Ultraljudsextraktion av vanilj – en icke-termisk metod

• Vaniljextrakt är en aromlösning som extraheras ur vaniljstänger i en lösning av etanol och vatten.
• För att framställa högkvalitativt vanillin som arom-, smak- och doftkomponent krävs en effektiv men skonsam extraktionsteknik för att förhindra nedbrytning.
• Ultraljudsextraktion är en skonsam mekanisk extraktionsmetod som ger höga utbyten av vanillin på mycket kort extraktionstid.

Högpresterande ultraljud för högkvalitativa vanillinextrakt

Eftersom vanilj är den näst dyraste kryddan efter saffran kräver vaniljproduktionen en effektiv extraktionsmetod som förhindrar nedbrytning av de värdefulla eteriska oljorna. Ultraljudsextraktion är en välkänd och etablerad metod som är skonsam, icke-termisk och samtidigt mycket effektiv för att frigöra bioaktiva föreningar ur växtmaterial. Ultraljudsextraktion bygger på fenomenet akustisk kavitation, som är en rent mekanisk behandling. Detta gör ultraljudsbehandling till den föredragna metoden för att isolera känsliga bioaktiva föreningar såsom smakämnen och eteriska oljor, t.ex. vanillin, polyfenoler eller antioxidanter ur växtmaterial.

Ultraljudsextraktion av vanilj – satsvis eller med kontinuerligt flöde

Satsvis: Ultraljudsextraktionsprocesser kan genomföras som enkla satsprocesser eller som inlinebehandling, där mediet kontinuerligt matas genom en ultraljudsreaktor för genomströmning.
Satsvis bearbetning är ett enkelt förfarande där extraktionen utförs sats för sats. Hielscher Ultrasonics erbjuder ultraljudsprocessorer för små till stora satser, dvs. 1L till 120L.
För bearbetning av satser på 5 till 10L rekommenderar vi UP400ST (400W, video nedan) med sonotroden S24d22L2D.

Ultraljudshomogenisator UP400St för satsvis extraktion av växtmaterial under omrörning

För bearbetning av satser på cirka 120L rekommenderar vi UIP2000hdT (2kW, bild överst i högerspalten) med sonotroden RS4d40L4.

Genomströmning: För större volymer och fullskalig kommersiell extraktion matas en kontinuerlig vätskeström genom en ultraljudsreaktor, där suspensionen av lösningsmedel och växtmaterial behandlas intensivt med ultraljud.
För en volym på cirka 8L/min. rekommenderar vi UIP4000hdT (4kW, bild till höger) med sonotroden RS4d40L3 och den trycksättningsbara flödescellen FC130L4-3G0

Fallstudie av ultraljudsextraktion av vanilj

Jadhav et al. (2009) jämförde ultraljudsassisterad extraktion (UAE) och Soxhlet-extraktion. Studien bekräftade att ultraljudsextraktion avsevärt ökar frigörandet av vanillin jämfört med Soxhlet-extraktion. Soxhlet-behandlingen krävde en driftstemperatur på 95°C, ett förhållande mellan lösningsmedel och löst ämne på 66,67ml/g och en extraktionstid på 8hrs, vilket resulterade i att cirka 180ppm vanillin frigjordes. Ultraljudsassisterad extraktion (UAE) krävde endast 1hr för att frigöra cirka 140ppm vanillin med samma förhållande mellan lösningsmedel och löst ämne vid rumstemperatur.
Rasoamandrary et al. (2013) jämförde effektiviteten vid vanillinextraktion med en ultraljudsapparat av sondtyp på 100W (t.ex. UP100H), ett ultraljudsbad och ett varmvattenbad. Forskarna drog slutsatsen att ultraljudsapparaten av sondtyp är ett kraftfullt extraktionsverktyg tack vare sitt högintensiva ultraljud. Därför överträffade ultraljudsapparaten av sondtyp de alternativa extraktionsmetoderna genom att ge liknande eller högre utbyten av extraherat vanillin under en betydligt kortare extraktionstid och med lägre förbrukning av lösningsmedel (dvs. etanol).
Jämförelsen av de tre extraktionsmetoderna – extraktion med ultraljudssond, ultraljudsbad och varmvattenbad – visade att vanillinextraktionen var effektivast vid ultraljudsbehandling med sond med 40% etanol (v/v) vid en omgivningstemperatur på 30°C och en extraktionstid på 1hr. Extraktionen i vattenbad krävde en etanolkoncentration på 50% (v/v) vid 56°C under 15hrs.

 

I denna presentation ger vi en introduktion till framställning av växtextrakt. Vi förklarar utmaningarna med att framställa växtextrakt av hög kvalitet och hur en ultraljudsprocessor kan hjälpa er att övervinna dem. Presentationen visar hur ultraljudsextraktion fungerar. Ni får veta vilka fördelar ni kan förvänta er av att använda en ultraljudsprocessor för extraktion och hur ni kan integrera en ultraljudsextraktor i er extraktproduktion.

 

Ultraljudsutrustning för högpresterande extraktion

Hielscher Ultrasonics är specialiserat på tillverkning av högpresterande ultraljudsprocessorer för framställning av högkvalitativa extrakt ur växtmaterial.
Hielschers breda produktutbud sträcker sig från små, kraftfulla ultraljudsapparater för laboratorier till robusta bänksystem och helt industriella system som levererar högintensivt ultraljud för effektiv extraktion och isolering av bioaktiva ämnen (t.ex. kvercetin, koffein, kurkumin, terpener etc.). Alla ultraljudsapparater från 200W till 16 000W har en färgskärm för digital styrning, ett integrerat SD-kort för automatisk dataregistrering, fjärrstyrning via webbläsare och många fler användarvänliga funktioner. Sonotroderna och flödescellerna (de delar som kommer i kontakt med mediet) kan autoklaveras och är lätta att rengöra. Alla våra ultraljudsapparater är konstruerade för drift dygnet runt, kräver lite underhåll och är enkla och säkra att använda.
En digital färgskärm möjliggör användarvänlig styrning av ultraljudsapparaten. Våra system kan leverera från låga upp till mycket höga amplituder. För extraktion av polyfenoler och andra bioaktiva föreningar, såsom vanillin, erbjuder vi särskilda ultraljudssonotroder (även kallade ultraljudssonder eller ultraljudshorn) som är optimerade för skonsam isolering av högkvalitativa aktiva ämnen. Hielschers robusta ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt vid hög belastning och i krävande miljöer.
Den exakta styrningen av ultraljudsprocessens parametrar säkerställer reproducerbarhet och standardisering av processen.
Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: