстрактора јесте прецизна контрола радних параметара (нпр. интензитета ултразвука, температуре, времена обраде, притиска, времена задржавања итд.). Повећан принос етарских уља, као и мања термичка разградња, висок квалитет и добар профил мириса и укуса научно су доказани (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Док друге савремене технике екстракције пружају само ограничене могућности повећања обима до индустријске производње, могућност повећања обима ултразвучне екстракције до индустријског нивоа већ је доказана. На пример, принос екстракције етарских уља из јапанских цитруса повећан је за 44% у поређењу са традиционалним методама екстракције (Mason et al. 2011).

Литература / Референце

• Nenciu, Florin, Ana-Maria Tăbărașu, Cristina Fătu, Nicolae-Valentin Vlăduț, Iulian Voicea, Sorina Dinu (2026): Ultrasound-Assisted Hydrodistillation of Essential Oils for Eco-Friendly Biocontrol of Botrytis cinerea in Grapevines. Horticulturae 12, no. 9: 1054. 2026
• 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.