Ултразвукова екстракция с използване на коноп като суровина
- При растението Cannabis sativa могат да се разграничат два вида: марихуана и коноп.
- Ултразвукът е добре познат като превъзходен метод за изолиране на канабиноиди както от марихуана, така и от коноп.
Ултразвукова екстракция на канабиноиди
Технологията за ултразвукова екстракция е високоефективна за освобождаване на активните съединения (т.е. канабиноиди (CBD, THC, CBG), етерични масла, терпени и др.) от растителния материал, като съцветия, листа и стъбла.
Ултразвуковата екстракция превъзхожда конвенционалните техники за екстракция благодарение на различни предимства:
Екстракцията с помощта на ултразвук (UAE) е добре позната като техника за интензифициране на процесите, която подобрява масопреноса и осигурява по-високи добиви на биоактивни съединения, като канабиноиди, терпени и др.
Ултразвуковата обработка произвежда висококачествени екстракти, тъй като ултразвуковата екстракция не изисква използването на агресивни, токсични разтворители за освобождаване на канабиноидите. Ултразвуковата екстракция може да се извършва например с вода, водно-алкохолна смес, алкохол или масло (маслиново, кокосово) като разтворители. Това прави екстракцията с помощта на ултразвук (UAE) значително по-щадяща околната среда.
Прочетете повече за правилния избор на разтворители за ултразвукова екстракция!
Меките условия на екстракция при ултразвуковата обработка водят до получаването на екстракт, който притежава същите, но засилени свойства на суровината (напр. коноп, марихуана) – осигурявайки превъзходни ефекти върху здравето, вкус и аромат.
Ултразвуковите екстрактори на Hielscher могат да се управляват прецизно. Чрез пълен контрол върху параметрите на процеса, като интензитет и температура, може да се постигне изключително високо качество на екстракта. Тъй като ултразвуковата обработка е нетермичен метод, се избягва термичното разграждане на чувствителните към топлина компоненти. Температурите на екстракция между 0–60°C са оптимални за получаване на превъзходни екстракти.
Друго предимство на ултразвуковата екстракция е бързината на процеса: целият процес на екстракция отнема само минути за освобождаване на канабиноидите от растителните клетки, докато други техники за екстракция изискват часове или дори дни обработка.
Както инвестиционните, така и експлоатационните разходи са минимални в сравнение с алтернативните екстрактори, напр. екстрактори със свръхкритичен CO2. Системите за ултразвукова екстракция осигуряват много бърза възвръщаемост на инвестицията.
UP400St за екстракция на канабиноиди от коноп
- Висококачествени екстракти
- По-пълна екстракция
- Висока скорост на екстракция
- Пълноспектърен екстракт
- Използване на различни разтворители
- Нетоксична
- Нетермичен (студен) метод
- Бърз процес на екстракция
- Безопасна и лесна за използване
- Линейна мащабируемост
Коноп в сравнение с марихуана
Канабисът е семейство растения, които могат да бъдат класифицирани като C. Indica и C. Sativa. Конопът и марихуаната са видове на Cannabis Sativa.
При сравняване на конопа и марихуаната се наблюдава огромна разлика: докато конопът съдържа много ниска концентрация на THC (0,3% или по-малко), марихуаната е богата на THC с концентрации между 15% и 40%.
Затова доскоро конопът се е отглеждал предимно за промишлени цели. Днес конопът се цени и заради добива на CBD. CBD е непсихоактивен канабиноид с противовъзпалителни и анксиолитични свойства. Марихуаната се отглежда основно заради съдържанието си на THC, който се използва за развлекателни и медицински цели.
Конопеното масло и CBD, основният канабиноид в конопа, са обещаващи вещества, които се прилагат за подпомагане при здравословни състояния като тревожност, хронично възпаление, автоимунни заболявания, болка, главоболие и мигрена, стомашно-чревни нарушения и други.
Ултразвуковият апарат със сонда UP400St е популярен ултразвуков екстрактор, използван за изолиране на CBD, THC, CBG, CBN, други канабиноиди, както и терпени от коноп и марихуана.
Високопроизводителни ултразвукови екстрактори
Hielscher Ultrasonics предлага малки, средни по размер и промишлени ултразвукови процесори, които могат да работят 24/7. В зависимост от вашата суровина и обема на обработка можем да ви предложим система за ултразвукова екстракция, която отговаря на нуждите ви. Можете да избирате между партидна и непрекъсната екстракция. Последващото увеличаване на мащаба до по-голям капацитет на обработка може лесно да се осъществи, тъй като ултразвуковите процеси могат да се мащабират линейно.
Пилотните и промишлените системи на Hielscher могат да осигуряват много високи амплитуди – позволявайки надеждна и непрекъсната работа с амплитуди до 200µm в режим 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка. Здравината на ултразвуковите апарати на Hielscher позволява работа при тежки натоварвания и във взискателни среди.
Като производител с дългогодишен опит във високомощните ултразвукови екстрактори, Hielscher е вашият надежден партньор за сложни задачи по екстракция. Ние консултираме и подпомагаме клиентите си с нашите знания и ги насочваме от изпитванията за осъществимост до промишлената инсталация.
Свържете се с нас сега! С удоволствие ще обсъдим с вас изискванията ви за екстракция!
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Инсталация на Hielscher UIP4000hdT, ултразвуков екстрактор с мощност 4kW, за промишлена екстракция.
Литература / Източници
- 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.
Полезни факти
Ултразвуковата екстракция се е утвърдила като най-ефективната и най-лесната за използване техника за екстракция на биоактивни съединения от растения. Най-яркият пример за успешна екстракция може би е изолирането на CBD и други канабиноиди от канабис.
Ултразвукови в сравнение с конвенционални методи за екстракция
Накисването в етанол е прост метод, но отнема много време, капацитетът на процеса е ограничен, а разходите за разтворители и енергия са високи. Остатъчният разтворител в крайния продукт възпрепятства постигането на целта за производство на висококачествен екстракт.
Екстракцията със затворена въглеводородна система изисква използването на изкопаеми горива, поради което в крайния продукт могат да се открият канцерогенни вещества като бензен.
Системите за екстракция със свръхкритичен CO2 се характеризират с високи инвестиционни разходи и високо потребление на енергия. Екстракторите със свръхкритичен CO2 изискват добре обучен персонал за работа, тъй като системите с CO2 под високо налягане са опасни за експлоатация. При изтичане CO2 може да причини смърт от задушаване на присъстващите работници.
Екстракцията с вода при критични условия е щадяща околната среда алтернатива, която е бавна и освобождава само малка част от биоактивните съединения.
Ултразвукова екстракция
Ултразвуковата екстракция е техника за интензифициране на екстракцията, която може да се използва в комбинация с вода (без разтворители), както и с разтворители като етанол, етанол-вода, глицерин, метанол, растителни масла или други разтворители по избор. Ултразвуковата екстракция подпомага масопреноса, така че добиви на екстракт от 95–99% могат да бъдат получени. Ултразвуковата обработка може лесно да се мащабира и произвежда висококачествени екстракти.
Ултразвуков екстрактор за малък мащаб, като UP400St (400W), може да обработи партида до 10L за 5–15min (в зависимост от параметрите на процеса, като суровина (прясна или изсушена; съцветия, листа, стъбла), разтворител, температура).
Мощният ултразвуков екстрактор UIP2000hdT с мощност 2kW може да работи като система, вградена в технологичната линия. В проточен режим UIP2000hdT лесно обработва от 200 до 800L/hr (също в зависимост от параметрите на процеса).
Инвестиционните разходи за ултразвуков процесор са ниски в сравнение с тези за екстрактор с CO2. Енергийните разходи за работа също са пренебрежимо малки. Ултразвуковите екстрактори са много безопасни за работа, лесни за почистване и изискват съвсем малко поддръжка.
Канабис
Биоактивните съединения на растението канабис (както коноп, така и марихуана) привлякоха много внимание в близкото минало. Особено за канабиноида канабидиол (CBD) са доказани много ползи за здравето, които обхващат противоракови и противовъзпалителни свойства, както и обезболяващи и антидепресивни ефекти. Освен канабидиол, растението канабис съдържа множество други канабиноиди, като THC (тетрахидроканабинол), канабинол (CBN), канабигерол (CBG), канабихромен (CBC) и канабинодиол (CBND). Канабиноидите са показали огромен терапевтичен потенциал и са във фокуса на много научни изследвания.
Взаимодействието на различните канабиноиди и други биоактивни съединения, като терпени, полифеноли, флавоноиди и алкалоиди, изглежда води до още по-големи ползи за здравето. Взаимодействието между различни терпени, различни канабиноиди и други растителни съединения се нарича „ефект на антуража“. Благодарение на тези ефекти на антуража пълноспектърните екстракти, които могат успешно да бъдат получени чрез екстракция с помощта на ултразвук (UAE), са известни с изключителни терапевтични ефекти.
Терпени в канабиса
Терпеноидите са компоненти на етеричните масла, които се срещат в растенията. Растението канабис е много богато на терпени. В канабиса терпените се образуват в трихомите на растението. Трихомите са блестящите, лепкави кристали, които прилепват към листата и съцветията. Тези трихоми са естественият защитен механизъм на растението канабис, който го предпазва от насекоми и животни. Благодарение на ароматната си миризма терпените действат като репелент. За нас, хората, най-забележимата характеристика на терпените в канабиса е тяхната миризма. Тези терпени допринасят за многобройните ползи за здравето от растението канабис (коноп и марихуана).
Освен аромата и миризмата си, терпеновите молекули са мощни растителни вещества, които осигуряват различни медицински ползи.
Както марихуаната, така и конопът от рода Cannabis Sativa съдържат изключително голямо количество терпеноиди и повече от 100 различни вида от тези вещества.
Всеки терпен има уникални свойства, които варират от успокояващи до повишаващи настроението. Например неролидолът има седативни ефекти и ефекти срещу тревожността, линалоолът помага за овладяване на симптомите на тревожност и артрит, а мирценът е известен с това, че облекчава хроничната болка. Терпените β-мирцен, Ɣ-pinene и хумулен намаляват възпалението и имат аналгетични ефекти.
Различни терпени са уникални за канабиса, но много от терпените, открити в канабиса, присъстват и в редица други растения. Кариофиленът се среща например в зеленолистните зеленчуци, хмела, както и в розмарина и ригана. Лимоненът е основният терпен в цитрусовите плодове, като лимони и портокали.
Ефектът на антуража
Всеки терпен е известен със специфични терапевтични ефекти. Известно е обаче, че терпените и други растителни съединения, като полифеноли и флавоноиди, проявяват изключителни синергични ефекти, които водят до подобрена симбиоза между канабиноидите. Това взаимодействие на различни биоактивни съединения е известно като „ефект на антуража„.
Ефектът на антуража повишава бионаличността на терпените и помага на организма да усвоява канабиноидите по-ефективно.
Видове биоактивни съединения
Броят, концентрацията и разнообразието на биоактивните съединения определят лечебните свойства на растителния екстракт. Тези биоактивни съединения се синтезират като вторични метаболити, които не допринасят за растежа или фотосинтезата при растенията. Те обаче са от решаващо значение за оцеляването на растенията и взаимодействието им с околната среда. Растителните биоактивни съединения могат най-общо да се класифицират в три класа: терпени и терпеноиди, алкалоиди и фенолни съединения. Фенолните съединения са най-широко разпространената група вторични метаболити в растителното царство и са добре познати и ценени заради антиоксидантните си ефекти. Друг важен клас нискомолекулни фенолни съединения са флавоноидите, които също проявяват много силни антиоксидантни ефекти.
Групата на фенолните съединения включва фенолни киселини, като бензоена и хидроксиканелени киселини, флавоноиди, като флавони и флавоноли, лигнани и стилбени. Пълноспектърният екстракт (напр. получен чрез ултразвукова екстракция от канабис) включва всички тези различни растителни съединения, които проявяват най-широк спектър от ефекти върху здравето.
Принцип на действие на ултразвуковата екстракция
Ултразвуковата екстракция се основава на акустични вълни (ултразвук), предавани в течна среда. Интензивните ултразвукови вълни генерират цикли на високо налягане / ниско налягане. Поради разликите в налягането при разпространението на ултразвуковите вълни през течността се образуват кавитационни мехурчета. Имплозията на тези кавитационни мехурчета създава условия с висока енергийна плътност.
Ултразвуковата екстракция на активни съединения и етерични масла се основава на принципа на действие на акустичната кавитация. Фигурата по-горе показва ефекта от колапса на кавитационно мехурче и произтичащото от него освобождаване на етерично масло от растителния материал
източник: Altaf et al. 2018
Условията в близост до имплодиращи кавитационни мехурчета могат да бъдат екстремни – с температури до 4500°C и налягания до 100 MPa. Имплозията и произтичащите разлики в налягането водят до много големи сили на срязване и турбулентност в кавитационната гореща точка. Комбинацията от тези фактори – разлики в налягането, температурни разлики и срязване – подпомага масопреноса и по този начин процесите на екстракция. Под действието на интензивните сили на ултразвуковата кавитация клетките (напр. на растения, бактерии или тъкани) се разрушават и вътреклетъчният материал (като масла, липиди, протеини и активни съединения) се освобождава в околния разтворител.
Затова ултразвуковата екстракция е предпочитаният метод за интензифициране на процесите на екстракция.
Ултразвуковата екстракция се основава на акустичната кавитация и нейните хидродинамични сили на срязване
Високомощни ултразвукови екстрактори от лабораторен до пилотен и промишлен мащаб.