Chiết xuất quế siêu tốc bằng siêu âm

Chiết xuất quế theo phương pháp truyền thống tốn nhiều thời gian và có hiệu quả tương đối thấp. Chiết xuất bằng siêu âm là một kỹ thuật tăng cường quá trình đơn giản nhưng có hiệu quả cao, giúp giảm thời gian chiết xuất xuống còn vài giờ, đồng thời tăng lượng tinh dầu quế thu được.

Cải thiện quá trình chiết xuất quế bằng siêu âm

Theo phương pháp truyền thống, tinh dầu quế được chiết xuất bằng cách chưng cất lôi cuốn hơi nước từ vỏ và lá quế. Quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước truyền thống diễn ra rất chậm và tốn nhiều thời gian. Lượng tinh dầu quế mục tiêu cần thu được càng cao thì thời gian chưng cất lôi cuốn hơi nước càng dài, nghĩa là việc chưng cất một nồi lá quế có thể mất tới 12 giờ, trong khi chưng cất vỏ quế có thể mất hơn 24 giờ. Chiết xuất bằng siêu âm phá vỡ cấu trúc tế bào của vỏ và lá quế để tinh dầu quế được giải phóng nhanh chóng và hoàn toàn. Chiết xuất bằng siêu âm đẩy nhanh đáng kể quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước, rút ngắn thời gian xử lý từ cả ngày xuống còn vài giờ, đồng thời tăng lượng tinh dầu quế thu được.
Chiết xuất bằng siêu âm giải phóng toàn bộ các hợp chất tạo hương của quế, bao gồm cinnamaldehyde, linalool, eugenol và axit cinnamic. Khả năng tạo ra dịch chiết chứa đầy đủ các hợp chất tinh dầu chất lượng cao là lý do khiến tinh dầu quế chiết xuất bằng siêu âm có chất lượng vượt trội. Đặc biệt, cinnamaldehyde, hợp chất hữu cơ chính, mang lại hương vị và mùi thơm đặc trưng của quế. Do xử lý bằng siêu âm là phương pháp xử lý phi nhiệt, các hợp chất tinh dầu được bảo vệ khỏi sự phân hủy do nhiệt. Vì vậy, chiết xuất bằng siêu âm tạo ra tinh dầu có hương thơm đậm, đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.
Chiết xuất bằng siêu âm có thể áp dụng cho vỏ và lá quế. Tinh dầu lá quế có mùi thơm mạnh hơn so với tinh dầu vỏ quế. Lá quế chứa hàm lượng eugenol cao.

Vì sao chiết xuất bằng siêu âm vượt trội hơn chưng cất lôi cuốn hơi nước

Để sản xuất tinh dầu từ quế bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, trước tiên phải giải phóng tinh dầu khỏi nền mô thực vật (tức là các tế bào thực vật trong lá hoặc vỏ quế). Trong quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước, nguyên liệu thực vật từ quế được đun sôi trong nồi trong thời gian lên đến 24 giờ. Chỉ riêng nhiệt có hiệu quả tương đối thấp trong việc phá vỡ cấu trúc tế bào và giải phóng tinh dầu bị giữ bên trong. Nhìn chung, việc đun sôi không giải phóng hoàn toàn lượng tinh dầu bị giữ lại, và một lượng lớn tinh dầu còn sót lại bị lãng phí do không được chiết xuất. Sau quá trình chiết xuất bằng nhiệt, quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước sẽ diễn ra. Vì vậy, một hỗn hợp gồm hai chất lỏng không hòa tan vào nhau (tức là tinh dầu và nước) được đun sôi. Hỗn hợp bắt đầu sôi khi tổng áp suất hơi của chúng bằng 760 mm Hg. Do đó, nhiệt độ sôi của hỗn hợp nước và tinh dầu sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi của từng thành phần riêng lẻ. Phương pháp chưng cất với nước truyền thống có những nhược điểm lớn: quá trình đun sôi và tạo hơi kéo dài tiêu tốn rất nhiều thời gian và năng lượng.
Chiết xuất bằng siêu âm hoạt động dựa trên hiện tượng xâm thực âm. Hiện tượng xâm thực âm xảy ra khi sóng siêu âm công suất cao được truyền vào chất lỏng (ví dụ: huyền phù gồm nguyên liệu thực vật trong dung môi hoặc nước). Sóng siêu âm truyền qua chất lỏng, tạo ra các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp luân phiên. Trong các chu kỳ áp suất thấp, những bọt chân không cực nhỏ (gọi là bọt xâm thực) được hình thành và lớn dần qua nhiều chu kỳ áp suất. Khi đạt đến một kích thước nhất định và không thể hấp thụ thêm năng lượng, các bọt này sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Sự sụp đổ của bọt tạo ra các lực xâm thực mạnh, bao gồm các dòng rối vi mô và các dòng chất lỏng có vận tốc lên đến 100m/s. Các hiệu ứng cắt do xâm thực này còn được gọi là hiệu ứng cơ học do siêu âm. Quá trình chiết xuất các phân tử có hoạt tính sinh học bằng siêu âm chủ yếu diễn ra nhờ các hiệu ứng cơ học do siêu âm: sự khuấy động và các dòng rối phá vỡ tế bào và thúc đẩy truyền khối. Điều này có nghĩa là các phân tử có hoạt tính sinh học như tinh dầu, polyphenol, terpen và cannabinoid được giải phóng từ nền tế bào thực vật vào dung môi.
Ưu điểm của chiết xuất bằng siêu âm so với phương pháp đun sôi và chưng cất lôi cuốn hơi nước truyền thống là lượng tinh dầu và các hợp chất hữu cơ khác được chiết xuất cao hơn trong thời gian ngắn hơn đáng kể. Hiệu suất chiết xuất cao hơn giúp tránh lãng phí nguyên liệu và tăng lợi nhuận từ quá trình chiết xuất. Mức tiết kiệm thời gian và năng lượng đạt được nhờ chiết xuất bằng siêu âm là đáng kể. Là một phương pháp phi nhiệt, chiết xuất bằng siêu âm ngăn ngừa sự phân hủy do nhiệt của các hợp chất nhạy nhiệt.
Nhiệt độ ôn hòa và thời gian xử lý ngắn là những ưu điểm lớn của chiết xuất bằng siêu âm vì giúp ngăn ngừa sự phân hủy nhiệt của các chất chiết xuất tự nhiên. Điều này giúp quá trình chiết xuất bằng siêu âm đạt hiệu quả cao, và do đó, xử lý bằng siêu âm tạo ra tinh dầu có chất lượng vượt trội.

Các nghiên cứu điển hình về chiết xuất quế bằng siêu âm

Giới nghiên cứu và ngành công nghiệp đã áp dụng phương pháp chiết xuất bằng siêu âm để sản xuất tinh dầu chất lượng cao từ nhiều loại nguyên liệu thực vật, bao gồm lá và vỏ quế.

Chưng cất quế với nước có hỗ trợ siêu âm

Chen và cộng sự (2020) đã nghiên cứu quá trình chưng cất với nước được tăng cường bằng siêu âm và kết luận rằng xử lý siêu âm cải thiện đáng kể quá trình chưng cất. Chưng cất lôi cuốn hơi nước có hỗ trợ siêu âm cho hiệu suất thu hồi tinh dầu quế cao hơn trong thời gian chiết xuất được rút ngắn đáng kể. Bằng phân tích GC-MS, họ cho thấy chưng cất với nước có hỗ trợ siêu âm thu được tinh dầu có giá trị cao hơn với hàm lượng cao hợp chất chính trans-cinnamaldehyde so với chưng cất với nước truyền thống. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) đã xác nhận hiệu quả của xử lý siêu âm trong chiết xuất tinh dầu quế. Ngoài ra, phân tích mức tiêu thụ điện và lượng phát thải CO2 cho thấy quá trình chưng cất với nước có hỗ trợ siêu âm là phương pháp kinh tế hơn và thân thiện hơn với môi trường. Do đó, Chen và cộng sự kết luận rằng chưng cất với nước có hỗ trợ siêu âm là một công nghệ xanh và hiệu quả để chiết xuất tinh dầu quế, có thể cải thiện sản lượng và chất lượng tinh dầu quế.

Chiết xuất quế bằng siêu âm sử dụng dung môi eutectic sâu

Chiết xuất bằng siêu âm sử dụng dung môi eutectic sâu đã được chứng minh là một kỹ thuật vượt trội để thu hồi trans-cinnamaldehyde và coumarin từ vỏ quế với hiệu suất cao.
Trong điều kiện tối ưu, phương pháp này cho hàm lượng trans-cinnamaldehyde và coumarin cao hơn so với các phương pháp thông thường (chiết hồi lưu, chiết Soxhlet và ngâm chiết) sử dụng dung môi hữu cơ (ethanol 96%). Các điều kiện tối ưu để chiết xuất bằng siêu âm sử dụng dung môi eutectic sâu tự nhiên được xác định là sử dụng choline chloride–axit citric (ChCl-CA) có bổ sung 40% nước và thời gian chiết xuất 30 phút để chiết xuất trans-cinnamaldehyde (9,24 ± 0,01 mg/g) và coumarin (11,6 ± 0,11 mg/g) từ vỏ quế (C. burmannii Blume). Cần tiến hành nghiên cứu thêm để khảo sát hoạt tính dược lý của trans-cinnamaldehyde và coumarin từ vỏ quế. (xem Aryati và cộng sự 2020)

Ảnh bề mặt vỏ quế chụp bằng kính hiển vi điện tử quét ở độ phóng đại 1000x; bột khô (a); sau ngâm chiết (b); sau chiết hồi lưu (c); sau chiết Soxhlet (d); sau chiết xuất bằng NADES-UAE ChCl-CA (e).
nghiên cứu và hình ảnh của Aryati và cộng sự 2020

Thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu suất cao

Chiết xuất bằng siêu âm là công nghệ xử lý đáng tin cậy, giúp việc sản xuất tinh dầu chất lượng cao trở nên thuận tiện và nhanh chóng hơn. Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao gồm đầy đủ các thiết bị từ thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn đến hệ thống chiết xuất công nghiệp. Nhờ đó, chúng tôi tại Hielscher có thể cung cấp cho bạn thiết bị siêu âm phù hợp nhất với năng suất xử lý dự kiến của bạn. Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn từ thử nghiệm tính khả thi và tối ưu hóa quy trình đến lắp đặt hệ thống siêu âm ở quy mô sản xuất cuối cùng.
Diện tích lắp đặt nhỏ cùng với các phương án lắp đặt linh hoạt giúp thiết bị chiết xuất siêu âm của chúng tôi phù hợp ngay cả với các cơ sở xử lý có không gian hạn chế. Các thiết bị xử lý siêu âm được lắp đặt tại các cơ sở sản xuất thực phẩm, dược phẩm và thực phẩm bổ sung trên toàn thế giới.

Hielscher Ultrasonics – Thiết bị chiết xuất tiên tiến

Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao gồm đầy đủ các thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu suất cao từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn. Các phụ kiện bổ sung cho phép dễ dàng lắp ráp cấu hình thiết bị siêu âm phù hợp nhất với quy trình chiết xuất của bạn. Cấu hình hệ thống siêu âm tối ưu phụ thuộc vào năng suất dự kiến, thể tích, nguyên liệu, quy trình theo mẻ hoặc trên dòng chảy và tiến độ.

Theo mẻ và trên dòng chảy

Các thiết bị siêu âm Hielscher có thể được sử dụng để xử lý theo mẻ và xử lý dòng chảy liên tục. Xử lý siêu âm theo mẻ lý tưởng cho việc thử nghiệm, tối ưu hóa quy trình và sản xuất ở quy mô nhỏ đến trung bình. Khi xử lý lượng lớn nguyên liệu thực vật (ví dụ: lá và vỏ quế), xử lý trực tiếp trên dòng có thể có lợi hơn. Mặc dù xử lý theo mẻ chỉ đòi hỏi một hệ thống rất đơn giản, phương pháp này lại tốn nhiều thời gian và nhân công hơn. Quy trình chiết xuất liên tục trực tiếp trên dòng đòi hỏi một hệ thống phức tạp – bao gồm máy bơm, ống mềm hoặc đường ống và bồn chứa – nhưng hiệu quả hơn, nhanh hơn và cần ít nhân công hơn đáng kể. Hielscher Ultrasonics có hệ thống chiết xuất phù hợp nhất với thể tích chiết xuất và mục tiêu quy trình của bạn.

Thiết bị chiết xuất siêu âm cho mọi năng suất sản xuất

Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát toàn bộ các thiết bị xử lý siêu âm, từ thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn, các hệ thống để bàn và quy mô thử nghiệm đến các thiết bị xử lý siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp với khả năng xử lý khối lượng nguyên liệu tương đương nhiều xe tải mỗi giờ. Danh mục sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn thiết bị chiết xuất siêu âm phù hợp nhất với nguyên liệu, năng suất xử lý và mục tiêu sản xuất của bạn.
Các hệ thống siêu âm để bàn lý tưởng cho việc thử nghiệm tính khả thi và tối ưu hóa quy trình. Việc mở rộng quy mô tuyến tính dựa trên các thông số quy trình đã được xác lập giúp tăng năng suất xử lý từ các lô nhỏ lên sản xuất thương mại hoàn chỉnh một cách rất dễ dàng. Có thể mở rộng quy mô bằng cách lắp đặt một thiết bị chiết xuất siêu âm mạnh hơn hoặc kết hợp nhiều thiết bị siêu âm hoạt động song song. Với UIP16000, Hielscher cung cấp thiết bị chiết xuất siêu âm mạnh nhất thế giới.

Biên độ có thể kiểm soát chính xác để đạt kết quả tối ưu

Tất cả các thiết bị siêu âm Hielscher đều có thể được kiểm soát chính xác và nhờ đó là những thiết bị chủ lực đáng tin cậy trong sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quy trình then chốt ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả chiết xuất tinh dầu từ quế bằng siêu âm.
Tất cả các thiết bị xử lý của Hielscher Ultrasonics đều cho phép thiết lập biên độ chính xác. Đầu phát siêu âm và bộ khuếch đại biên độ là những phụ kiện cho phép điều chỉnh biên độ trong phạm vi rộng hơn nữa. Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể tạo ra biên độ rất cao và cung cấp cường độ siêu âm cần thiết cho các ứng dụng có yêu cầu khắt khe. Có thể dễ dàng duy trì biên độ lên đến 200µm liên tục trong chế độ vận hành 24/7.
Việc thiết lập biên độ chính xác và giám sát liên tục các thông số quy trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cho phép bạn xử lý lá và vỏ quế trong các điều kiện siêu âm hiệu quả nhất. Xử lý siêu âm tối ưu để đạt kết quả chiết xuất tốt nhất!
Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong môi trường khắc nghiệt. Điều này khiến thiết bị siêu âm của Hielscher trở thành công cụ làm việc đáng tin cậy, đáp ứng các yêu cầu chiết xuất của bạn.

Thử nghiệm dễ dàng, không có rủi ro

Các quy trình siêu âm có thể được mở rộng quy mô hoàn toàn theo tuyến tính. Điều này có nghĩa là mọi kết quả bạn đạt được khi sử dụng thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm hoặc để bàn đều có thể được mở rộng quy mô để đạt đầu ra giống hệt bằng cách sử dụng các thông số quy trình hoàn toàn giống nhau. Nhờ đó, xử lý siêu âm lý tưởng cho việc thử nghiệm tính khả thi không có rủi ro, tối ưu hóa quy trình và sau đó triển khai vào sản xuất thương mại. Hãy liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu cách xử lý siêu âm có thể gia tăng sản lượng dịch chiết quế của bạn.

Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức

Là doanh nghiệp do gia đình sở hữu và điều hành, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho các thiết bị xử lý siêu âm của mình. Tất cả các thiết bị siêu âm đều được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Độ bền và độ tin cậy của thiết bị siêu âm Hielscher giúp thiết bị trở thành công cụ chủ lực trong hoạt động sản xuất của bạn. Vận hành 24/7 ở mức đầy tải và trong môi trường khắc nghiệt là đặc tính vốn có của các máy trộn hiệu suất cao của Hielscher.

Bảng dưới đây cho biết năng suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: