• استخراج سنتی اسانس‌های گیاهی هزینه‌بر و زمان‌بر است.
• استخراج با استفاده از امواج فراصوت (التراسونیک) بازدهی بالاتر و کیفیت استخراج بهتری فراهم می‌کند.
• روش التراسونیک می‌تواند به عنوان یک روش استخراج بر پایه حلال یا آب انجام شود. به علاوه، التراسونیک می‌تواند با سیستم‌های استخراج سنتی ترکیب شود تا کارایی و کیفیت را بهبود بخشد.

تقطیر آبی عصاره‌های گیاهی

تقطیرآبی یک نوع از تقطیر بخار است. برای استخراج به روش hydrodistillation، مواد گیاهی مدت زمانی در آب خیسانده می‌شوند و سپس مخلوط گرم شده و مواد فرار با بخار همراه می‌شوند، سپس متراکم‌سازی و جداسازی می‌شوند. این یک فرآیند استخراج رایج برای جدا کردن ترکیبات فیتوشیمیایی از مواد گیاهی است. تقطیر بخار یک تکنیک رایج برای جدا کردن اسانس‌های گیاهی است، به عنوان مثال برای صنعت عطرسازی.

چون بسیاری از ترکیبات ارگانیک در فرآوری با دماهای بالا تجزیه می شوند، صنعت به سمت استفاده از روش‌های جایگزین و ملاحظات پردازش ملایم حرکت کرده است، که نتایج استخراج بهتری (کیفیت بالاتر، بهره‌وری بیشتر) فراهم می‌کنند. تقطیر‌آبی التراسونیک یک تکنیک استخراج ملایم اما بسیار کارآمد است که برای تولید اسانس‌های گیاهی با کیفیت بالا استفاده می‌شود.

چالش‌های تولید سنتی اسانس

مشکلاتی که در تکنیک‌های استخراج سنتی مانند تقطیر بخار وجود دارد، مرتبط با حجم عظیم مواد گیاهی است که برای استخراج اسانس‌های گیاهی به مقیاس تجاری مورد نیاز است. برای تولید 1 کیلوگرم اسانس لاوندر(اسطوخودوس) دویست کیلوگرم  گل اسطوخودوس تازه لازم است، برای 1 کیلوگرم روغن گل رز بین 2.5 تا 5 تن گلبرگ گل رز لازم است و برای 1 کیلوگرم اسانس لیمو حدود 3,000 لیمو مورد نیاز است. بنابراین، اسانس‌های گیاهی بسیار گران‌قیمت هستند. به عنوان مثال، قیمت اسانس مرغوب گل محمدی حدود 20,000 یورو  در هر لیتر است.

برای کسب مزایای مربوط به سودآوری و رقابت‌پذیری، تولیدکنندگان اسانس‌های گیاهی باید روش‌های استخراجی کارآمدتر و موثرتر را پیاده‌سازی کنند. تکنیک‌های موثر استخراج التراسونیک به عنوان یک روش با شرایط استخراج ملایم، بهره‌وری بالا و کیفیت برتر استخراج برتری نسبت به روش‌های سنتی دارد. سونیکیشن می‌تواند به عنوان یک روش استخراج بر پایه حلال یا بدون حلال انجام شود. به علاوه، استخراج به وسیله التراسونیک پرابی می‌تواند با سیستم‌های معمول استخراج مانند استخراج سوکسله (Soxhlet)، استخراج کلونجر (Clevenger)، CO2 فوق‌بحرانی، هیدرودیستیلاسیون اهمی و غیره ترکیب شود (سونو-سوکسله، سونو-کلونجر، سونو CO2 فوق‌بحرانی، هیدرودیستیلاسیون اهمی التراسونیک).

مزایای عصاره‌گیری و تقطیر آبی التراسونیک

استفاده از فرآیند استخراج با کمک التراسونیک و تقطیر آبی امروزه یک تکنیک اجرایی شده برای تولید اسانس‌های گیاهی با کیفیت بالا است. به عنوان یک تکنیک استخراج بدون حرارت، سونیکیشن از تجزیه حرارتی ترکیبات حساس به حرارت جلوگیری می‌کند. در زمان یکسان، کارایی استخراج و بهره‌وری در تولید اسانس‌های گیاهی به طریق چشم‌گیری افزایش می‌یابد. مزیت های تولید اسانس به کمک التراسونیک شامل موراد زیر است:

1- بازدهی استخراج بالا: استفاده از التراسونیک پرابی برای استخراج، اسانس‌ها را با کارایی بیشتری نسبت به روش‌های استخراج سنتی مانند تقطیر بخار یا استخراج حلال جدا می‌کند. این به دلیل این است که موج‌های صوتی باعث ایجاد کویتاسیون در مایع می‌شوند که به تخریب دیواره‌های سلولی مواد گیاهی کمک کرده و امکان آزاد شدن بیشتر اسانس را فراهم می‌آورد.

2- زمان استخراج کوتاه‌تر: استخراج با استفاده از التراسونیک می‌تواند اسانس‌ها را در مدت زمان بسیار کوتاهتری نسبت به روش‌های استخراج سنتی به دست آورد. این به دلیل این است که موج‌های صوتی شدیدی که توسط یک پراب التراسونیک تولید می‌شوند، می‌توانند به عمق مواد گیاهی نفوذ کنند، سلول‌های گیاهی را با کارایی بالاتری تخریب نموده و بنابراین اسانس را به سرعت و با بهره‌وری بیشتری استخراج کنند.

3- بهبود کیفیت روغن اسانس: چون استخراج با استفاده از التراسونیک یک روش بدون حرارت است، می‌تواند اسانس‌ها را با کیفیت بالاتری نسبت به روش‌های استخراج سنتی تولید کند به این علت که که موج‌های صوتی می‌توانند اسانس را استخراج کنند بدون ایجاد آسیب به ترکیبات آروماتیک حساس که به روغن خود عطر و ویژگی‌های درمانی آن را می‌بخشند. برای مطالعه در مورد روغن گیری آواکادو و زیتون با کمک التراسونیک کلیک کنید.

4- بهره‌وری انرژی: استخراج با استفاده از التراسونیک نسبت به روش‌های سنتی مانند تقطیر بخار که نیاز به انرژی زیادی برای تولید بخار دارد، انرژی بسیار کمتری مصرف می نماید.

5- دوستدار محیط‌زیست: سونیکیشن یک تکنیک استخراج تمیز و سازگار با محیط زیست است، زیرا نیازی به استفاده از حلال یا مواد شیمیایی که ممکن است برای محیط زیست آسیب‌آور باشند، ندارد.

 این مزایا استخراج اسانس با استفاده از التراسونیک  را تبدیل به یک تکنیک بسیار کارآمد و اقتصادی می‌کند که مزایای زیادی را نسبت به روش‌های سنتی استخراج فراهم می‌کند.

استخراج با استفاده از التراسونیک نیاز به مدت زمان بسیار کوتاهی دارد و باعث به دست آوردن بهترین بهره‌وری در استخراج می‌شود. مقایسه بین دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی (sCO2)، استخراج با کمک التراسونیک (UAE)، استخراج با دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی به همراه تکنیک نوسان فشار (SCE-PST) و استخراج سوکسله نشان می‌دهد که استخراج با کمک التراسونیک (UAE) کارآمدترین و سریعترین تکنیک استخراج است.

استخراج با کمک التراسونیک به اثبات رسیده است که بهره‌وری در استخراج را افزایش می‌دهد و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. اصل کار عصاره‌گیری با کمک التراسونیک فروپاشی حباب‌ها ناشی از کویتاسیون التراسونیک است. ترکیب التراسونیک/ کاویتیشن آکوستیک  میکروجت‌های مایع تولید می‌کند که غده‌های حاوی چربی در بافت گیاهی را تخریب می‌کند. در نتیجه، انتقال جرم بین سلول و حلال بهبود می‌یابد و اسانس گیاهی آزاد می‌شود. یکی از مزایای اصلی عصاره‌گیرهای مدرن التراسونیک امروزی کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی (مانند شدت التراسونیک، دما، زمان فرآوری، فشار، زمان استراحت و غیره) است. افزایش بهره‌وری در استخراج اسانس‌ها و همچنین کاهش تجزیه حرارتی، کیفیت بالا و پروفایل خوب عطر و طعم به طور علمی اثبات شده‌اند (Porto et al. 2009؛ Asfaw et al. 2005).

در حالی که تکنیک‌های استخراج مدرن دیگر تنها توانایی محدودی برای ارتقاء به تولید صنعتی را ارائه می‌دهند، قابلیت ارتقاء به سطح صنعتی در استخراج با کمک التراسونیک از پیش ثابت شده است. به عنوان مثال، بهره‌وری استخراج اسانس‌ها از مرکبات ژاپنی با استفاده از روش‌های سنتی را در مقایسه با این تکنیک به 44٪ افزایش یافت (Mason et al. 2011).

پیش‌فرآوری التراسونیک برای استخراج اسانس

برای استخراج اسانس گیاهی از مواد گیاهی (مانند اسطوخودوس، مریم گلی، مرکبات و غیره)، می‌توان از یک سیستم سونیکیشن نوع پراب برای استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و تولید استفاده کرد. سیستم استخراج می‌تواند به عنوان یک سیستم بچ  یا سیستم در خط راه‌اندازی شود.

برای استخراج بچ  با استفاده از التراسونیک، توصیه می‌شود یک ظرف با یک حوضچه آب سرد اطراف آن استفاده شود. حوضچه آب اجازه افزایش ناخواسته دما و در نتیجه تخریب مواد موثره را نمی دهد. برای استخراج اسانس لاوندر، گل‌های اسطوخودوس به میزان 2 لیتر آب تقطیر شده برای مدت 30 دقیقه استخراج می‌شوند. دامنه  التراسونیک به 60٪ تنظیم می‌شود. پس از پیش‌پردازش التراسونیک، گل لاواندر از مخلوط خارج می‌شود و تقطیر بخار سنتی برای استخراج اسانس انجام می‌شود.

برای راه‌اندازی استخراج در خط، پردازنده التراسونیک با سونوترود و راکتور التراسونیک تجهیز می شود. به منظور خنک‌کنندگی، راکتور با یک جکت خنک‌کننده تجهیز شده است. برای پیش‌پردازش التراسونیک، مواد گیاهی خیس شده به  ناحیه  واکنش پمپ می‌شود که مستقیماً از منطقه کویتیشن عبور می‌کند. یکی از مزایای دیگر استخراج در خط با استفاده از التراسونیک، امکان افزایش فشار در ناحیه واکنش است تا اثر استخراج را افزایش دهد. پیش‌پردازش التراسونیک قبل از تقطیر‌آبی باعث افزایش بهره‌وری عصاره‌های اسانسی استخراج شده و بهبود نرخ استخراج می‌شود.

مزایاي استخراج با اولتراسونيک هموژنایزر آواپرداز و هيدروديستيلاسيون:

• استخراج سريع و كارآمد
• فرآيند غيرحرارتي و ملايم
• عصاره‌هاي با كيفيت بالا
• خروجی بیشتر
• طيف عطري كامل
• استفاده كمتر از مواد اوليه
• استخراج سبز

"Sono-Clevenger با پراب التراسونیک راه‌اندازی تقطیر‌آبی تحت تأثیر التراسونیک برای استخراج بسیار کارآمد اسانس‌های روغنی. (©Rasouli et al. 2021)"

مورد پژوهی: تقطیرآبی التراسونیک  اسانس روغنی مرزه خوزستانی

در مطالعه انجام شده توسط رسولی و همکاران (2021)، به بررسی کارآمدی استخراج روغن‌های اسانسی از گیاه دارویی مرزه خوزستانی با استفاده از دو روش تقطیرآبی سنتی و استفاده از Clevenger با فناوری التراسونیک (Sono-Clevenger) پرداخته شده است. آنها هر دو تکنیک استخراج، هیدرودیستیلاسیون و Clevenger با فناوری التراسونیک را از نظر زمان جدایش، بازده و کیفیت روغن‌های اسانس به دست آمده، مورد مقایسه قرار دادند. نتایج نشان می‌دهند که در حالی که پروفایل شیمیایی و خواص زیستی روغن‌های اسانس به دست آمده هر دو با کیفیت بسیار بالا قابل مقایسه هستند، روش استخراج با استفاده از التراسونیک باعث افزایش بازده جدایش روغن اسانس تا 40٪ می‌شود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) از برگ‌های پردازش شده گیاه مرزه نشان می‌دهد که التراسونیک باعث تخریب کارآمدتر دیواره‌های سلولی گیاه می‌شود. به عبارت دیگر، بهبودی در استخراج روغن اسانس حدود 40٪ نسبت به روش هیدرودیستیلاسیون سنتی مشاهده شد. این مطالعه نتایج سایر گزارش‌ها را تأیید می‌کند، در آنها پیش‌پردازش با استفاده از التراسونیک قبل از هیدرودیستیلاسیون مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که التراسونیک پرابی همچنان که کیفیت و حجم روغن اسانس را افزایش می‌دهد، زمان استخراج و مصرف انرژی را نسبت به تکنیک‌های سنتی کاهش می‌دهد.

مقایسه بازده استخراج به عنوان یک عملکرد زمانی برای تقطیرآبی و روش سونو-کلوونجر: استخراج روغن اسانس با استفاده از روش سونو-کلوونجر، در مدت زمان کمتری بازدهی بالاتری از روغن اسانس فراهم می‌کند.

تصاویر میکروسکوپ الکترونی(SEM) از برگ‌های گیاه مرزه: (A) پس از 4 ساعت هیدرودیستیلاسیون و (B) پس از 60 دقیقه فرآوری با روش سونو-کلوونجر. فرآوری کوتاه‌تر با روش سونو-کلوونجر، تخریب بهتری از دیواره‌های سلولی ایجاد می‌کند و در نتیجه بازدهی روغن اسانس را افزایش می‌دهد. (©Rasouli و همکاران 2021)

عصاره‌گیرهای التراسونیک برای تقطیر آبی اسانس

دستگاه‌های قدرتمند التراسونیک آواپرداز برای نصب در کارگاه‌ها، کارخانه‌های نیمه صنعتی و کارخانه‌های صنعتی در دسترس هستند. پردازنده‌های التراسونیک ما قابلیت کنترل دقیق دارند و می‌توانند دامنه‌های بسیار بالا (تا 200 میکرومتر برای التراسونیک صنعتی) را تولید کنند تا یک میدان صوتی شدید ایجاد شود. تمام دستگاه‌های التراسونیک ما، از آزمایشگاه تا سیستم‌های صنعتی، برای عملکرد 24/7 تحت شرایط سنگین ساخته شده‌اند. دستگاه‌های استخراج التراسونیکآواپرداز می‌توانند در مرحله آزمایشگاهی برای آزمایش‌های امکان‌پذیری و بهینه‌سازی فرآیند آزمایش شوند. سپس، تمام نتایج فرآیند می‌توانند به طور خطی به مقیاس تولید صنعتی اعمال شوند. تجربه طولانی ما در فرآیند‌های التراسونیک، ما را قادر به مشاوره و کمک به مشتریانمان از آزمایش‌های اولیه و بهینه‌سازی فرآیند تا پیاده‌سازی یک فرآیند صنعتی بسیار کارآمد می‌کند.

سیستم‌های قدرتمند التراسونیک ما می‌توانند برای سونیکیشنبه صورت بچ و در خط مورد استفاده قرار گیرند. برای تولید روغن اسانس، با نصب یک پروب التراسونیک در یک سامانه سنتی هیدرودیستیلاسیون می توان هم‌افزایی خوبی به دست آورد. همچنین، بازسازی خطوط تولید موجود به راحتی انجام می‌شود.

بیشتر بدانید

عصاره‌گیری موفق با التراسونیک

در موارد زیر اثبات شده است که استخراج التراسونیک نتایج را بهبود می بخشد. استخراج التراسونیک بازدهی بالاتر، عصاره با کیفیت بالا با پروفایل ترکیب / عطر کامل و طیف طعم کامل فراهم می‌کند.

گیاهان و برگ‌ها: نعناع، نعناع هندی، استویا، شاهدانه، رازک، ریحان، آویشن، فلفل، پونه کوهی، مریم گلی، رازیانه، جعفری، اوکالیپتوس، زیتون، چای سبز، چای سیاه، بولدو، تنباکو، نعناع فلفلی، مرزنگوش و غیره.

گل‌ها: گل محمدی، گل لاوندر(اسطوخودوس)، ایلنگ، گل یاسمین، نعنا هندی، گل مریم، میموسا و غیره.

 میوه‌ها: پرتقال، مرکبات، لیمو، تمشک، گوجه‌فرنگی، سیب، بلوبری، بیل بری، پرتقال ماندارین، انگور،زیتون، عناب و غیره
 ادویه‌جات: زعفران، گشنیز، زنجبیل، برگ بو، جوز هندی، دارچین، زردچوبه، وانیل، میخک، پوست جوز هندی، و غیره.

 چوب و پوست درختان: عود، بلوط، صندل، سرو، کاج، پوست دارچین و غیره.

استخراج‌های گیاهی شامل طیف کاملی از ترکیبات فعال و فیتوشیمیایی هستند، به طوری که روغن اسانس شامل لیپیدها، ترپن‌ها و ترپنوئیدها، فنولها، الکلوئیدها، فلاونوئیدها، ترکیبات کربونیلی، آنتی‌اکسیدان‌ها، ویتامین‌ها، رنگدانه‌ها، آنزیم‌ها و غیره می‌شود.

نمونه ای مولکول های استخراج شده:

monoterpenes and monoterpeneoids, sesquiterpenes, limonene, carvone, a-pinene, limonene, 1,8-cineole, cis-ocimene, trans-ocimene, 3-octanone, beta-carotene, α-pinene, camphor, camphene, β-pinene, myrcene, para-cymene, limonene, γ-terpinene, linalool, myrtenol, myrtenal, carvone.
 

روغن‌های اسانس اثرات آنتی‌اکسیدان و ضد میکروبی را دارند که علاوه بر عطر و طعم آن‌ها، آن‌ها را به عنوان یک ماده مفید برای محصولات غذایی و پزشکی نیز به کار می‌برند. اسانس‌هایی مانند لوندر(اسطوخودوس)، نعناع فلفلی و اوکالیپتوس بیشتر به وسیله تقطیر بخاری تولید می‌شوند. مواد گیاهی خام مانند گل‌ها، برگ‌ها، چوب، پوسته‌ها، ریشه‌ها، دانه‌ها و پوست میوه‌ها توسط تقطیر آبی استخراج می‌شوند در حالی که در یک دستگاه تقطیر با آب خیس و جوشانده می‌شوند.

تقطیر آبی

برای تقطیر آبی، دو نوع متفاوت وجود دارد: تقطیر با آب و تقطیر بخاری. برای جدا سازی روغن‌های اسانس توسط تقطیر آبی، مواد گیاهی در آب قرار داده می‌شود تا جوشانده شود. برای تقطیر بخاری، بخار به داخل مواد گیاهی تزریق می‌شود. به دلیل تأثیر آب داغ و بخار، روغن اسانس از غده‌های چربی در بافت گیاه آزاد می‌شود. بخار آبی که بخار می‌شود روغن را از مواد گیاهی خارج می‌کند. سپس، بخار در به طور غیر مستقیم توسط کندانسور خنک می شود و از کندانسور، عصاره تقطیر شده (روغن اسانس) به یک جداساز می‌رود که روغن به طور خودکار از آب مقطر جدا می‌شود.

استخراج حلالی

به دلیل کارآیی، بیشتر روغن‌های اسانس، مثل روغن‌های استفاده شده در صنعت عطر و خوشبو‌کننده، استخراج با حلال‌های فرار مثل هگزان، دی‌متیلن‌کلرید یا پترولیم اتر انجام می‌شود. از مزیت اصلی استخراج با حلال نسبت به تقطیر این است که دما را در طول فرآیند می‌توان در یک دمای یکنواخت (تقریباً 50 درجه سانتی‌گراد) حفظ کرد. چرا که دماهای بالاتر منجر به تخریب ترکیبات روغن اسانس می‌شود، روغن‌های استخراج شده با حلال به خاطر ترکیبات فرار کامل‌ترگامل ترهستند و رایحه‌ای طبیعی تر دارند.

 دی‌اکسید کربن فوق‌بحرانی هم به عنوان یک حلال آلی بسیار خوب شناخته شده است و به همین دلیل یک روش جایگزین دیگر برای استخراج روغن‌های عطری از گیاهان محسوب می‌شود.

برای مطالعه در مورد حلال ها و عصاره گیری التراسونیک کلیک کنید.
 

حلال های استخراج

حلال‌های آلی سنتی برای استخراج شامل بنزن، تولوئن، هگزان، دی‌متیل اتر ، پترولیم اتر، دی‌متیلن‌کلراید،اتیل‌استات، استون، یا اتانول می‌شود. اتانول برای استخراج ترکیبات خوشبو از مواد گیاهی خشک، و همچنین از روغن‌ها یا کنستاتره‌های ناخالص که ابتدا با حلال آلی استخراج، روغن گیری یا روغن مالی شده‌اند، استفاده می‌شود. عصاره‌های اتانول از مواد خشک به نام "تینکچر" شناخته می‌شوند. تینکچرها با شستشوهای اتانول که برای تصفیه روغن‌ها و عناصر به منظور خالص سازی انجام می‌شوند، اشتباه نشود. هنگامی که آب به عنوان مایع استخراجی استفاده می‌شود، فرآیند به عنوان استخراج بدون حلال نامیده می‌شود.

روغن اسانس

روغن‌های اسانس از مواد گیاهی به وسیله استخراج تولید می‌شوند. به عنوان مواد خام، می‌توان از انواع مختلف اجزای گیاهی استفاده کرد، مانند: گلها (مثل گل محمدی، گل یاس، گل میخک صد پر، گل میخک، گل میموسا، رزماری، اسطوخودوس)، برگها (مثل نعناع، ریحان مقدس، علف لیمو، جامروزا)، برگها و ساقه‌ها (مثل گل شمعدانی، نعناع هندی، نارنج، گل شاه پسند، دارچین)، پوسته (مثل دارچین، پرک هندی، پوست دارچین)، چوب (مثل سرو، صندل، کاج)، ریشه‌ها (مثل گلپر، ساسافراس، خس خس، سوگندگون، سنبل الطیب)، دانه‌ها (مثل رازیانه، گشنیز، زیره، شوید، جوز هندی)، میوه‌ها (ترنج، نارنج، لیمو، سرو کوهی)، ریزوم‌ها (مثل زنجبیل، سوسن، زردچوبه، زنبق زرد) و صمغ‌ها یا  ترشحات صمغی(مثل بلسان پرو، Myroxylon balsamum ، storax ، مر، benzoin).

Concrete و ABSOLUTE

کانکریت اصطلاحی است برای جرم نیمه جامدی که از استخراج حلال از مواد گیاهی تازه به دست می‌آید. مواد گیاهی تازه بیشتر با استفاده از حلال‌های غیر‌قطبی مانند بنزن، تولوئن، هگزان و پترولیم اتر استخراج می‌شوند. پس از فرآیند استخراج، حلال بخار شده و به طوری که یک بازمانده نیمه جامد از روغن‌های اسانس، موم، رزین و سایر مواد فیتوشیمیایی لیپوفیلیک (چربی دوست) به دست می‌آید، باقی می‌ماند. این ماده به نام کانکریت شناخته می‌شود. برای به دست آوردن یک ترکیب خالص از کانکریت، کانکریتباید با یک الکل قوی که برخی از مؤلفه‌ها در آن قابل حل هستند، فرآوری شود.

تولید نانوامولسیون با التراسونیک

علاقه به استفاده از نانوامولسیون‌ها به عنوان سیستم‌های حمل برای مواد غذایی لیپوفیلیک، برای ترکیبات فعال در داروها و آرایشی به دلیل شفافیت بالا، پایداری فیزیکی خوب و توانایی افزایش جذب زیستی به طرز قابل توجهی در حال افزایش است. امولسیون سازی اولتراسونیک میکرو- و نانوامولسیون‌های پایداری را تولید می‌کند که در نهایت بهترین نتایج را در محصول نهایی تضمین می‌کنند.

آواپرداز با چندین سال سابقه در عرصه طراحی و ساخت التراسونیک هموژنایزرهای آزمایشگاهی، نیمه صنعتی و صنعتی می تواند دستگاه مورد نیاز شما جهت استفاده در عصاره گیری، صنایع دارویی و ... را تامین نماید. برای کسب اطلاعات بیشتر با ما در ارتباط باشید.