Ultraljudsassisterad hydrodestillation av eteriska oljor

Konventionell extraktion av eteriska oljor är dyr och tidskrävande. Ultraljudsbehandling intensifierar extraktionen och ger högre utbyten och överlägsen extraktkvalitet. Hielschers ultraljudsapparater kan enkelt integreras i alla konventionella hydrodestillationssystem för att förbättra effektiviteten och kvaliteten.

Hydrodestillation av eteriska oljor från växtmaterial

Hydrodestillation är en variant av ångdestillation som används för att extrahera fytokemiska föreningar från växtmaterial. I denna process blötläggs växtmaterialet i vatten under en bestämd tid, varefter blandningen värms upp. Flyktiga föreningar förs med ångan och kondenseras och separeras sedan. Ångdestillation, den teknik som hydrodestillation har utvecklats ur, används ofta för att isolera eteriska oljor – till exempel inom parfymtillverkning.
Eftersom många organiska föreningar tenderar att brytas ned vid långvarig exponering för höga temperaturer använder industrin i allt större utsträckning skonsamma alternativa bearbetningsmetoder som ger bättre resultat (överlägsen kvalitet och högre utbyten). Ultraljudsassisterad hydrodestillation är en sådan teknik – en skonsam men mycket effektiv extraktionsmetod som används för att framställa eteriska oljor av hög kvalitet.

Utmaningar vid konventionell produktion av eteriska oljor

Problemen med traditionella extraktionstekniker som ångdestillation ligger i de enorma mängder växtmaterial som krävs för att extrahera eteriska oljor i kommersiell skala. För 1kg (2 1/4 lb) eterisk lavendelolja krävs cirka 200kg (440lb) färska lavendelblommor, för 1kg rosenolja behövs mellan 2,5 och 5 metriska ton rosenblad och för 1kg eterisk citronolja består råmaterialet av cirka 3 000 citroner. Därför är eteriska oljor mycket dyra. För rosenabsolut ligger priset runt 20 000€ (21,000US$) per liter.
För att uppnå fördelar när det gäller lönsamhet och konkurrenskraft måste producenter av eteriska oljor införa effektivare extraktionsmetoder med bättre verkan. De fördelaktiga teknikerna för ultraljudsextraktion överträffar traditionella extraktionsmetoder genom skonsamma extraktionsförhållanden, höga utbyten och överlägsen extraktkvalitet. Ultraljudsbehandling kan utföras som lösningsmedelsbaserad eller lösningsmedelsfri extraktion. Alternativt kan ultraljudsextraktion med sond kombineras med vanliga extraktionssystem, t.ex. Soxhletextraktion, Clevengerextraktion, superkritisk CO2, ohmsk hydrodestillation etc. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultraljudsassisterad ohmsk hydrodestillation).

Sono-Clevenger med ultraljudssonden UP200S: En uppställning för ultraljudsintensifierad hydrodestillation för mycket effektiv isolering av eteriska oljor.
(©Rasouli et al. 2021)

Fördelar med att kombinera ultraljudsextraktion och hydrodestillation

Ultraljudsassisterad extraktion och hydrodestillation är numera en etablerad teknik för produktion av eteriska oljor av hög kvalitet. Som icke-termisk extraktionsteknik undviker ultraljudsbehandling termisk nedbrytning av värmekänsliga föreningar. Samtidigt ökar extraktionseffektiviteten och utbytet av eteriska oljor avsevärt. Nedan presenteras fördelarna med ultraljudsassisterad produktion av eteriska oljor:

1. Hög extraktionseffektivitet: Extraktion med en ultraljudsapparat av sondtyp isolerar eteriska oljor effektivare än traditionella extraktionsmetoder som ångdestillation eller lösningsmedelsextraktion. Detta beror på att ljudvågorna orsakar kavitation i vätskan, vilket bidrar till att bryta ned växtmaterialets cellväggar och frigöra mer av den eteriska oljan.
2. Kortare extraktionstid: Ultraljudsextraktion kan extrahera eteriska oljor på mycket kortare tid än traditionella extraktionsmetoder. Detta beror på att de intensiva ljudvågor som genereras av en ultraljudssond kan tränga djupare in i växtmaterialet, sönderdela växtcellen med överlägsen effektivitet och därmed extrahera den eteriska oljan snabbare och med bättre verkan.
3. Förbättrad kvalitet på den eteriska oljan: Eftersom ultraljudsextraktion är en icke-termisk behandling kan den ge eteriska oljor av högre kvalitet än traditionella extraktionsmetoder. Detta beror på att ultraljudsvågor kan extrahera den eteriska oljan utan att skada de känsliga aromatiska föreningar som ger oljan dess doft och terapeutiska egenskaper.
4. Energieffektiv: Ultraljudsextraktion är en energieffektiv extraktionsmetod jämfört med traditionella metoder, såsom ångdestillation, som kräver mycket energi för att producera ånga.
5. Miljövänlig: Ultraljudsbehandling är en ren och miljövänlig extraktionsteknik, eftersom den inte kräver användning av lösningsmedel eller kemikalier som kan vara skadliga för miljön.

Dessa fördelar gör ultraljudsextraktion av eteriska oljor till en mycket effektiv och ekonomisk teknik som erbjuder många fördelar jämfört med traditionella extraktionsmetoder.

En jämförelse av superkritisk koldioxid (sCO₂), ultraljudsassisterad extraktion (UAE), extraktion med superkritisk koldioxid i kombination med tryckväxlingsteknik (SCE-PST) och Soxhlet-extraktion visar att UAE är den effektivaste och snabbaste extraktionstekniken.

Vetenskaplig studie: Ultraljudsassisterad hydrodestillation av eteriska oljor

• Råmaterial för extraktion: Torkade blad från timjan, salvia, citronmeliss, lavendel och oregano
• Ökat utbyte av eteriska oljor: upp till 29,58% mer EO
• Kortare bearbetningstid

En nyligen genomförd studie av Nenciu et al. (2026) visade fördelarna med ultraljudsassisterad hydrodestillation av eteriska oljor från timjan, salvia, citronmeliss, lavendel och oregano. Torkat växtmaterial blandades med vatten, förbehandlades med en sondbaserad ultraljudsapparat av modellen Hielscher UP400St och ångdestillerades därefter. Akustisk kavitation bryter sönder växtvävnad och oljeförande körtelstrukturer, vilket underlättar frisättningen av flyktiga föreningar före destillationen. Under de optimerade förhållandena – biomassapartiklar på 1 cm, 150 W ultraljudseffekt och en extraktionstid på 85 minuter – ökade utbytet av eterisk olja från 1,42 till 1,84% v/w, en förbättring på upp till 29,58% jämfört med konventionell hydrodestillation i 120 minuter. GC-MS-analys bekräftade de karakteristiska föreningarna i varje olja, däribland karvakrol i oregano, tymol i timjan, citral och geranial i citronmeliss, cineol och kamfer i salvia samt linalool och linalylacetat i lavendel. Resultaten visar att ultraljudsförbehandling kan öka utbytet av eterisk olja och förkorta hydrodestillationstiden, vilket förbättrar den totala effektiviteten vid produktion av eteriska oljor.

Uppställning för ultraljudsassisterad hydrodestillation (UAHD): (a) ultraljudsapparaten UP400St (b) hydrodestillationsenhet; (c) ångkondensering + kylsystem
Bild och studie: Nenciu et al., 2026

Högre utbyte av eterisk olja: Ultraljudsextraktion före hydrodestillation

För ultraljudsextraktion av eterisk olja ur växtmaterial (t.ex. lavandin, salvia, citrus etc.) kan ett sondbaserat ultraljudssystem som UIP2000hdT användas för extraktion i bänkskala, pilotskala och produktionsskala. Extraktionssystemet kan konfigureras som ett satsvis system eller ett inline-system.
För satsvis ultraljudsextraktion rekommenderas ett kärl med ett omgivande kallvattenbad. Vattenbadet gör det möjligt att undvika en oönskad temperaturökning och den nedbrytning som följer av denna. Vid extraktion av eterisk olja från lavandin extraheras lavendelblommor med t.ex. 2L destillerat vatten under en extraktionstid på 30 min. Ultraljudsamplituden ställs in på 60%. Efter ultraljudsförbehandlingen avlägsnas lavendelblommorna och konventionell ångdestillation utförs för att extrahera den eteriska oljan.
För inline-extraktion utrustas ultraljudsprocessorn med sonotrod och flödescell. För kylning är flödescellsreaktorn utrustad med en kylmantel. Vid ultraljudsförbehandlingen pumpas det macererade växtmaterialet genom reaktionskammaren, där det passerar direkt genom kavitationszonen. Ytterligare en fördel med inline-extraktion med ultraljud är möjligheten att trycksätta reaktionskammaren för att öka extraktionseffekten.
Ultraljudsförbehandlingen före hydrodestillation ökar utbytet av extraherade eteriska oljor och förbättrar extraktionshastigheten – vilket ger en totalt sett effektivare process.

Fallstudie: Ultraljudsassisterad hydrodestillation av eterisk olja från Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) undersökte extraktionseffektiviteten för eteriska oljor från örtväxten Satureja khuzistanica Jamzad genom att jämföra traditionell hydrodestillation och ultraljudsintensifierad Clevenger-extraktion (Sono-Clevenger). De jämförde de båda extraktionsteknikerna, hydrodestillation och ultraljudsassisterad Clevenger-extraktion, med avseende på isoleringstid, utbyte och kvalitet hos de erhållna eteriska oljorna. Resultaten visar att de erhållna eteriska oljornas kemiska profiler och biologiska egenskaper håller en jämförbar hög kvalitet, samtidigt som ultraljudsextraktionsmetoden ökar utbyteseffektiviteten vid isolering av eterisk olja med upp till 40%. Svepelektronmikroskopbilderna (SEM) av de behandlade Satureja-bladen visar att ultraljudsbehandling bryter ned växternas cellväggar effektivare. Som ett resultat observerades en förbättring av extraktionen av eterisk olja med cirka 40% jämfört med konventionell hydrodestillation.
Denna studie understryker resultaten från många andra rapporter där ultraljudsförbehandling före hydrodestillation har undersökts och det har visats att sondbaserad ultraljudsbehandling förbättrar både kvaliteten och mängden av den eteriska oljan, samtidigt som extraktionstiden och energiförbrukningen minskar jämfört med konventionella tekniker.
 

Jämförelse av extraktionsutbytet som funktion av tiden för hydrodestillation och sono-clevenger-metoden: Ultraljudsextraktion av eterisk olja med en Sono-Clevenger ger högre utbyte av eterisk olja inom en kortare extraktionstid.
(©Rasouli et al. 2021)

SEM-bilder av Satureja-blad: (A) efter hydrodestillation i 4 timmar och (B) efter sono-clevenger-behandling i 60 min. Den kortare Sono-Clevenger-behandlingen ger bättre cellsönderdelning och därmed högre utbyte av eterisk olja.
(©Rasouli et al. 2021)

Ultraljudsextraktorer för hydrodestillation av eteriska oljor

Hielschers extraktorer med högeffektsultraljud finns för bänkinstallationer, pilotanläggningar och industriella anläggningar. Våra ultraljudsprocessorer kan styras exakt och leverera mycket höga amplituder (upp till 200µm för industriella ultraljudsapparater, högre amplituder på begäran) för att generera ett intensivt akustiskt fält. Alla våra ultraljudsapparater, från laboratorieapparater till industriella system, är byggda för drift dygnet runt, alla dagar i veckan, under krävande förhållanden.
Hielschers ultraljudsextraktorer kan testas i bänkskala för genomförbarhetstester och processoptimering. Därefter kan alla processresultat skalas upp linjärt till full industriell produktion. Vår långa erfarenhet av ultraljudsbehandling gör att vi kan ge våra kunder råd och stöd från de första testerna och processoptimeringen till införandet av en högeffektiv industriell drift.
Besök vårt tekniska laboratorium och processcenter för att utforska möjligheterna med Hielschers ultraljudssystem!
Våra robusta ultraljudssystem kan användas för satsvis ultraljudsbehandling och ultraljudsbehandling i kontinuerligt flöde. Vid produktion av eteriska oljor kan en synergistisk kombination uppnås genom att installera en ultraljudssond i en konventionell hydrodestillationsuppställning. Det är också enkelt att eftermontera utrustningen i befintliga produktionslinjer.

Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet:

Funktionsprincip för ultraljudsextraktion av eteriska oljor

Ultraljudsextraktion har visat sig ge högre extraktionsutbyte och minska energiförbrukningen. Funktionsprincipen för ultraljudsextraktion är implosion av bubblor som genereras genom ultraljudskavitation. Ultraljudskavitation / akustisk kavitation genererar mikrostrålar av vätska som förstör de lipidinnehållande körtlarna i växtvävnaden. Därigenom förbättras massöverföringen mellan cell och lösningsmedel och den eteriska oljan frigörs. En stor fördel med dagens moderna ultraljudsextraktorer är den exakta kontrollen över driftparametrarna (t.ex. ultraljudsintensitet, temperatur, behandlingstid, tryck, uppehållstid osv.). Ökat utbyte av eteriska oljor samt mindre termisk nedbrytning, hög kvalitet och en god doft- och smakprofil är vetenskapligt belagda (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Medan andra moderna extraktionstekniker endast erbjuder begränsade möjligheter till uppskalning till industriell produktion, har möjligheten att skala upp ultraljudsextraktion till industriell nivå redan bevisats. Till exempel ökade extraktionsutbytet av eteriska oljor från japanska citrusfrukter med 44% jämfört med traditionella extraktionsmetoder (Mason et al. 2011).

Litteratur / Referenser

• 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.