Uçucu Yağların Ultrasonik Hidrodamıtılması
- Uçucu yağların geleneksel ekstraksiyonu pahalı ve zaman alıcıdır.
- Ultrasonik ekstraksiyon, daha yüksek verim ve üstün ekstrakt kalitesi sağlar.
- Ultrasonik, solvent veya su bazlı ekstraksiyon yöntemi olarak gerçekleştirilebilir. Alternatif olarak, sonikasyon, verimliliği ve kaliteyi artırmak için geleneksel ekstraksiyon sistemleriyle birleştirilebilir.
Botanik Ekstraktların Hidrodamıtılması
Hidrodamıtma, buhar damıtmanın bir çeşididir. Hidrodamıtma ekstraksiyonu için, bitki materyali bir süre suya batırılır, daha sonra karışım ısıtılır ve uçucu maddeler buharda taşınır, yoğunlaştırılır ve ayrılır. Fitokimyasal bileşikleri bitki materyalinden ayırmak için yaygın bir ekstraksiyon işlemidir. Buhar damıtma, örneğin parfümeri için uçucu yağları izole etmek için yaygın bir tekniktir.
Birçok organik bileşik, yüksek sürekli sıcaklıklarda ayrışma eğiliminde olduğundan, endüstri, daha iyi ekstraksiyon sonuçları (üstün kalite, daha yüksek verim) veren alternatif hafif işleme yöntemlerini kullanmak için ileri adım atmaktadır. Ultrasonik hidrodamıtma, yüksek kaliteli uçucu yağlar üretmek için kullanılan hafif, ancak oldukça verimli bir ekstraksiyon tekniğidir.
Konvansiyonel Uçucu Yağ Üretiminin Zorlukları
Buhar damıtma gibi geleneksel ekstraksiyon tekniklerinin sorunları, ticari ölçekte uçucu yağları çıkarmak için gerekli olan büyük miktarlarda bitki materyalinde yatmaktadır. 1 kg (2 1/4 lb) lavanta esansiyel yağı için yaklaşık 200 kg (440 lb) taze lavanta çiçeği gereklidir, 1 kg gül yağı için 2,5 ila 5 metrik ton gül yaprağı gerekir ve 1 kg limon esansiyel yağı için hammadde yaklaşık 3.000 limondan oluşur. Bu nedenle uçucu yağlar çok pahalıdır. Mutlak gül için fiyat litre başına 20.000 € (21.000 ABD Doları) civarındadır.
Kârlılık ve rekabet gücü açısından avantajlar elde etmek için, uçucu yağ üreticileri daha verimli ve etkili ekstraksiyon yöntemleri uygulamalıdır. Ultrasonik ekstraksiyonun elverişli teknikleri, hafif ekstraksiyon koşulları, yüksek verim ve üstün ekstraksiyon kalitesi ile geleneksel ekstraksiyon yöntemlerini mükemmelleştirir. Sonikasyon, solvent bazlı veya solvent içermeyen ekstraksiyon olarak gerçekleştirilebilir. Alternatif olarak, ultrasonik prob tipi ekstraksiyon, yaygın ekstraksiyon sistemleri ile birleştirilebilir, örn. Soxhlet çıkarma, Clevenger ekstraksiyonu, süperkritik CO2, Ohmik hidrodamıtma vb. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultrasonik Ohmik hidrodamıtma).
Ultrasonik Ekstraksiyon ve Hidrodamıtmanın Avantajları
Ultrason destekli ekstraksiyon ve hidrodamıtma, günümüzde yüksek kaliteli uçucu yağların üretimi için yerleşik bir tekniktir. Termal olmayan ekstraksiyon tekniği olarak, sonikasyon ısıya duyarlı bileşiklerin termal bozulmasını önler. Aynı zamanda, ekstraksiyon verimliliği ve uçucu yağ verimleri önemli ölçüde artar. Ultrasonik esansiyel yağ üretiminin faydalarını aşağıda bulabilirsiniz:
- Yüksek ekstraksiyon verimliliği: Prob tipi bir ultrasonicator kullanarak ekstraksiyon, uçucu yağları buhar damıtma veya solvent ekstraksiyonu gibi geleneksel ekstraksiyon yöntemlerinden daha verimli bir şekilde izole eder. Bunun nedeni, ses dalgalarının sıvıda kavitasyona neden olmasıdır, bu da bitki materyalinin hücre duvarlarının parçalanmasına ve daha fazla uçucu yağın salınmasına yardımcı olur.
- Daha kısa ekstraksiyon süresi: Ultrasonik ekstraksiyon, uçucu yağları geleneksel ekstraksiyon yöntemlerinden çok daha kısa sürede çıkarabilir. Bunun nedeni, ultrasonik bir prob tarafından üretilen yoğun ses dalgalarının bitki materyaline daha derine nüfuz edebilmesi, bitki hücresini üstün verimlilikle bozabilmesi ve bu nedenle uçucu yağı daha hızlı ve etkili bir şekilde çıkarabilmesidir.
- Esansiyel yağın kalitesinin arttırılması: Ultrasonik ekstraksiyon termal olmayan bir işlem olduğundan, geleneksel ekstraksiyon yöntemlerinden daha yüksek kalitede uçucu yağlar üretebilir. Bunun nedeni, ultrason dalgalarının, yağa kokusunu ve terapötik özelliklerini veren hassas aromatik bileşiklere zarar vermeden uçucu yağı çıkarabilmesidir.
- Enerji tasarruflu: Ultrasonik ekstraksiyon, buhar üretmek için çok fazla enerji gerektiren buhar damıtma gibi geleneksel yöntemlere kıyasla enerji açısından verimli bir ekstraksiyon yöntemidir.
- Çevre dostu: Ultrasonication, çevreye zararlı olabilecek çözücülerin veya kimyasalların kullanılmasını gerektirmediği için temiz ve çevre dostu bir ekstraksiyon tekniğidir.
Bu faydalar, ultrasonik esansiyel yağ ekstraksiyonunu, geleneksel ekstraksiyon yöntemlerine göre birçok avantaj sunan oldukça verimli ve ekonomik bir tekniğe dönüştürür.
Ultrasonik Esansiyel Yağ Ekstraksiyonunun Çalışma Prensibi
Ultrasonik ekstraksiyonun daha yüksek ekstraksiyon verimi sağladığı ve enerji tüketimini azalttığı kanıtlanmıştır. Ultrasonik ekstraksiyonun çalışma prensibi, ultrasonik kavitasyon tarafından üretilen kabarcık patlamasıdır. Ultrasonik / akustik kavitasyon, bitki dokusundaki lipit içeren bezleri yok eden sıvı mikro jetler üretir. Böylece, hücre ve çözücü arasındaki kütle transferi iyileştirilir ve uçucu yağ serbest bırakılır. Günümüzün modern ultrasonik çıkarıcılarının önemli bir avantajı, çalışma parametreleri (örneğin ultrasonik yoğunluk, sıcaklık, tedavi süresi, basınç, tutma süresi vb.) üzerinde hassas kontroldür. Esansiyel yağların artan veriminin yanı sıra daha düşük termal bozunma, yüksek kalite ve iyi bir aroma ve lezzet profili bilimsel olarak kanıtlanmıştır (Porto ve ark. 2009; Asfaw ve ark. 2005).
Diğer modern ekstraksiyon teknikleri, endüstriyel üretime ölçek büyütme için yalnızca sınırlı bir yetenek sunarken, ultrasonik ekstraksiyonu endüstriyel seviyeye yükseltme potansiyeli zaten kanıtlanmıştır. Örneğin, Japon turunçgillerinden elde edilen uçucu yağların ekstraksiyon verimi, geleneksel ekstraksiyon yöntemlerine kıyasla D oranında artmıştır (Mason ve ark. 2011).
Uçucu yağların ekstraksiyonu için ultrasonik ön işlem
Bitki materyalinden (örneğin lavandin, adaçayı, narenciye vb.) uçucu yağın ultrasonik ekstraksiyonu için, UIP2000hdT gibi bir prob tipi sonikasyon sistemi, tezgah üstü, pilot ve üretim ölçeğinde ekstraksiyon için kullanılabilir. Ekstraksiyon sistemi toplu veya hat içi sistem olarak ayarlanabilir.
Ultrasonik toplu ekstraksiyon için, çevreleyen soğuk su banyosu olan bir kap önerilir. Su banyosu, istenmeyen bir sıcaklık artışını ve bunun sonucunda ortaya çıkan bozulmayı önlemeye izin verir. Lavandin esansiyel yağı ekstraksiyonu için, lavanta çiçekleri 30 dakikalık bir ekstraksiyon süresi boyunca örneğin 2 L damıtılmış su ile ekstrakte edilir. Ultrasonik genlik ` olarak ayarlanmıştır. Ultrasonik ön işlemden sonra lavanta çiçeği çıkarılır ve uçucu yağı çıkarmak için geleneksel buhar damıtma işlemi yapılır.
Hat içi ekstraksiyon kurulumu için, ultrasonik işlemci sonotrot ve akış hücresi ile donatılmıştır. Soğutma amacıyla, akış hücresi reaktörü bir soğutma ceketi ile donatılmıştır. Ultrasonik ön işlem için, yumuşatılmış bitki materyali, doğrudan kavitasyon bölgesinden geçtiği reaksiyon odasından pompalanır. Ultrasonik satır içi ekstraksiyonun bir başka yararı, ekstraksiyon etkisini arttırmak için reaksiyon odasını basınçlandırma olasılığıdır.
Hidrodamıtma öncesi ultrasonik ön işlem, ekstrakte edilen uçucu yağların verimini arttırır ve ekstraksiyon oranını iyileştirir – genel olarak daha verimli bir prosedürle sonuçlanır.
Ultrasonik Ekstraksiyon ve Hidrodamıtmanın Avantajları
- Hızlı & Verimli ekstraksiyon
- Termal olmayan, hafif proses
- Yüksek kaliteli özler
- yüksek verim
- Tam aroma spektrumu
- Daha az hammadde
- Yeşil Ekstraksiyon
Vaka Çalışması: Satureja khuzistanica'dan Esansiyel Yağın Ultrasonik Hidrodamıtılması
Rasouli ve ark. (2021), geleneksel hidrodamıtma ve ultrasonik olarak yoğunlaştırılmış Clevenger'ı (Sono-Clevenger) karşılaştırarak, bitkisel bitki Satureja khuzistanica Jamzad'dan elde edilen uçucu yağların ekstraksiyon verimliliğini araştırdı. Elde edilen uçucu yağların izolasyon süresi, verimi ve kalitesi ile ilgili olarak hem ekstraksiyon tekniklerini, hidrodamıtma hem de ultrasonik Clevenger'ı karşılaştırdılar. Sonuçlar, elde edilen esansiyel yağların kimyasal profili ve biyolojik özelliklerinin her ikisinin de karşılaştırılabilir yüksek kalitede olmasına rağmen, ultrasonik ekstraksiyon yönteminin esansiyel yağ izolasyon verim verimliliğini% 40'a kadar artırdığını göstermektedir. İşlem görmüş Satureja yapraklarının Taramalı elektron mikrografı (SEM) görüntüleri, ultrasonikasyon ile bitki hücre duvarlarının daha verimli bir şekilde bozulduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, geleneksel hidrodamıtma metodolojisine kıyasla uçucu yağ ekstraksiyonunda yaklaşık @ oranında bir artış gözlenmiştir.
Bu çalışma, hidrodamıtma öncesi ultrasonik ön işlemin araştırıldığı ve prob tipi ultrasonikasyonun geleneksel tekniklere kıyasla ekstraksiyon süresini ve enerji tüketimini azaltırken esansiyel yağın hem kalitesini hem de miktarını arttırdığını gösteren diğer birçok raporun sonuçlarının altını çizmektedir.
Esansiyel Yağ Hidrodamıtma için Ultrasonik Çıkarıcılar
Hielscher güç ultrason çıkarıcıları tezgah üstü, pilot tesis ve endüstriyel tesis kurulumları için kullanılabilir. Ultrasonik işlemcilerimiz hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve yoğun bir akustik alan oluşturmak için çok yüksek genlikler (endüstriyel ultrasonicator'lar için 200μm'ye kadar, istek üzerine daha yüksek genlikler) sağlayabilir. Laboratuvardan endüstriyel sistemlere kadar tüm ultrasonik cihazlarımız, ağır hizmet koşullarında 7/24 çalışacak şekilde üretilmiştir.
Hielscher ultrasonik çıkarıcılar, fizibilite testleri ve proses optimizasyonu için tezgah üstü ölçekte test edilebilir. Daha sonra, tüm proses sonuçları doğrusal olarak tam endüstriyel üretime ölçeklendirilebilir. Ultrasonik işlemedeki uzun deneyimimiz, ilk testlerden ve proses optimizasyonundan yüksek verimli bir endüstriyel operasyonun uygulanmasına kadar müşterilerimize danışmamızı ve yardımcı olmamızı sağlar.
Hielscher ultrasonik sistemlerin yeteneklerini keşfetmek için teknik laboratuvarımızı ve işlem merkezimizi ziyaret edin!
Sağlam ultrasonik sistemlerimiz toplu ve satır içi sonikasyon için kullanılabilir. Esansiyel yağ üretimi için, geleneksel bir hidrodamıtma kurulumuna ultrasonik bir prob takılarak sinerjik bir kombinasyon elde edilebilir. Mevcut üretim hatlarının yenilenmesi de kolayca yapılabilir.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz | 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
---|---|---|
10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
15 ila 150L | 3 ila 15L/dk | UIP6000hdT |
n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Literatür / Referanslar
- 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.
Bilmeye Değer Gerçekler
Ultrasonik tarafından başarıyla çıkarıldı
Aşağıdaki bitki materyali ve bitki dokuları, ultrasonik ekstraksiyonun gelişmiş ekstraksiyon sonuçları elde ettiği kanıtlanmıştır. Ultrasonik ekstraksiyon, tam bir bileşik / aroma profili ve tam lezzet spektrumu ile daha yüksek verim, yüksek kaliteli özler verir.
Otlar & yapraklar: nane, nane, Stevia, kenevir, şerbetçiotu, fesleğen, kekik, biber, kekik, adaçayı, rezene, maydanoz, okaliptüs, zeytin, yeşil çay, siyah çay, boldo, tütün, nane, mercanköşk vb.
Çiçekler (attarlar): Gül, lavanta, ylang-ylang, yasemin, paçuli, sümbülteber, mimoza vb.
Meyveler: portakal, narenciye, limon, ahududu, domates, elma, yaban mersini, yaban mersini, mandalina, üzüm, zeytin, hünnap vb.
Baharat: safrankişniş zencefil, defne, hindistan cevizi, tarçın, zerdeçal, vanilya, karanfil, hindistan cevizi, topuz vb.
Odun & Kabuk: Agarwood, meşe, sandal ağacı, sedir ağacı, çam, tarçın kabuğu vb.
Botanik özler, aktif bileşiklerin ve fitokimyasalların tam spektrumunu içerir, böylece uçucu yağ lipitler, terpenler ve terpenoidler, fenoller, alkaloidler, flavonoidler, karbonilik bileşikler, antioksidanlar, vitaminler, pigmentler, enzimler vb. içerir.
Ekstrakte edilen moleküllere örnekler: monoterpenler ve monoterpeneoidler, seskiterpenler, limonen, karvone, a-pinen, limonen, 1,8-sineol, cis-osimen, trans-osimen, 3-oktanon, beta-karoten, α-pinen, kafur, kamfen, β-pinen, mirsen, para-simen, limonen, γ-terpinen, linalool, mirtenol, mirtenal, carvone.
Esansiyel yağlar antioksidan ve antimikrobiyal etkiler gösterir, bu da onları aroma ve lezzetlerinin yanı sıra gıda ve tıbbi ürünler için de faydalı bir bileşen haline getirir.
Lavanta, nane ve okaliptüs gibi uçucu yağlar çoğunlukla buharla damıtma yoluyla üretilir. Çiçekler, yapraklar, odun, ağaç kabuğu, kökler, tohumlar ve kabuklar gibi ham bitki materyali, bir damıtma aparatında su ile ıslatılır ve kaynatılırken su damıtma yoluyla ekstrakte edilir.
Hidrodamıtma
Hidrodamıtma için iki form ayırt edilir: su damıtma ve buhar damıtma.
Uçucu yağların su damıtma ile izolasyonu için bitki materyali kaynatılmak üzere suya yerleştirilir. Buhar damıtma için, bitki materyalinin içine/içinden buhar enjekte edilir. Sıcak su ve buharın etkisiyle uçucu yağ, bitki dokusundaki lipit bezlerinden salınır. Buharlaşan su buharı, yağı bitki materyalinden dışarı taşır. Daha sonra buhar, su ile dolaylı soğutma yoluyla bir kondansatörde yoğuşturulur. Kondansatörden, damıtılmış ekstrakt (uçucu yağ), yağın damıtılmış sudan otomatik olarak ayrıldığı bir ayırıcıya akar.
Solvent Ekstraksiyonu
Verimlilik nedeniyle, örneğin parfüm ve koku endüstrisi için çoğu uçucu yağ, heksan, di-metilen-klorür veya petrol eteri gibi uçucu çözücüler kullanılarak çözücü ekstraksiyonu ile üretilir. Solvent ekstraksiyonunun damıtmaya göre ana avantajları, proses sırasında homojen bir sıcaklığın (yaklaşık 50°C) korunabilmesidir. Daha yüksek sıcaklıklar uçucu yağ bileşiklerinin bozulmasına neden olduğundan, solvent ekstrakte edilmiş yağlar, uçucu bileşiklerinin daha yüksek bir tamlığı ve daha doğal bir koku ile karakterize edilir.
Süperkritik CO2 mükemmel bir organik çözücü olduğu da kanıtlanmıştır ve bu nedenle botaniklerden aromatik yağların ekstraksiyonu için başka bir alternatif yöntemdir.
Ekstraksiyon Solventleri
Ekstraksiyon için geleneksel organik çözücüler arasında benzen, toluen, heksan, dimetil eter, petrol eteri, di-metilen-klorür, etil asetat, aseton veya etanol bulunur.
Etanol, kuru bitki materyallerinden ve ayrıca ilk olarak organik çözücü ekstraksiyonu, ekspresyonu veya enfluerage ile üretilen saf olmayan yağlardan veya betonlardan kokulu bileşikleri çıkarmak için kullanılır. Kuru malzemelerden elde edilen etanol ekstraktları tentürler olarak bilinir. Tentürler, mutlak maddeler elde etmek için yağları ve betonları saflaştırmak için gerçekleştirilen etanol yıkamaları ile karıştırılmamalıdır.
Ekstraksiyon sıvısı olarak su kullanıldığında, işleme solvent içermeyen ekstraksiyon denir.
Uçucu Yağlar
Esansiyel yağlar, bitki materyalinden ekstraksiyon yoluyla üretilir. Hammadde olarak çeşitli bitki parçaları kullanılabilir, örneğin çiçekler (örneğin gül, yasemin, karanfil, karanfil, mimoza, biberiye, lavanta), yapraklar (örneğin nane, Ocimum spp., limon otu, jamrosa), yapraklar ve saplar (örneğin sardunya, paçuli, petitgrain, mine çiçeği, tarçın), ağaç kabuğu (örneğin tarçın, cassia, canella), ağaç (örneğin sedir, sandalet, çam), kökler (örneğin angelica, sassafras, vetiver, saussurea, kediotu), tohumlar (örneğin rezene, kişniş, kimyon, dereotu, hindistan cevizi), meyveler (bergamot, portakal, limon, ardıç), rizomlar (örneğin zencefil, kalamus, zerdeçal, orris) ve sakızlar veya oleoresin eksüdasyonları (örneğin Peru balsamı, Myroxylon balsamum, storax, mür, benzoin).
Somut ve Mutlak
Beton, taze bitki materyalinin çözücü ekstraksiyonu ile elde edilen yarı katı kütle için kullanılan terimdir. Taze bitki materyali çoğunlukla benzen, toluen, heksan, petrol eteri gibi polar olmayan çözücüler kullanılarak ekstrakte edilir. Ekstraksiyon işleminden sonra, çözücü buharlaştırılır, böylece uçucu yağlar, mumlar, reçineler ve diğer lipofilik (hidrofobik) fitokimyasalların yarı katı bir kalıntısı elde edilir. Bu sözde beton.
Betondan mutlak bir sonuç elde etmek için, betonun belirli bileşenlerin çözülebildiği güçlü bir alkol ile muamele edilmesi gerekir.
Nanoemülsiyonların Ultrasonik Üretimi
Nanoemülsiyonların lipofilik gıda bileşenleri için dağıtım sistemleri olarak, farmasötik ve kozmetikteki aktif bileşikler için taşıyıcı olarak kullanılmasına olan ilgi, yüksek optik berraklıkları, iyi fiziksel stabiliteleri ve biyoyararlanımı artırma yetenekleri nedeniyle önemli ölçüde artmaktadır. Ultrasonik emülsifikasyon Nihai üründe en iyi sonuçları garanti eden kararlı mikro ve nano emülsiyonlar hazırlar.
Ultrasonik emülsifikasyon hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!