Turboextraktion av kanel med ultraljud

Traditionell kanelextraktion är tidskrävande och relativt ineffektiv. Ultraljudsextraktion är en enkel men mycket effektiv teknik för processintensifiering som minskar extraktionstiden till några få timmar och samtidigt ökar utbytet av eterisk kanelolja.

Förbättrad kanelextraktion med ultraljud

Traditionell extraktion av eterisk kanelolja sker genom ångdestillation av kanelbark och kanelblad. Traditionell ångdestillation är mycket långsam och tidskrävande. Ju högre utbyte av kanelolja som eftersträvas, desto längre tar ångdestillationen, vilket innebär att ångdestillation av en kittel med kanelblad kan ta upp till 12 timmar, medan ångdestillation av kanelbark kan ta mer än 24 timmar. Ultraljudsextraktion bryter sönder cellstrukturerna i kanelbarken och kanelbladen så att kaneloljan frigörs snabbt och fullständigt. Ultraljudsextraktion påskyndar ångdestillationen avsevärt och förkortar bearbetningstiden från ett helt dygn till några få timmar, samtidigt som utbytet av eterisk kanelolja ökar.
Ultraljudsextraktion frigör hela spektrumet av aromatiska föreningar i kanel, inklusive kanelaldehyd, linalool, eugenol och kanelsyra. Att metoden ger ett extrakt med hela spektrumet av högkvalitativa föreningar i den eteriska oljan är orsaken till den överlägsna kvaliteten hos ultraljudsextraherade kaneloljor. Framför allt ger kanelaldehyd, den huvudsakliga organiska föreningen, kanel dess karakteristiska smak och doft. Eftersom ultraljudsbehandling är en icke-termisk behandling förhindras termisk nedbrytning av föreningarna i den eteriska oljan. Ultraljudsextraktion ger därför aromintensiva eteriska oljor som uppfyller de högsta kvalitetsstandarderna.
Ultraljudsextraktion kan användas på kanelbark och kanelblad. Olja från kanelblad har en starkare doft än olja från kanelbark. Kanelblad innehåller stora mängder eugenol.

Varför ultraljudsextraktion överträffar ångdestillation

För att producera eteriska oljor från kanel genom ångdestillation måste de eteriska oljorna först frigöras från växtmatrisen (dvs. växtcellerna i kanelbladen eller barken). Vid ångdestillation kokas växtmaterialet från kanel i upp till 24 timmar i kittlar. Enbart värme är relativt ineffektivt för att bryta upp cellstrukturerna och frigöra de inneslutna eteriska oljorna. I allmänhet frigör kokning inte de inneslutna eteriska oljorna fullständigt, och större mängder kvarvarande oljor går till spillo eftersom de inte har extraherats. Efter värmeextraktionsprocessen sker ångdestillationen. Därför kokas en blandning av två vätskor som inte är blandbara med varandra (dvs. eterisk olja och vatten). Blandningen börjar koka när deras sammanlagda ångtryck är lika med 760 mm Hg. Kokpunkten för en blandning av vatten och eterisk olja blir därmed lägre än kokpunkten för vardera komponenten separat. Traditionell hydrodestillation har stora nackdelar: den långa koknings- och ångbehandlingsprocessen är mycket tids- och energikrävande.
Ultraljudsextraktion fungerar genom akustisk kavitation. Akustisk kavitation uppstår när ultraljudsvågor med hög effekt kopplas in i en vätska (t.ex. en suspension av växtmaterial i ett lösningsmedel eller vatten). Ultraljudsvågorna fortplantar sig genom vätskan och orsakar omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler. Under lågtryckscyklerna bildas mycket små vakuumbubblor (så kallade kavitationsbubblor), som växer under flera tryckcykler. Vid en viss storlek, när bubblorna inte kan absorbera mer energi, imploderar de våldsamt under en högtryckscykel. Bubblornas implosion kännetecknas av intensiva kavitationskrafter, inklusive mikroturbulens och vätskeströmmar med hastigheter på upp till 100m/s. Dessa skjuvningseffekter från kavitationen kallas även sonomekaniska effekter. Ultraljudsextraktion av bioaktiva molekyler orsakas främst av sonomekaniska effekter: omrörningen och turbulensen bryter sönder celler och främjar massöverföringen. Detta innebär att bioaktiva molekyler såsom eteriska oljor, polyfenoler, terpener och cannabinoider frigörs från växtcellsmatrisen till lösningsmedlet.
Fördelen med ultraljudsextraktion jämfört med den traditionella metoden med kokning och ångdestillation är att jämförelsevis större mängder eteriska oljor och andra organiska föreningar extraheras på betydligt kortare tid. Det högre extraktionsutbytet förhindrar att råmaterial går till spillo och gör extraktionen mer lönsam. De tids- och energibesparingar som uppnås med ultraljudsextraktion är betydande. Som en icke-termisk metod förhindrar ultraljudsextraktion värmeinducerad nedbrytning av de värmekänsliga föreningarna.
De skonsamma temperaturerna och den korta bearbetningstiden är stora fördelar med ultraljudsextraktion, eftersom termisk nedbrytning av de naturliga extrakten förhindras. Detta gör ultraljudsextraktion mycket effektiv, och ultraljudsbehandling ger därför eteriska oljor av överlägsen kvalitet.

Fallstudier om ultraljudsextraktion av kanel

Forskningen och industrin har redan tagit ultraljudsextraktion i bruk för produktion av högkvalitativa eteriska oljor från många växtmaterial, inklusive kanelblad och kanelbark.

Ultraljudsassisterad hydrodestillation av kanel

Chen et al. (2020) undersökte ultraljudsfrämjad hydrodestillation och drog slutsatsen att ultraljudsbehandling avsevärt förbättrade destillationsprocessen. Ångdestillation med ultraljud gav högre utbyte av kanelolja med drastiskt förkortad extraktionstid. Med GC-MS-analys visade de att ultraljudsassisterad hydrodestillation gav en mer värdefull eterisk olja med hög halt av huvudkomponenten trans-kanelaldehyd jämfört med traditionell hydrodestillation. En svepelektronmikroskopibild (SEM) bekräftade ultraljudsbehandlingens effektivitet vid extraktion av kanelolja. Dessutom visar analysen av elförbrukning och CO2-utsläpp att den ultraljudsassisterade hydrodestillationsprocessen är det mer ekonomiska och miljövänliga tillvägagångssättet. Chen et al. sammanfattar därför att ultraljudsassisterad hydrodestillation är en effektiv och grön teknik för extraktion av eterisk kanelolja, som kan förbättra kaneloljornas mängd och kvalitet.

Ultraljudsextraktion av kanel med djupeutektiska lösningsmedel

Ultraljudsextraktion med djupeutektiska lösningsmedel har visat sig vara en överlägsen teknik för att extrahera trans-kanelaldehyd och kumarin ur kanelbark med högt utbyte.
Metoden gav under optimala förhållanden högre halter av trans-kanelaldehyd och kumarin än de som erhölls med konventionella metoder (återflödesextraktion, Soxhlet-extraktion och maceration) med organiska lösningsmedel (96% etanol). De optimala förhållandena för ultraljudsextraktion med naturliga djupeutektiska lösningsmedel visade sig vara kolinklorid–citronsyra (ChCl-CA) med tillsats av 40% vatten och en extraktionstid på 30 minuter för att extrahera trans-kanelaldehyd (9,24 ± 0,01 mg/g) och kumarin (11,6 ± 0,11 mg/g) ur kanelbark (C. burmannii Blume). Ytterligare undersökningar bör genomföras för att utforska den farmakologiska aktiviteten hos trans-kanelaldehyd och kumarin från kanelbark. (jfr Aryati et al. 2020)

Ytbild av kanelbark tagen med svepelektronmikroskopi vid 1000x förstoring; torkat pulver (a); efter extraktion genom maceration (b); efter återflödesextraktion (c); efter Soxhlet-extraktion (d); efter extraktion med NADES-UAE ChCl-CA (e).
studie och bild av Aryati et al. 2020

Högpresterande ultraljudsextraktorer

Ultraljudsextraktion är en tillförlitlig processteknik som underlättar och påskyndar produktionen av eteriska oljor av hög kvalitet. Hielscher Ultrasonics sortiment täcker hela spannet från kompakta ultraljudsapparater för laboratorier till industriella extraktionssystem. Därmed kan vi på Hielscher erbjuda dig den ultraljudsapparat som är bäst lämpad för din planerade processkapacitet. Vår personal med mångårig erfarenhet hjälper dig från genomförbarhetstester och processoptimering till installation av ditt ultraljudssystem för den slutliga produktionsskalan.
Våra ultraljudsextraktorers kompakta format och mångsidiga installationsmöjligheter gör att de får plats även i produktionsanläggningar med begränsat utrymme. Ultraljudsprocessorer finns installerade över hela världen i anläggningar för produktion av livsmedel, läkemedel och kosttillskott.

Hielscher Ultrasonics – Avancerad extraktionsutrustning

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spannet av högpresterande ultraljudsextraktorer från liten till stor skala. Extra tillbehör gör det enkelt att sätta samman den konfiguration av ultraljudsutrustning som är bäst lämpad för din extraktionsprocess. Den optimala ultraljudskonfigurationen beror på planerad kapacitet, volym, råmaterial, satsvis eller kontinuerlig inlinebearbetning samt tidsplan.

Satsvis och kontinuerlig inlinebearbetning

Hielschers ultraljudsapparater kan användas för satsvis bearbetning och kontinuerlig genomflödesbearbetning. Satsvis ultraljudsbearbetning är idealisk för processtester, optimering och produktion i liten till medelstor skala. Vid bearbetning av stora volymer växtmaterial (t.ex. kanelblad och kanelbark) kan inlinebearbetning vara mer fördelaktig. Satsvis bearbetning kräver endast en mycket enkel utrustningskonfiguration, men är mer tids- och arbetskrävande. En kontinuerlig extraktionsprocess inline kräver en avancerad utrustningskonfiguration – bestående av en pump, slangar eller rör och tankar – men är effektivare, snabbare och kräver betydligt mindre arbetsinsats. Hielscher Ultrasonics har den lämpligaste extraktionskonfigurationen för din extraktionsvolym och dina processmål.

Ultraljudsextraktorer för varje produktionskapacitet

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljudsprocessorer, från kompakta ultraljudsapparater för laboratorier via bänk- och pilotsystem till helt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta lastbilslaster per timme. Det fullständiga produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den lämpligaste ultraljudsextraktorn för din råvara, din processkapacitet och dina produktionsmål.
Ultraljudssystem i bänkutförande är idealiska för genomförbarhetstester och processoptimering. Linjär uppskalning baserad på fastställda processparametrar gör det mycket enkelt att öka bearbetningskapaciteten från mindre satser till full kommersiell produktion. Uppskalning kan ske antingen genom att installera en kraftfullare ultraljudsextraktor eller genom att koppla samman flera ultraljudsapparater parallellt. Med UIP16000 erbjuder Hielscher världens kraftfullaste ultraljudsextraktor.

Exakt reglerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielschers ultraljudsapparater kan regleras exakt och är därmed pålitliga arbetshästar i produktionen. Amplituden är en av de avgörande processparametrar som påverkar effektiviteten och verkningsgraden vid ultraljudsextraktion av eteriska oljor ur kanel.
Alla processorer från Hielscher Ultrasonics möjliggör exakt inställning av amplituden. Sonotroder och boosterhorn är tillbehör som gör det möjligt att ändra amplituden inom ett ännu bredare intervall. Hielschers industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder och den ultraljudsintensitet som krävs för krävande tillämpningar. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, alla dagar i veckan.
Exakta amplitudinställningar och ständig övervakning av ultraljudsprocessens parametrar via smart programvara ger dig möjlighet att behandla dina kanelblad och din kanelbark under de effektivaste ultraljudsbetingelserna. Optimal ultraljudsbehandling för bästa extraktionsresultat!
Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt, alla dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer. Detta gör Hielschers ultraljudsutrustning till ett pålitligt arbetsverktyg som uppfyller dina extraktionskrav.

Enkla, riskfria tester

Ultraljudsprocesser kan skalas upp helt linjärt. Det innebär att varje resultat som du har uppnått med en ultraljudsapparat för laboratorier eller i bänkutförande kan skalas upp till exakt samma resultat med exakt samma processparametrar. Detta gör ultraljudsbehandling idealisk för riskfria genomförbarhetstester, processoptimering och efterföljande implementering i kommersiell tillverkning. Kontakta oss för att få veta hur ultraljudsbehandling kan öka din produktion av kanelextrakt.

Högsta kvalitet – konstruerade och tillverkade i Tyskland

Som ett familjeägt och familjedrivet företag prioriterar Hielscher de högsta kvalitetsstandarderna för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater konstrueras, tillverkas och testas noggrant vid vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin i Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. Drift dygnet runt, alla dagar i veckan, under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande blandare.

Tabellen nedan ger dig en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: