Турбоекстракція кориці за допомогою ультразвуку

Традиційна екстракція кориці потребує багато часу й є відносно неефективною. Ультразвукова екстракція – це простий, але високоефективний метод інтенсифікації процесу, який скорочує час екстракції до кількох годин і водночас збільшує вихід ефірної олії кориці.

Удосконалена екстракція кориці за допомогою ультразвуку

Традиційно ефірну олію кориці екстрагують шляхом перегонки кори та листя кориці з водяною парою. Традиційна перегонка з водяною парою є дуже повільною й потребує багато часу. Що вищий цільовий вихід олії кориці, то довше триває перегонка з водяною парою: перегонка котла листя кориці може тривати до 12 годин, тоді як перегонка кори кориці може тривати понад 24 години. Ультразвукова екстракція руйнує клітинні структури кори та листя кориці, завдяки чому олія кориці вивільняється швидко й повністю. Ультразвукова екстракція значно прискорює перегонку з водяною парою, скорочуючи час обробки з цілої доби до кількох годин і водночас збільшуючи вихід ефірної олії кориці.
Ультразвукова екстракція вивільняє повний спектр ароматичних сполук кориці, зокрема коричний альдегід, ліналоол, евгенол і коричну кислоту. Отримання екстракту з повним спектром високоякісних компонентів ефірної олії зумовлює вищу якість олій кориці, екстрагованих за допомогою ультразвуку. Зокрема, коричний альдегід, основна органічна сполука, надає кориці характерних смаку й запаху. Оскільки ультразвукова обробка є нетермічним методом, вона запобігає термічному розкладанню компонентів ефірної олії. Отже, ультразвукова екстракція дає змогу отримувати ефірні олії з інтенсивним ароматом, що відповідають найвищим стандартам якості.
Ультразвукову екстракцію можна застосовувати до кори та листя кориці. Олія з листя кориці має сильніший запах порівняно з олією з кори. Листя кориці містить велику кількість евгенолу.

Чому ультразвукова екстракція перевершує перегонку з водяною парою

Щоб отримати ефірні олії з кориці шляхом перегонки з водяною парою, їх спочатку потрібно вивільнити з рослинної матриці (тобто з рослинних клітин листя або кори кориці). Під час перегонки з водяною парою рослинну сировину кориці кип’ятять у котлах до 24 годин. Саме лише нагрівання є відносно неефективним для руйнування клітинних структур і вивільнення утримуваних у них ефірних олій. Зазвичай кип’ятіння не забезпечує повного вивільнення цих ефірних олій, і значна кількість залишкових олій втрачається, оскільки вони не були екстраговані. Після процесу теплової екстракції відбувається перегонка з водяною парою. Для цього кип’ятять суміш двох рідин, що не змішуються (тобто ефірної олії та води). Суміш починає кипіти, коли сумарний тиск їхньої пари дорівнює 760 mm Hg. Отже, температура кипіння суміші води та ефірної олії буде нижчою за температуру кипіння кожного компонента окремо. Традиційна гідродистиляція має суттєві недоліки: тривалий процес кип’ятіння та обробки парою потребує дуже великих витрат часу й енергії.
Ультразвукова екстракція ґрунтується на акустичній кавітації. Акустична кавітація виникає, коли хвилі потужного ультразвуку вводяться в рідину (наприклад, у суспензію рослинної сировини в розчиннику або воді). Ультразвукові хвилі поширюються в рідині, спричиняючи чергування циклів високого / низького тиску. Під час циклів низького тиску утворюються крихітні вакуумні бульбашки (так звані кавітаційні бульбашки), які зростають протягом кількох циклів зміни тиску. Досягнувши певного розміру, коли бульбашки вже не можуть поглинати більше енергії, вони різко схлопуються під час циклу високого тиску. Схлопування бульбашок характеризується інтенсивними кавітаційними силами, зокрема мікротурбулентністю та потоками рідини зі швидкостями до 100m/s. Ці кавітаційні зсувні ефекти також відомі як сономеханічні ефекти. Ультразвукова екстракція біоактивних молекул відбувається переважно завдяки сономеханічним ефектам: перемішування та турбулентність руйнують клітини й сприяють масоперенесенню. Це означає, що біоактивні молекули, зокрема ефірні олії, поліфеноли, терпени та канабіноїди, вивільняються з матриці рослинних клітин у розчинник.
Перевагою ультразвукової екстракції перед традиційним методом кип’ятіння та перегонки з водяною парою є порівняно більше вилучення ефірних олій та інших органічних сполук за значно коротший час. Вищий вихід екстракції запобігає втратам сировини й робить екстракцію прибутковішою. Економія часу й енергії, яку забезпечує ультразвукова екстракція, є суттєвою. Як нетермічний метод, ультразвукова екстракція запобігає руйнуванню термочутливих сполук під дією нагрівання.
Помірні температури та короткий час обробки є основними перевагами ультразвукової екстракції, оскільки вони запобігають термічному розкладанню природних екстрактів. Це робить ультразвукову екстракцію високоефективною, тому ультразвукова обробка дає змогу отримувати ефірні олії виняткової якості.

Приклади досліджень ультразвукової екстракції кориці

У наукових дослідженнях і промисловості вже застосовують ультразвукову екстракцію для виробництва високоякісних ефірних олій із багатьох видів рослинної сировини, зокрема листя та кори кориці.

Ультразвукова гідродистиляція кориці

Chen та співавт. (2020) дослідили гідродистиляцію, інтенсифіковану ультразвуком, і дійшли висновку, що ультразвукова обробка значно покращила процес дистиляції. Ультразвукова парова дистиляція забезпечила вищий вихід коричної олії за різко скороченого часу екстракції. За допомогою аналізу GC-MS вони показали, що гідродистиляція за допомогою ультразвуку забезпечувала отримання ціннішої ефірної олії з високим вмістом основного компонента, транс-коричного альдегіду, порівняно з традиційною гідродистиляцією. Зображення, отримане методом сканувальної електронної мікроскопії (SEM), підтвердило ефективність ультразвукової обробки для екстракції коричної олії. Крім того, аналіз споживання електроенергії та викидів CO2 показує, що процес гідродистиляції за допомогою ультразвуку є економічнішим та екологічнішим підходом. Тому Chen та співавт. підсумовують, що гідродистиляція за допомогою ультразвуку є ефективною та екологічною технологією екстракції ефірної олії кориці, яка може покращити кількісні та якісні показники коричних олій.

Ультразвукова екстракція кориці з використанням глибокоевтектичних розчинників

Доведено, що ультразвукова екстракція з використанням глибокоевтектичних розчинників є досконалішим методом вилучення транс-коричного альдегіду та кумарину з кори кориці з високим виходом.
За оптимальних умов цей метод забезпечив вищий вміст транс-коричного альдегіду та кумарину, ніж традиційні методи (екстракція зі зворотним холодильником, екстракція за Сокслетом і мацерація) з використанням органічних розчинників (96% етанолу). Встановлено, що оптимальними умовами ультразвукової екстракції з використанням природних глибокоевтектичних розчинників були застосування суміші хлориду холіну та лимонної кислоти (ChCl-CA) з додаванням 40% води й тривалість екстракції 30 хвилин для вилучення транс-коричного альдегіду (9,24 ± 0,01 mg/g) та кумарину (11,6 ± 0,11 mg/g) з кори кориці (C. burmannii Blume). Слід провести подальші дослідження фармакологічної активності транс-коричного альдегіду та кумарину з кори кориці. (див. Aryati та співавт. 2020)

Зображення поверхні кори кориці, отримане методом сканувальної електронної мікроскопії зі збільшенням 1000x; висушений порошок (a); після екстракції методом мацерації (b); після екстракції зі зворотним холодильником (c); після екстракції за Сокслетом (d); після екстракції з використанням NADES-UAE ChCl-CA (e).
дослідження та зображення: Aryati та співавт. 2020

Високопродуктивні ультразвукові екстрактори

Ультразвукова екстракція – це надійна технологія обробки, яка полегшує та прискорює виробництво високоякісних ефірних олій. Асортимент Hielscher Ultrasonics охоплює повний спектр обладнання – від компактних лабораторних ультразвукових апаратів до промислових екстракційних систем. Завдяки цьому ми в Hielscher можемо запропонувати вам ультразвуковий апарат, який найкраще відповідає запланованій продуктивності вашого процесу. Наші фахівці з багаторічним досвідом допоможуть вам на всіх етапах – від випробувань здійсненності та оптимізації процесу до встановлення вашої ультразвукової системи на кінцевому виробничому рівні.
Невелика площа, яку займають наші ультразвукові екстрактори, а також різноманітність варіантів їх установлення дають змогу розміщувати їх навіть у виробничих приміщеннях з обмеженим простором. Ультразвукові процесори встановлюють у всьому світі на підприємствах із виробництва харчових продуктів, фармацевтичних препаратів і харчових добавок.

Hielscher Ultrasonics – передове екстракційне обладнання

Асортимент Hielscher Ultrasonics охоплює повний спектр високопродуктивних ультразвукових екстракторів для роботи від малого до великого масштабу. Додаткове приладдя дає змогу легко зібрати конфігурацію ультразвукового пристрою, яка найкраще підходить для вашого процесу екстракції. Оптимальна конфігурація ультразвукової установки залежить від запланованої продуктивності, об’єму, сировини, періодичного чи потокового режиму процесу та часових рамок.

Періодична та потокова обробка

Ультразвукові апарати Hielscher можна використовувати для періодичної та безперервної проточної обробки. Періодична ультразвукова обробка ідеально підходить для випробування й оптимізації процесів, а також для виробництва малого та середнього масштабу. Для переробки великих обсягів рослинної сировини (наприклад, листя та кори кориці) обробка в потоці може бути вигіднішою. Хоча періодична обробка потребує лише дуже простої установки, вона вимагає більше часу та праці. Безперервний процес екстракції в потоці потребує складної установки – до складу якої входять насос, шланги або труби та резервуари, – проте він ефективніший, швидший і потребує значно менше праці. Hielscher Ultrasonics має найвідповіднішу екстракційну установку для вашого обсягу екстракції та цілей процесу.

Ультразвукові екстрактори для будь-якої виробничої потужності

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює весь спектр ультразвукових процесорів: від компактних лабораторних ультразвукових апаратів через настільні та пілотні системи до повністю промислових ультразвукових процесорів, здатних щогодини переробляти обсяги сировини, що вимірюються вантажівками. Повний асортимент продукції дає нам змогу запропонувати вам найвідповідніший ультразвуковий екстрактор для вашої сировини, продуктивності процесу та виробничих цілей.
Настільні ультразвукові системи ідеально підходять для випробувань здійсненності та оптимізації процесів. Лінійне масштабування на основі встановлених параметрів процесу дає змогу дуже легко збільшувати продуктивність обробки від невеликих партій до повномасштабного комерційного виробництва. Масштабування можна здійснювати шляхом встановлення потужнішого ультразвукового екстрактора або об’єднання кількох ультразвукових апаратів для паралельної роботи. Пропонуючи UIP16000, Hielscher пропонує найпотужніший ультразвуковий екстрактор у світі.

Точне регулювання амплітуд для оптимальних результатів

Усі ультразвукові апарати Hielscher піддаються точному регулюванню й завдяки цьому є надійними робочими інструментами у виробництві. Амплітуда – один із ключових параметрів процесу, що впливають на ефективність і результативність ультразвукової екстракції ефірних олій із кориці.
Усі процесори Hielscher Ultrasonics дають змогу точно встановлювати амплітуду. Сонотроди та бустери є допоміжними пристроями, які дають змогу змінювати амплітуду в ще ширшому діапазоні. Промислові ультразвукові процесори Hielscher можуть забезпечувати дуже високі амплітуди та необхідну інтенсивність ультразвуку для складних застосувань. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати безперервно в режимі роботи 24/7.
Точне налаштування амплітуди та постійний моніторинг параметрів ультразвукового процесу за допомогою інтелектуального програмного забезпечення дають вам змогу обробляти листя та кору кориці за найефективніших умов ультразвукової обробки. Оптимальна ультразвукова обробка для найкращих результатів екстракції!
Міцність ультразвукового обладнання Hielscher забезпечує роботу в режимі 24/7 за великих навантажень і в складних умовах. Це робить ультразвукове обладнання Hielscher надійним робочим інструментом, який відповідає вашим вимогам до екстракції.

Прості випробування без ризику

Ультразвукові процеси можна масштабувати повністю лінійно. Це означає, що будь-який результат, якого ви досягли за допомогою лабораторного або настільного ультразвукового апарата, можна відтворити під час масштабування з точно таким самим результатом за точно таких самих параметрів процесу. Завдяки цьому ультразвукова обробка ідеально підходить для випробувань здійсненності без ризику, оптимізації процесів і подальшого впровадження в комерційне виробництво. Зв’яжіться з нами, щоб дізнатися, як ультразвукова обробка може збільшити ваше виробництво екстракту кориці.

Найвища якість – розроблено та виготовлено в Німеччині

Як підприємство, що належить родині та керується нею, Hielscher надає пріоритет найвищим стандартам якості своїх ультразвукових процесорів. Усі ультразвукові апарати розробляють, виготовляють і ретельно випробовують у нашій штаб-квартирі в Тельтові поблизу Берліна, Німеччина. Міцність і надійність ультразвукового обладнання Hielscher роблять його надійним робочим інструментом у вашому виробництві. Робота в режимі 24/7 за повного навантаження та в складних умовах є природною характеристикою високопродуктивних змішувачів Hielscher.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових апаратів: