Ультразвукова гідродистиляція ефірних олій
Традиційний метод екстракції ефірних олій є дорогим і трудомістким. Ультразвукова обробка прискорює процес екстракції, що забезпечує вищий вихід продукту та кращу якість екстракту. Ультразвукові апарати Hielscher можна легко інтегрувати в будь-яку традиційну систему гідродистиляції для підвищення ефективності та якості.
Гідродистиляція ефірних олій із рослинної сировини
Гідродистиляція — це різновид парової дистиляції, який застосовується для вилучення фітохімічних сполук із рослинної сировини. У ході цього процесу рослинну сировину замочують у воді на певний час, після чого суміш нагрівають. Летючі сполуки виводяться разом із парою, а потім конденсуються та відокремлюються. Парова дистиляція, яка є основою цього методу, зазвичай використовується для виділення ефірних олій – наприклад, у парфумерії.
Оскільки багато органічних сполук мають властивість розкладатися при тривалому впливі високих температур, у промисловості все частіше застосовують м’які альтернативні методи переробки, які забезпечують кращі результати (вищу якість та більший вихід). Ультразвукова гідродистиляція є одним із таких методів – м'який, але водночас надзвичайно ефективний метод екстракції, що застосовується для отримання високоякісних ефірних олій.
Клівенджер з Ультразвуковий апарат UP200Ht
(©Пінгрет та ін., 2014)
Проблеми традиційного виробництва ефірної олії
Проблеми традиційних методів екстракції, таких як дистиляція з водяною парою, полягають у величезних кількостях рослинної сировини, яка необхідна для вилучення ефірних олій у промислових масштабах. Для 1 кг (2 1/4 фунта) ефірної олії лаванди потрібно приблизно 200 кг (440 фунтів) свіжих квітів лаванди, для 1 кг рожевої олії потрібно від 2,5 до 5 метричних тонн пелюсток троянди, а для 1 кг ефірної олії лимона сировина складається приблизно з 3,000 лимонів. Тому ефірні масла коштують дуже дорого. Для рожевого абсолюту ціна становить близько 20.000€ (21,000US$) за літр.
Щоб отримати переваги щодо прибутковості та конкурентоспроможності, виробники ефірних олій повинні впроваджувати більш ефективні та результативні методи екстракції. Сприятливі методи ультразвукової екстракції перевершують традиційні методи екстракції м'якими умовами екстракції, високими виходами та чудовою якістю екстракту. Ультразвук може проводитися як екстракція на основі розчинника, так і без розчинника. Крім того, екстракцію ультразвукового зондового типу можна поєднувати з поширеними системами екстракції, наприклад Екстракція Сокслета, екстракція Клевенджера, надкритичний CO2, омічна гідродистиляція тощо (Соно-Сокслет, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ультразвукова Омічна гідродистиляція).
Sono-Clevenger з ультразвуковим зондом UP200S: установка для гідродистиляції з ультразвуковою індукцією для високоефективної ізоляції ефірних олій.
(©Расулі та ін., 2021)
Переваги поєднання ультразвукової екстракції та гідродистиляції
Екстракція та гідродистиляція за допомогою ультразвуку в наш час є усталеною технологією виробництва високоякісних ефірних олій. Як нетермічний метод екстракції, ультразвук дозволяє уникнути термічної деградації термочутливих сполук. При цьому значно підвищується ефективність екстракції та вихід ефірних олій. Нижче ви знайдете переваги ультразвукового виробництва ефірної олії:
- Висока ефективність екстракції: Екстракція за допомогою ультразвукового апарату зондового типу ізолює ефірні олії ефективніше, ніж традиційні методи екстракції, такі як дистиляція з парою або екстракція розчинником. Це пов'язано з тим, що звукові хвилі викликають кавітацію в рідині, що допомагає розщепити клітинні стінки рослинного матеріалу і вивільнити більше ефірної олії.
- Коротший час екстракції: Ультразвукова екстракція дозволяє витягти ефірні олії за набагато коротший час, ніж традиційні методи екстракції. Це пов'язано з тим, що інтенсивні звукові хвилі, що генеруються ультразвуковим зондом, можуть глибше проникнути в рослинний матеріал, порушити рослинну клітину з надзвичайною ефективністю і, отже, швидше та ефективніше екстрагувати ефірну олію.
- Поліпшення якості ефірної олії: Оскільки ультразвукова екстракція є нетермічною обробкою, вона може виробляти ефірні олії вищої якості, ніж традиційні методи екстракції. Це пов'язано з тим, що ультразвукові хвилі можуть екстрагувати ефірну олію, не пошкоджуючи ніжні ароматичні сполуки, які надають олії аромат і терапевтичні властивості.
- Енергоефективні: Ультразвукова екстракція є енергоефективним методом екстракції в порівнянні з традиційними методами, такими як парова дистиляція, яка вимагає багато енергії для виробництва пари.
- Екологічно чисті: Ультразвук – це чистий та екологічно чистий метод екстракції, оскільки він не вимагає використання розчинників або хімічних речовин, які можуть бути шкідливими для навколишнього середовища.
Ці переваги перетворюють ультразвукову екстракцію ефірної олії на високоефективну та економічну техніку, яка має багато переваг перед традиційними методами екстракції.
Порівняння надкритичних діоксидів вуглецю (sCO2), екстракція з використанням ультразвуку (UAE), екстракція надкритичним вуглекислим газом у поєднанні з методом змінного тиску (SCE-PST) та екстракція за методом Сокслета свідчать про те, що UAE є найефективнішим і найшвидшим методом екстракції.
Легкий, але потужний ультразвуковий апарат UP200St ідеально підходить для екстракції ефірних олій у мензурках
Наукове дослідження: ультразвукова гідродистиляція ефірних олій
- Сировина для видобутку: Сушені листя чебрецю, шавлії, меліси, лаванди та орегано
- Збільшення виходу ефірних олій: на 29,58 % більше ефірних олій
- коротший час обробки
Нещодавнє дослідження, проведене Nenciu та ін. (2026), продемонструвало переваги гідродистиляції з використанням ультразвуку для отримання ефірних олій з чебрецю, шавлії, меліси, лаванди та орегано. Висушений рослинний матеріал змішували з водою, піддавали попередній обробці за допомогою ультразвукового апарата з зондовим наконечником Hielscher UP400St, а потім піддавали паровій дистиляції. Акустична кавітація руйнує рослинні тканини та залозисті структури, що містять олію, сприяючи вивільненню летких сполук перед дистиляцією. За оптимізованих умов – Частинки біомаси розміром 1 см, потужність ультразвуку 150 Вт та 85 хвилин екстракції – Вихід ефірної олії збільшився з 1,42 до 1,84 % об./мас., що становить підвищення на 29,58 % порівняно зі звичайною 120-хвилинною гідродистиляцією. Аналіз методом ГХ-МС підтвердив наявність характерних сполук у кожній олії, зокрема карвакролу в орегано, тимолу в чебреці, цитралу та гераніалу в мелісі, цинеолу та камфори в шавлії, а також ліналоолу та ліналілацетату в лаванді. Результати показують, що ультразвукова попередня обробка дозволяє збільшити вихід ефірної олії та скоротити час гідродистиляції, тим самим підвищуючи загальну ефективність виробництва ефірної олії.
Схема ультразвукової гідродистиляції (UAHD): (а) ультразвуковий апарат UP400St (b) установка гідродистиляції; (c) система конденсації пари + охолодження
Ілюстрація та дослідження: Nenciu та ін., 2026
Ультразвукова екстракція та гідродистиляція
Підвищення виходу ефірної олії: ультразвукова екстракція перед гідродистиляцією
Для ультразвукової екстракції ефірної олії з рослинного матеріалу (наприклад, лавандину, шавлії, цитрусових тощо) система ультразвуку зондового типу, така як UIP2000hdT, може бути використана для екстракції в настільних, пілотних та виробничих масштабах. Система екстракції може бути налаштована як періодична або вбудована система.
Для ультразвукової порційної екстракції рекомендується ємність з навколишньою холодною водяною банею. Водяна баня дозволяє уникнути небажаного підвищення температури і випливає з цього погіршення. Для екстракції ефірної олії лаванди квіти лаванди екстрагують, наприклад, 2 л дистильованої води протягом часу екстракції 30 хвилин. Амплітуда ультразвуку встановлюється на 60%. Після ультразвукової попередньої обробки квітку лаванди видаляють, а для вилучення ефірної олії проводять звичайну парову дистиляцію.
Для установки вбудованої екстракції ультразвуковий процесор оснащений сонотродом і проточною камерою. З метою охолодження реактор проточної комірки оснащений сорочкою охолодження. Для ультразвукової попередньої обробки мацерований рослинний матеріал прокачується через реакційну камеру, де він проходить безпосередньо через кавітаційну зону. Додатковою перевагою ультразвукової вбудованої екстракції є можливість створення тиску в реакційній камері для збільшення ефекту екстракції.
Ультразвукова попередня обробка перед гідродистиляцією збільшує вихід екстрагованих ефірних олій і покращує швидкість екстракції – В результаті процедура в цілому більш ефективна.
Приклад з практики: Ультразвукова гідродистиляція ефірної олії з Satureja khuzistanica
Rasouli et al. (2021) досліджували ефективність екстракції ефірних олій з трав'яної рослини Satureja khuzistanica Jamzad, порівнюючи традиційну гідродистиляцію та ультразвуково інтенсифікований Клевенгер (Sono-Clevenger). Вони порівняли обидва методи екстракції, гідродистиляції та ультразвукового Клевенджера, щодо часу ізоляції, виходу та якості отриманих ефірних олій. Результати показують, що в той час як хімічний профіль і біологічні властивості отриманих ефірних олій мають порівнянно високу якість, метод ультразвукової екстракції підвищує ефективність виділення ефірної олії до 40%. Зображення скануючої електронної мікрофотографії (SEM) обробленого листя Satureja показують більш ефективне руйнування клітинних стінок рослин за допомогою ультразвуку. В результаті спостерігалося збільшення видобутку ефірної олії приблизно на 40% у порівнянні зі звичайною методологією гідродистиляції.
Це дослідження підкреслює результати багатьох інших звітів, в яких була досліджена ультразвукова попередня обробка перед гідродистиляцією і показала, що ультразвук зондового типу покращує як якість, так і кількість ефірної олії, одночасно зменшуючи час екстракції та споживання енергії в порівнянні з традиційними методами.
Порівняння виходу екстракції як функції часу для гідродистиляції та методу Соно-Клевенджера: ультразвукова екстракція ефірної олії за допомогою Sono-Clevenger дає вищі виходи ефірної олії за коротший час екстракції.
(©Расулі та ін., 2021)
СЕМ листя Сатурехи: (А) після гідродистиляції протягом 4 годин, і (В) після обробки соно-клевенгером протягом 60 хв. Коротша обробка Соно-Клевенгером забезпечує краще руйнування клітин і, отже, вищий вихід ефірної олії.
(©Расулі та ін., 2021)
Ультразвукові екстрактори для гідродистиляції ефірних олій
Ультразвукові екстрактори Hielscher power випускаються для настільних, пілотних установок і промислових установок. Наші ультразвукові процесори точно керуються і можуть видавати дуже високі амплітуди (до 200 мкм для промислових ультразвукаторів, більш високі амплітуди за запитом) для створення інтенсивного акустичного поля. Всі наші ультразвукові пристрої, від лабораторних до промислових систем, створені для роботи 24/7 у важких умовах.
Ультразвукові екстрактори Hielscher можуть бути протестовані в настільних масштабах для техніко-економічного обґрунтування та оптимізації процесу. Після цього всі результати процесу можуть бути лінійно масштабовані до повного промислового виробництва. Наш багаторічний досвід в ультразвуковій обробці дозволяє нам консультувати та допомагати нашим клієнтам від перших випробувань та оптимізації процесу до впровадження високоефективної промислової операції.
Відвідайте нашу технічну лабораторію та технологічний центр, щоб вивчити можливості ультразвукових систем Hielscher!
Наші надійні ультразвукові системи можуть використовуватися для пакетного та вбудованого ультразвуку. Для виробництва ефірної олії синергетична комбінація може бути досягнута шляхом встановлення ультразвукового зонда в звичайну установку для гідродистиляції. Також можна легко провести модернізацію існуючих виробничих ліній.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої | Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
|---|---|---|
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Від 15 до 150 л | Від 3 до 15 л/хв | UIP6000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Принцип роботи ультразвукової екстракції ефірних олій
Доведено, що ультразвукова екстракція дає вищий вихід екстракції та зменшує споживання енергії. Принцип роботи ультразвукової екстракції полягає в імплозії бульбашок, що генерується ультразвуковою кавітацією. Ультразвукова / акустична кавітація генерує рідкі мікрострумені, які руйнують ліпідсодержащие залози в тканині рослини. Таким чином, поліпшується масообмін між клітиною і розчинником і вивільняється ефірна олія. Основною перевагою сучасних ультразвукових екстракторів є точний контроль робочих параметрів (наприклад, інтенсивності ультразвуку, температури, часу обробки, тиску, часу утримання тощо). Науково доведено збільшення виходу ефірних олій, а також нижча термічна деградація, висока якість і хороший профіль аромату та смаку (Porto et al. 2009; Asfaw та ін., 2005).
У той час як інші сучасні методи екстракції пропонують лише обмежені можливості для масштабування до промислового виробництва, ефективність масштабування ультразвукової екстракції до промислового рівня вже доведена. Наприклад, вихід ефірних олій з японських цитрусових збільшився на 44% порівняно з традиційними методами екстракції (Mason et al. 2011).
Налаштування Соно-Сокслета за допомогою сонікатора UP200Ht для покращення результатів екстракції
(©Djenni та ін., 2012)
Література / Список літератури
- 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.
Факти, які варто знати
Успішно екстрагується ультразвуком
Доведено, що ультразвукова екстракція дає кращі результати екстракції. Ультразвукова екстракція дає більш високі виходи, високоякісні екстракти з повним профілем сполуки / аромату та повним спектром смаку.
Трави & листя: м'ята, м'ята, Стевії, марихуана, Хміль, базилік, чебрець, перець, Орегано, шавлія, фенхель, петрушка, евкаліпт, Маслина, Зелений чай, чорний чай, Болдо, тютюн, м'ята перцева, майоран тощо.
Квіти (аттари): Троянда, лаванда, іланг-іланг, жасмин, пачулі, тубероза, мімоза та ін.
Фрукти: апельсин, цитрусові, лимон, малина, помідор, яблуко, чорниця, чорниця, мандарин, виноград, Маслина, зизифус і т.д.
Спеції: шафранкоріандр імбир, лавровий лист, мускатний горіх, кориця, куркума, Ванілі, гвоздика, мускатний горіх, мускатний цвіт тощо.
ліс & кора: агар, дуб, сандал, кедр, сосна, кора кориці, тощо.
Рослинні екстракти містять повний спектр активних сполук та фітохімічних речовин, завдяки чому ефірна олія містить ліпіди, терпени та терпеноїди, феноли, алкалоїди, флавоноїди, карбонільні сполуки, антиоксиданти, вітаміни, пігменти, ферменти тощо.
Приклади екстрагованих молекул: монотерпени та монотерпеноїди, сесквітерпени, лімонен, карвон, а-пінен, лімонен, 1,8-цинеол, цис-оцімен, транс-оцімен, 3-октанон, бета-каротин, α-пінен, камфора, камфен, β-пінен, мірцен, пара-цимен, лімонен, γ-терпінен, ліналоол, міртенол, міртенал, карвон.
Ефірні олії мають антиоксидантну та антимікробну дію, що робить їх окрім аромату та смаку корисним інгредієнтом для харчових продуктів та медичних продуктів.
Ефірні олії, наприклад, лаванди, м'яти перцевої та евкаліпта, в основному виробляються шляхом дистиляції з водяною парою. Сировина рослин, така як квіти, листя, деревина, кора, коріння, насіння та шкірка, екстрагується шляхом дистиляції води під час замочування та кип'ятіння з водою в дистиляційному апараті.
Гідродистиляція
Для гідродистиляції розрізняють дві форми: водну дистиляцію і парову дистиляцію.
Для виділення ефірних масел шляхом дистиляції води рослинну сировину поміщають у воду для кип'ятіння. Для дистиляції з водяною парою вводять в/через рослинний матеріал. Завдяки впливу гарячої води і пари ефірна олія вивільняється з ліпідних залоз в тканини рослини. Водяна пара, що випаровується, виносить масло з рослинного матеріалу. Після цього пара конденсується в конденсаторі шляхом непрямого охолодження водою. З конденсатора дистильований екстракт (ефірна олія) надходить в сепаратор, де масло автоматично відділяється від дистилятної води.
Екстракція розчинником
Завдяки ефективності більшість ефірних олій, наприклад, для парфумерної та парфумерної промисловості, виробляються шляхом екстракції розчинником з використанням летких розчинників, наприклад, гексану, ди-метиленхлориду або нафтового ефіру. Основні переваги екстракції розчинником перед дистиляцією полягають у тому, що під час процесу можна підтримувати рівномірну температуру (приблизно 50 °C). Оскільки вищі температури призводять до розкладання сполук ефірних олій, олії, екстраговані розчинником, характеризуються більшою повнотою своїх летких сполук і більш природним запахом.
Надкритичний СО2 також доведено, що він є чудовим органічним розчинником і тому є ще одним альтернативним методом екстракції ароматичних олій з рослинних компонентів.
Розчинники для екстракції
Традиційні органічні розчинники для екстракції включають бензол, толуол, гексан, диметиловий ефір, нафтовий ефір, диметиленхлорид, етилацетат, ацетон або етанол.
Етанол використовується для вилучення ароматичних сполук із сухої рослинної сировини, а також із нечистих масел або бетонів, які були отримані спочатку шляхом екстракції, експресії або знеструмлення органічними розчинниками. Етанольні екстракти з сухих матеріалів відомі як настоянки. Настоянки не слід плутати з етаноловими промиваннями, які проводяться для очищення масел і бетонів для отримання абсолютів.
Коли вода використовується як екстракційна рідина, процес називається екстракцією без розчинника.
ефірні масла
Ефірні олії виробляють шляхом екстракції з рослинної сировини. В якості сировини можуть використовуватися різні види частин рослин, наприклад, квіти (наприклад, троянда, жасмин, гвоздика, мімоза, розмарин, лаванда), листя (наприклад, м'ята, Ocimum spp., лимонник, джамроза), листя і стебла (наприклад, герань, пачулі, петітгрейн, вербена, кориця), кора (наприклад, кориця, касія, канелла), деревина (наприклад, кедр, сандал, сосна), коріння (наприклад, дягель, сассафрас, ветивер, соссурея, валеріана), насіння (наприклад, фенхель, коріандр, кмин, кріп, мускатний горіх), фрукти (бергамот, апельсин, лимон, ялівець), ризоми (наприклад, імбир, аїр, куркума, ірис) та камеді або ексудації олеорезину (наприклад, бальзам Перу, бальзам Myroxylon, сторакс, мирра, бензоїн).
Конкретний і абсолютний
Бетон - це термін для позначення напівтвердої маси, яку отримують шляхом екстракції розчинником свіжої рослинної сировини. Свіжа рослинна сировина в основному екстрагується за допомогою неполярних розчинників, таких як бензол, толуол, гексан, нафтовий ефір. Після процесу екстракції розчинник випарюють, завдяки чому виходить напівтвердий залишок ефірних масел, воску, смол та інших ліпофільних (гідрофобних) фітохімічних речовин. Це так званий бетон.
Щоб отримати абсолют з бетону, бетон необхідно обробити міцним спиртом, в якому можна розчинити певні складові.
Ультразвукове виробництво наноемульсій
Інтерес до використання наноемульсій як систем доставки ліпофільних харчових інгредієнтів, а також як носіїв активних речовин у фармацевтичних препаратах та косметичних засобах значно зростає завдяки їхній високій оптичній прозорості, хорошій фізичній стабільності та здатності підвищувати біодоступність. Ультразвукова емульгування Готує стабільні мікро- та наноемульсії, які гарантують найкращий результат у кінцевому продукті.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову емульгування!
Переваги гідродистиляції з використанням ультразвуку
- Швидко & Ефективна екстракція
- Нетермічний, м'який процес
- Високоякісні екстракти
- висока врожайність,
- Повний спектр аромату
- Менше сировини
- Зелена екстракція
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.