پرکاربردترین روش برای استخراج اسانس، به دلیل سادگی و نیاز به سرمایه‌گذاری کم, تقطیر با بخار آب است. با توجه به اهمیت این روش استخراجی، پیشرفت‌های تکنولوژیک فرصتی عظیم برای بهبود این بخش از تولید اسانس است. به منظور ارزیابی این که چگونه چنین آپدیت‌هایی در تولید اسانس اعمال شده است، در این مطالعه، یک بررسی تکنولوژیکی انجام شده است. در مجموع 490 سند ثبت اختراع بازیابی شده و شاخص‌هایی شامل روند انتشار، متقاضیان اصلی و مخترعان فناوری‌های مورد نظر، کشورهای سپرده‌گذار اصلی و بازارهای بالقوه برای اختراعات و کدهای طبقه‌بندی تخصیص یافته به اسناد ثبت اختراع, مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تقطیر با بخار در بخش‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد و یک فرآیند صنعتی رو به رشد و مهم در سال‌های اخیر است. از نظر به روز بودن تکنولوژی مرتبط، مشاهده شد که فقط برخی از اسناد ثبت اختراع به کاربرد به‌روزرسانی‌های فن‌آوری اشاره می‌کنند، که نشان می‌دهد هنوز می‌توان فرآیندها را بررسی و در تکنولوژی حال حاضر گنجاند. بنابراین، پیشرفت مطالعات برای بهبود این فرآیند می‌تواند به رشد واضح, افزایش پتانسیل کاربرد و بازده فرآیند کمک بیشتری کند.

بهبود صنعتی استخراج اسانس با تقطیر بخار آب

مقدمه

اسانس‌ها (Essential Oils) محصولاتی هستند که از قسمت های مختلف گیاهان مانند برگ، ساقه، ریشه و پوست استخراج می شوند. از نظر شیمیایی، اسانس‌ها  (EOs)  مخلوط‌های همگنی هستند که از بخش‌های گوناگونی از فرارترین تا سنگین‌ترین ترپنوئیدها (terpenoids) تشکیل شده‌اند. این ترکیبات, طبیعی هستند, معمولاً به عنوان متابولیت‌های ثانویه تولید شده و به عنوان مواد شیمیایی گیاهی دفاعی برای گیاهان عمل می‌کنند. ترپنوئیدها رایحه‌ای برجسته دارند که اغلب برای حس بویایی انسان دلپذیر است. این ترکیبات به استثنای موارد نادر، چگالی کمتر از آب دارند, با رنگ مشخصی برای هرگونه که شدت آن نیز متفاوت است وجود دارند و وجود آن‌ها در گونه‌های گیاهی مهم است. اسانس‌ها با ویژگی‌هایی مانند رایحه، طعم و خواص دارویی نقش مهمی در بخش‌های مختلف صنعت مانند تامین مواد اولیه برای لوازم آرایشی، دارویی، آروماتراپی، طعم‌دهنده‌های غذا، نگهدارنده‌ها و مشاغل خانگی ایفا می‌کنند. تولید در مقیاس بزرگ  Essential Oilsها یک نیروی محرکه در بازار جهانی است. با این حال، قیمت‌های بالای بازار اغلب یک مانع اصلی به شمار می‌رود. با این وجود، تقاضای زیاد برای اسانس‌ها، به ویژه برای استفاده به عنوان نگهدارنده طبیعی، فرصت‌های رشد را در بازارهای جهانی فراهم کرده است.

اندازه بازار جهانی Essential Oils در سال 2021, 10.3 میلیارد دلار برآورد شد و انتظار می‌رود تا سال 2026 به 16.0 میلیارد دلار برسد. افزایش مصرف محصولات طبیعی به دلیل مزایای سلامتی آنها، تولیدکنندگان را برانگیخته است تا به جای استفاده از مواد مصنوعی در محصولات تجاری خود، از جمله لوازم آرایشی، دارویی، مواد غذایی و غیره، بر روی EO ها سرمایه‌گذاری کنند. بنابراین، رشد مداوم در بازار روغن‌های اساسی(اسانس‌ها) دور از انتظار نیست.

به منظور کمک به تجاری سازی بالقوه روغن‌های اساسی ، تولید باید با شرایطی همسو شود که بازده فرآیند خوب و کیفیت بالا را فراهم کند. یکی از چالش‌های اصلی در مقیاس‌پذیری تولید اسانس‌ها ، به دلیل زمان طولانی و نیاز به انرژی زیاد, فرآیند استخراج است، به طور کلی، فرآیند استخراج شامل تقطیر آزئوتروپیک یا استخراج با حلال است. تقطیر آزئوتروپیک شامل تقطیر با آب، هیدرودیفیوژن و تقطیر با بخار است. استخراج تقطیر با بخار با عدم قطعیت عملکرد و فرآیند شناخته می‌شود. با این حال، به دلیل نیاز به سرمایه‌گذاری و هزینه‌های عملیاتی پایین آن در مقایسه با سایر روش‌های استخراج، مانند استخراج با دی اکسید کربن در حالت فوق بحرانی، امواج مایکروویو، اولتراسوند و حلال‌های غیرقطبی، همچنان کاربردی‌ترین روش استخراج است.  روش استخراج تقطیر با بخار, یک روش سبز از نظر زیست محیطی است چرا که حلال مورد استفاده در آن بخار آب است، در مقایسه با حلال‌های آلی که نیاز به جداسازی پس از استخراج دارند،  پسماند تولید می‌کنند، نیاز به تصفیه هوا و گاهی استفاده از تاسیسات غیرمجاز دارند.

استخراج تقطیر با بخار در صنعت EO معمولاً منجر به بازده کم و زمان استخراج طولانی نسبت به مصرف زیاد سایر منابع می‌شود. با این حال، در مقیاس آزمایشگاهی، آزمایش‌ها نشان داده‌اند که مقدار روغن در ماتریس سبز بالاتر از مقداری است که معمولاً توسط صنعت به دست می‌آید. این نشان می‌دهد که تجهیزات صنعتی برای استخراج تقطیر با بخار می‌تواند برای دستیابی به بازده بالاتر، کیفیت بهتر و دوره‌های استخراج کوتاه‌تر اصلاح شوند.

اهمیت روش تقطیر با بخار در استخراج اسانس

استفاده از به روز رسانی‌های تکنولوژیکی در فرآیند تقطیر با بخار برای استخراج اسانس‌ها می تواند کنترل فرآیند و نتایج را بهبود بخشد و فرصت‌های مهمی را برای بخش صنعتی به ارمغان بیاورد. این به‌روزرسانی‌ها بخشی از موجی به نام Industry 4.0 هستند که روندی است که مستقیماً با مسائل مربوط به قابلیت اطمینان فرآیند, در دسترس بودن و ایجاد نوآوری‌های صنعتی مرتبط است. با توجه به رشد فوق الذکر در استفاده از محصولات طبیعی مانند EOs، نیاز به دستیابی به بازده بالاتر، کیفیت بهتر و دوره‌های استخراج کوتاهتر وجود دارد.

به روزرسانی‌های تکنولوژیکی می تواند ویژگی‌های فرآیند تقطیر با بخار مانند کاهش تجزیه مواد، افزایش کیفیت محصول نهایی و به دست آوردن بازده بالاتر EO را افزایش دهد. علاوه بر این، مزایای عددی دیگری مانند مصرف انرژی و آب کمتر، استفاده بهینه از ظرفیت و کاهش هزینه کلی محصول را می توان به دست آورد. از نظر کیفیت EO، ممکن است در طول فرآیند استخراج, تخریب ماده و از دست دادن ترکیبات فرار، زمانی که مواد گیاهی برای مدت طولانی در معرض دمای بالا قرار می‌گیرند, رخ دهد. در این زمینه، به‌روزرسانی‌های تکنولوژی، ابزار دقیق هوشمند را در طراحی سیستم‌های تولید، از جمله کنترل خودکار و نظارت بر فرآیند، وارد می‌کنند. علاوه بر این، وابستگی شدید به نیروی انسانی مستلزم اقدام مداوم اپراتورها برای کنترل پارامترهای مهم فرآیند است.

در این مقاله، تحقیقات در پورتال ثبت اختراع خلاصه شده است. هدف جستجوی اسناد ثبت اختراع در مورد فرآیند تقطیر با بخار اعمال شده در استخراج EO به منظور ارزیابی شاخص‌هایی بود که می‌توان از آنها برای ارزیابی سناریوهای تکنولوژیکی فرآیند استفاده کرد. علاوه بر این، به‌روزرسانی‌های تکنولوژی‌های احتمالی اعمال شده در فرآیند استخراج EO نیز برای شناسایی پیشرفت‌هایی در این زمینه که می‌تواند باعث بهبود عملکرد و کیفیت شود، ارزیابی شده است.

Source:

Steam Distillation for Essential Oil Extraction: An Evaluation of Technological Advances Based on an Analysis of Patent Documents