الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام القنب مادةً خامًا
- يمكن التمييز بين نوعين من نبات Cannabis sativa: الماريجوانا والقنب.
- تُعرف الموجات فوق الصوتية بأنها طريقة متفوقة لعزل القنّبinoيدات من الماريجوانا والقنب على حد سواء.
استخلاص القنّبinoيدات بالموجات فوق الصوتية
تتميز تقنية الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بكفاءة عالية في تحرير المركبات الفعالة (أي القنّبinoيدات (CBD, THC, CBG)، الزيوت العطرية، , التربينات وغيرها) من المواد النباتية مثل البراعم والأوراق والسيقان.
يتفوق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على تقنيات الاستخلاص التقليدية بفضل مزايا متعددة:
يُعرف الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) بأنه تقنية لتكثيف العمليات، تحسّن انتقال الكتلة وتتيح الحصول على مردود أعلى من المركبات النشطة حيويًا مثل القنّبinoيدات والتربينات وغيرها.
تنتج المعالجة بالموجات فوق الصوتية مستخلصات عالية الجودة، لأن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لا يتطلب استخدام مذيبات قاسية وسامة لتحرير القنّبinoيدات. ويمكن إجراء الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام الماء، أو مزيج الماء والكحول، أو الكحول، أو الزيت (الزيتون، جوز الهند) بوصفها مذيبات، على سبيل المثال. وهذا يجعل الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) أكثر مراعاةً للبيئة بدرجة كبيرة.
اقرأ المزيد عن الاختيار الصحيح للمذيبات المستخدمة في الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية!
تؤدي ظروف الاستخلاص اللطيفة في المعالجة بالموجات فوق الصوتية إلى مستخلص يحتفظ بخصائص المادة الخام نفسها (مثل القنب والماريجوانا)، ولكن بصورة معززة – مما يوفر تأثيرات صحية وطعمًا ورائحةً أفضل.
يمكن التحكم بدقة في أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من Hielscher. ومن خلال التحكم الكامل في معلمات العملية، مثل الشدة ودرجة الحرارة، يمكن الحصول على مستخلص ذي جودة عالية استثنائية. وبما أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة معالجة غير حرارية، يُتجنب التحلل الحراري للمكونات الحساسة للحرارة. وتُعد درجات حرارة الاستخلاص بين 0–60°C مثاليةً للحصول على مستخلصات متفوقة.
ومن مزايا الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية أيضًا سرعة العملية: لا تستغرق عملية الاستخلاص بأكملها سوى دقائق لتحرير القنّبinoيدات من الخلايا النباتية، بينما تتطلب تقنيات الاستخلاص الأخرى ساعات أو حتى أيامًا من المعالجة.
تكون تكاليف الاستثمار والتشغيل على حد سواء ضئيلةً مقارنةً بأجهزة الاستخلاص البديلة، مثل أجهزة الاستخلاص باستخدام CO2 فوق الحرج. وتوفر أنظمة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عائدًا سريعًا جدًا على الاستثمار (RoI).
UP400St لاستخلاص القنّبinoيدات من القنب
- مستخلصات عالية الجودة
- استخلاص أكثر اكتمالًا
- معدل استخلاص مرتفع
- مستخلص كامل الطيف
- استخدام مذيبات متنوعة
- غير سام
- طريقة غير حرارية (باردة)
- عملية استخلاص سريعة
- آمن وسهل الاستخدام
- قابلية التوسع الخطي
القنب مقابل الماريجوانا
القنّب فصيلة نباتية يمكن تصنيفها إلى C. Indica و C. Sativa. والقنب والماريجوانا نوعان من Cannabis Sativa.
عند مقارنة القنب بالماريجوانا، يوجد اختلاف كبير؛ فبينما يحتوي القنب على تركيز منخفض جدًا من THC (0.3% أو أقل)، تكون الماريجوانا غنيةً بـ THC بتركيزات تتراوح بين 15% و40%.
لذلك، كان القنب يُزرع حتى وقت قريب أساسًا لأغراض صناعية. واليوم يُقدَّر القنب أيضًا لما يوفره من مردود CBD. ويُعد CBD أحد القنّبinoيدات غير المؤثرة نفسيًا، وله خصائص مضادة للالتهاب ومخففة للقلق. وتُزرع الماريجوانا أساسًا لمحتواها من THC، الذي يُستخدم لأغراض ترفيهية وطبية.
يُعد زيت القنب وCBD، وهو القنّبinoيد الرئيسي الموجود في القنب، مادتين واعدتين تُستخدمان للمساعدة في حالات طبية مثل القلق، والالتهاب المزمن، وأمراض المناعة الذاتية، والألم، والصداع والصداع النصفي، واضطرابات الجهاز الهضمي، وغيرها.
جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400St ذو المسبار هو جهاز استخلاص بالموجات فوق الصوتية شائع الاستخدام لعزل CBD وTHC وCBG وCBN وغيرها من القنّبinoيدات، وكذلك التربينات، من القنب والماريجوانا.
أجهزة استخلاص بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء
تقدم Hielscher Ultrasonics معالجات صغيرة الحجم, ، ومتوسطة الحجم ، و صناعية تعمل بالموجات فوق الصوتية، ويمكن تشغيلها على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع (24/7). واستنادًا إلى المادة الخام وحجم المعالجة لديك، يمكننا تقديم نظام استخلاص بالموجات فوق الصوتية يلبي احتياجاتك. ويمكنك الاختيار بين الاستخلاص على دفعات والاستخلاص المستمر. كما يمكن التوسع لاحقًا إلى طاقات معالجة أكبر بسهولة، لأن العمليات بالموجات فوق الصوتية قابلة للتوسع الخطي.
يمكن لأنظمة Hielscher التجريبية والصناعية توفير سعات اهتزاز عالية جدًا – مما يتيح التشغيل بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm بموثوقية واستمرارية على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع (24/7). وتتوفر سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية لسعات اهتزاز أعلى من ذلك. وتتيح متانة أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher تشغيلها في ظروف العمل الشاقة والبيئات ذات المتطلبات الصعبة.
بصفتها شركة مصنعة ذات خبرة طويلة في أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة، تُعد Hielscher شريكك الموثوق لعمليات الاستخلاص المتقدمة. ونحن نقدم المشورة ونساعد عملاءنا بخبراتنا، ونرشدهم من اختبارات الجدوى إلى تركيب الأنظمة الصناعية.
اتصل بنا الآن! يسعدنا مناقشة متطلبات الاستخلاص لديك معك!
اتصل بنا! / اسألنا!
المؤلفات / المراجع
- Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
- Espinoza-Silva, Clara, Pascual, Erika, Delgadillo, Yacnehs, Flores, Omar R., Artica, Luis M., Marmolejo, Doris and Baños-Medina, Lilian (2023): Optimization of extraction using surface response methodology and quantification of cannabinoids in female inflorescences of marijuana (Cannabis sativa L.) at three altitudinal floors of Peru. Open Agriculture, Vol. 8, No. 1, 2023.
- Uzma Altaf, A Rouf, Varsha Kanojia, Qudsiya Ayaz, Imtiyaz Zargar (2018): Ultrasound treatment: A novel processing technique for food preservation. The Pharma Innovation Journal 2018; 7(2): 234-241.
- Renata Vardanega, Diego T. Santos, M. Angela A. Meireles (2014): Intensification of bioactive compounds extraction from medicinal plants using ultrasonic irradiation. Pharmacogn Rev. 2014 Jul-Dec; 8(16): 88–95.
حقائق جديرة بالمعرفة
أصبح الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التقنية الأكثر فعالية وسهولةً في الاستخدام لاستخلاص المركبات النشطة حيويًا من النباتات. ولعل أبرز مثال على الاستخلاص الناجح هو عزل CBD وغيره من القنّبinoيدات من القنّب.
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية مقابل طرق الاستخلاص التقليدية
النقع في الإيثانول طريقة بسيطة، لكنها تستغرق وقتًا طويلًا جدًا، وتكون طاقة المعالجة محدودةً، كما تكون تكاليف المذيبات والطاقة مرتفعةً. وتتعارض بقايا المذيب في المنتج النهائي مع هدف إنتاج مستخلص عالي الجودة.
يتطلب الاستخلاص باستخدام نظام هيدروكربوني مغلق استخدام الوقود الأحفوري، ولذلك قد توجد مواد مسببة للسرطان، مثل البنزين، في المنتج النهائي.
تتميز أنظمة الاستخلاص باستخدام CO2 فوق الحرج بارتفاع تكلفة الاستثمار واستهلاك الطاقة. وتتطلب أجهزة الاستخلاص باستخدام CO2 فوق الحرج طاقمًا مدربًا جيدًا لتشغيلها، لأن أنظمة CO2 عالية الضغط تنطوي على مخاطر أثناء التشغيل. وعند تسرب CO2، قد يتسبب في وفاة العاملين الموجودين اختناقًا.
يُعد الاستخلاص بالماء في الظروف الحرجة بديلًا مراعيًا للبيئة، لكنه بطيء ولا يحرر سوى جزء صغير من المركبات النشطة حيويًا.
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية لتكثيف الاستخلاص يمكن استخدامها مع الماء (من دون مذيب) وكذلك مع مذيبات مثل الإيثانول، ومزيج الإيثانول والماء، والغليسرين، والميثانول، والزيوت النباتية، أو غيرها من المذيبات المختارة. ويعزز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية انتقال الكتلة، بحيث يمكن الحصول على مردود استخلاص يبلغ 95–99% . ويمكن توسيع نطاق المعالجة بالموجات فوق الصوتية بسهولة، وهي تنتج مستخلصات عالية الجودة.
جهاز استخلاص بالموجات فوق الصوتية صغير النطاق، مثل UP400St (400W)، قادر على معالجة دفعة يصل حجمها إلى 10L خلال 5–15min (بحسب معلمات العملية، مثل المادة الخام (طازجة أو مجففة؛ براعم، أوراق، سيقان)، والمذيب، ودرجة الحرارة).
جهاز الاستخلاص القوي بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT بقدرة 2kW يمكن تشغيله كنظام مدمج في خط المعالجة. وفي نمط التدفق المستمر، يعالج جهاز UIP2000hdT بسهولة 200 إلى 800L/hr (بحسب معلمات العملية أيضًا).
تكون تكلفة الاستثمار في معالج بالموجات فوق الصوتية منخفضةً مقارنةً بجهاز استخلاص باستخدام CO2. كما أن تكاليف الطاقة اللازمة للتشغيل ضئيلة للغاية. وأجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية آمنة جدًا في التشغيل، وسهلة التنظيف، ولا تتطلب سوى قدر ضئيل جدًا من الصيانة.
القنّب
حظيت المركبات النشطة حيويًا في نبات القنّب (القنب والماريجوانا على حد سواء) باهتمام كبير في الآونة الأخيرة. وقد أُظهرت فوائد صحية عديدة خصوصًا للقنّبinoيد الكانابيديول (CBD)، تتراوح من خصائص مكافحة السرطان ومقاومة الالتهاب إلى تأثيرات تخفيف الألم ومقاومة الاكتئاب. وبالإضافة إلى الكانابيديول، يحتوي نبات القنّب على العديد من القنّبinoيدات الأخرى، مثل THC (تتراهيدروكانابينول)، والكانابينول (CBN)، والكانابيغيرول (CBG)، والكانابيكرومين (CBC)، والكانابينوديول (CBND). وقد أظهرت القنّبinoيدات إمكانات علاجية هائلة، وهي محور العديد من الدراسات البحثية.
يبدو أن التفاعل بين القنّبinoيدات المختلفة والمركبات النشطة حيويًا الأخرى، مثل التربينات ومتعددات الفينول والفلافونويدات والقلويدات، يؤدي إلى فوائد صحية أفضل. ويُسمى التفاعل بين التربينات المختلفة والقنّبinoيدات المختلفة والمركبات النباتية الأخرى «تأثير التآزر المصاحب». وبفضل تأثيرات التآزر المصاحب هذه، تُعرف المستخلصات كاملة الطيف، التي يمكن الحصول عليها بنجاح من خلال الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE)، بتأثيراتها العلاجية الاستثنائية.
تربينات القنّب
التربينويدات مكونات للزيوت العطرية توجد في النباتات. ونبات القنّب غني جدًا بـ التربينات. وفي القنّب، تتكون التربينات في الشعيرات النباتية المعروفة بالتريكومات. والتريكومات هي البلورات اللامعة واللزجة التي تلتصق بالأوراق والبراعم. وتمثل هذه التريكومات آلية الدفاع الطبيعية لنبات القنّب، التي تحميه من الحشرات والحيوانات. وبفضل رائحتها العطرية، تعمل التربينات بوصفها مواد طاردة. وبالنسبة إلينا نحن البشر، فإن أبرز سمات تربينات القنّب هي رائحتها. وتسهم هذه التربينات في الفوائد الصحية المتعددة لنبات القنّب (القنب والماريجوانا).
وبالإضافة إلى نكهتها ورائحتها، تُعد جزيئات التربينات مواد نباتية قوية توفر فوائد طبية متنوعة.
تحتوي كل من الماريجوانا والقنب من جنس Cannabis Sativa على كمية استثنائية من التربينويدات، وعلى أكثر من 100 نوع مختلف من هذه المواد.
لكل تربين خصائص فريدة تتراوح من التهدئة إلى تحسين المزاج. فعلى سبيل المثال، للنيروليدول تأثيرات مهدئة ومخففة للقلق، ويساعد اللينالول على التعامل مع أعراض القلق والتهاب المفاصل، بينما يُعرف الميرسين بتخفيف الألم المزمن. وتقلل التربينات β-Myrcene وƔ-pinene والهوميولين الالتهاب، ولها تأثيرات مسكنة للألم.
توجد تربينات متنوعة تختص بالقنّب، لكن كثيرًا من التربينات الموجودة فيه توجد أيضًا في عدة نباتات أخرى. فعلى سبيل المثال، يوجد الكاريوفيلين في الخضراوات الورقية الخضراء، و حشيشة الدينار ، وكذلك في إكليل الجبل والأوريغانو. والليمونين هو التربين الرئيسي الموجود في الحمضيات، مثل الليمون والبرتقال.
تأثير التآزر المصاحب
يُعرف كل تربين بتأثيرات علاجية محددة. ومع ذلك، يُعرف عن التربينات والمركبات النباتية الأخرى، مثل متعددات الفينول والفلافونويدات، أنها تُظهر تأثيرات تآزرية استثنائية تؤدي إلى تحسين التآزر بين القنّبinoيدات. ويُعرف هذا التفاعل بين المركبات النشطة حيويًا المختلفة باسم «تأثير التآزر المصاحب».
يزيد تأثير التآزر المصاحب من التوافر الحيوي للتربينات، ويساعد الجسم على امتصاص القنّبinoيدات بكفاءة أكبر.
أنواع المركبات النشطة حيويًا
يحدد عدد المركبات النشطة حيويًا وتركيزها وتنوعها الخصائص الطبية للمستخلص النباتي. وتُصنَّع هذه المركبات النشطة حيويًا بوصفها مستقلبات ثانوية لا تسهم في نمو النباتات أو التمثيل الضوئي فيها. ومع ذلك، فهي ضرورية لبقاء النباتات وتفاعلها مع بيئتها. ويمكن تصنيف المركبات النباتية النشطة حيويًا على نحو عام إلى ثلاث فئات: التربينات والتربينويدات، والقلويدات، والمركبات الفينولية. والمركبات الفينولية هي مجموعة المستقلبات الثانوية الأكثر انتشارًا في المملكة النباتية، وهي معروفة ومقدَّرة لتأثيراتها المضادة للأكسدة. ومن الفئات المهمة الأخرى للمركبات الفينولية منخفضة الوزن الجزيئي الفلافونويدات، التي تُظهر أيضًا تأثيرات قوية جدًا مضادة للأكسدة.
تشمل مجموعة المركبات الفينولية الأحماض الفينولية، مثل أحماض البنزويك والهيدروكسي سيناميك، والفلافونويدات مثل الفلافونات والفلافونولات، والليغنانات، والستيلبينات. ويحتوي المستخلص كامل الطيف (مثل المستخلص الذي يُحصل عليه عن طريق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من القنّب) على جميع هذه المركبات النباتية المختلفة، التي تُظهر أوسع نطاق من التأثيرات الصحية.
مبدأ عمل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
يعتمد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على اقتران الموجات الصوتية (الموجات فوق الصوتية) بوسط سائل. وتولد الموجات فوق الصوتية الشديدة دورات ضغط مرتفع / ضغط منخفض. وبسبب فروق الضغط أثناء انتشار الموجات فوق الصوتية عبر السائل، تتكون فقاعات التجويف. ويؤدي الانهيار الداخلي لهذه الفقاعات إلى ظروف ذات كثافة طاقة عالية.
يعتمد استخلاص المركبات الفعالة والزيوت العطرية بالموجات فوق الصوتية على مبدأ عمل التجويف الصوتي. ويوضح الشكل أعلاه تأثير انهيار فقاعة التجويف وما ينتج عنه من تحرير الزيت العطري من المادة النباتية
المصدر: Altaf et al. 2018
يمكن أن تكون الظروف بالقرب من فقاعات التجويف المنهارة داخليًا شديدةً للغاية – إذ تنتج درجات حرارة تصل إلى 4500°C وضغوطًا تصل إلى 100 MPa. ويؤدي الانهيار الداخلي وفروق الضغط الناتجة عنه إلى قوى قص شديدة جدًا واضطرابات في البؤرة الساخنة للتجويف. ويعزز اجتماع عوامل فروق الضغط وفروق الحرارة والقص انتقال الكتلة، ومن ثم عمليات الاستخلاص. وبفعل قوى التجويف الشديدة الناتجة عن الموجات فوق الصوتية، تتفكك الخلايا (مثل الخلايا النباتية أو البكتيرية أو خلايا الأنسجة)، وتتحرر المواد داخل الخلوية (مثل الزيوت والليبيدات والبروتينات والمركبات الفعالة) إلى المذيب المحيط.
لذلك، يُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الطريقة المفضلة لتكثيف عمليات الاستخلاص.
يعتمد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية الناتجة عنه
أجهزة استخلاص بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة، من النطاق المختبري إلى النطاق التجريبي والصناعي.