Ultrazvučna ekstrakcija iz konoplje kao sirovine
- Kod biljke cannabis sativa mogu se razlikovati dvije vrste: marihuana i konoplja.
- Ultrazvuk je poznat kao vrhunska metoda za izolaciju kanabinoida i iz marihuane i iz konoplje.
Ultrazvučna ekstrakcija kanabinoida
Tehnologija ultrazvučne ekstrakcije vrlo je efikasna za oslobađanje aktivnih spojeva (npr. kanabinoida (CBD, THC, CBG), eterična ulja, terpeni itd.) iz biljnog materijala kao što su cvjetovi, listovi i stabljike.
Ultrazvučna ekstrakcija nadmašuje konvencionalne tehnike ekstrakcije zahvaljujući raznim prednostima:
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) poznata je kao tehnika intenziviranja procesa, koja poboljšava prijenos mase i omogućava veće prinose bioaktivnih spojeva kao što su kanabinoidi, terpeni itd.
Ultrazvučna obrada daje ekstrakte visokog kvaliteta jer ultrazvučna ekstrakcija ne zahtijeva upotrebu agresivnih, toksičnih otapala za oslobađanje kanabinoida. Ultrazvučna ekstrakcija može se provoditi, na primjer, s vodom, mješavinom vode i alkohola, alkoholom ili uljem (maslinovim, kokosovim) kao otapalima. Zbog toga je ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) znatno ekološki prihvatljivija.
Saznajte više o pravilnom izboru otapala za ultrazvučnu ekstrakciju!
Blagi uslovi ekstrakcije pri ultrazvučnoj obradi daju ekstrakt koji ima ista, ali pojačana svojstva sirovine (npr. konoplje, marihuane) – s boljim zdravstvenim učincima, ukusom i mirisom.
Hielscher ultrazvučni ekstraktori mogu se precizno kontrolirati. Potpunom kontrolom nad procesnim parametrima kao što su intenzitet i temperatura može se postići izuzetno visok kvalitet ekstrakta. Budući da je sonikacija netermička metoda obrade, izbjegava se termička razgradnja termolabilnih komponenti. Temperature ekstrakcije između 0-60°C optimalne su za vrhunske ekstrakte.
Još jedna prednost ultrazvučne ekstrakcije je brz proces: cijeli proces ekstrakcije traje samo nekoliko minuta da se kanabinoidi oslobode iz biljnih ćelija, dok druge tehnike ekstrakcije zahtijevaju sate ili čak dane obrade.
I investicijski i operativni troškovi minimalni su u poređenju s alternativnim ekstraktorima, npr. superkritičnim CO2 ekstraktorima. Sistemi za ultrazvučnu ekstrakciju osiguravaju vrlo brz povrat investicije (RoI).
UP400St za ekstrakciju kanabinoida iz konoplje
- Ekstrakti visokog kvaliteta
- Potpunija ekstrakcija
- Visoka stopa ekstrakcije
- Ekstrakt punog spektra
- Upotreba raznih otapala
- Netoksično
- Netermička (hladna) metoda
- Brz proces ekstrakcije
- Sigurno i jednostavno za upotrebu
- Linearna skalabilnost
Konoplja naspram marihuane
Cannabis je porodica biljaka koja se može podijeliti na C. Indica i C. Sativa. Konoplja i marihuana su vrste Cannabis Sativa.
Pri poređenju konoplje i marihuane postoji velika razlika; dok konoplja sadrži vrlo nisku koncentraciju THC-a (0,3% ili manje), marihuana je bogata THC-om s koncentracijama između 15% do 40%.
Stoga se do nedavno konoplja uzgajala prvenstveno u industrijske svrhe. Danas se konoplja cijeni i zbog prinosa CBD-a. CBD je nepsihoaktivni kanabinoid koji ima protuupalna i anksiolitička svojstva. Marihuana se uglavnom uzgaja zbog sadržaja THC-a, koji se koristi u rekreativne i medicinske svrhe.
Ulje konoplje i CBD, glavni kanabinoid koji se nalazi u konoplji, obećavajuće su supstance koje se primjenjuju radi ublažavanja zdravstvenih stanja kao što su anksioznost, kronična upala, autoimune bolesti, bol, glavobolje i migrena, gastrointestinalni poremećaji, između ostalog.
Pogledajte jednostavan protokol ultrazvučne ekstrakcije kanabisa u šaržama srednje veličine od 120L!
UP400St sonikator sondnog tipa je popularan ultrazvučni ekstraktor koji se koristi za izolaciju CBD-a, THC-a, CBG-a, CBN-a, drugih kanabinoida, kao i terpena iz konoplje i marihuane.
Visokoučinski ultrazvučni ekstraktori
Hielscher Ultrasonics nudi male, srednje veličine i industrijske ultrazvučne procesore, koji mogu raditi 24/7. U zavisnosti od vaše sirovine i volumena procesa, u mogućnosti smo vam ponuditi sistem za ultrazvučnu ekstrakciju koji odgovara vašim potrebama. Možete birati između šaržne i kontinuirane ekstrakcije. Naknadno povećanje na veće procesne kapacitete može se lako provesti jer se ultrazvučni procesi mogu linearno skalirati.
Hielscher pilotni i industrijski sistemi mogu isporučiti vrlo visoke amplitude – omogućavajući rad s amplitudama do 200µm pouzdano i kontinuirano u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscher sonikatora omogućava rad u teškim uslovima i zahtjevnim okruženjima.
Kao dugogodišnji iskusni proizvođač ultrazvučnih ekstraktora velike snage, Hielscher je vaš pouzdan partner za sofisticiranu ekstrakciju. Mi savjetujemo i pomažemo našim kupcima svojim znanjem te ih vodimo od testiranja izvodljivosti do industrijske instalacije.
Kontaktirajte nas odmah! Rado ćemo s vama razgovarati o vašim zahtjevima za ekstrakciju!
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Instalacija Hielscher UIP4000hdT, ultrazvučnog ekstraktora od 4kW, za industrijsku ekstrakciju.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice vrijedne znanja
Ultrazvučna ekstrakcija postala je najefikasnija i najjednostavnija tehnika kada je riječ o ekstrakciji bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala. Najistaknutiji primjer uspješne ekstrakcije mogla bi biti izolacija CBD-a i drugih kanabinoida iz kanabisa.
Ultrazvučne i konvencionalne metode ekstrakcije
Potapanje u etanol jednostavna je metoda, ali je vrlo dugotrajna, procesni kapacitet je ograničen, a troškovi otapala i energije visoki. Zaostalo otapalo u konačnom proizvodu ometa cilj proizvodnje ekstrakta visokog kvaliteta.
Ekstrakcija zatvorenim ugljikovodičnim sistemom zahtijeva upotrebu fosilnih goriva, zbog čega se u konačnom proizvodu mogu naći tvari koje izazivaju rak, poput benzena.
Sistemi za superkritičnu CO2 ekstrakciju imaju visoke investicijske troškove kao i veliku potrošnju energije. Superkritični CO2 ekstraktori zahtijevaju dobro obučeno osoblje za rad jer je rad sa CO2 sistemima pod visokim pritiskom opasan. Kada CO2 curi, može uzrokovati smrt prisutnih radnika gušenjem.
Ekstrakcija vodom u kritičnim uslovima ekološki je prihvatljiva alternativa, koja je spora i oslobađa samo mali dio bioaktivnih spojeva.
Ultrazvučna ekstrakcija
Ultrazvučna ekstrakcija je tehnika intenziviranja ekstrakcije koja se može koristiti u kombinaciji s vodom (bez otapala) kao i s otapalima kao što su etanol, etanol-voda, glicerin, metanol, biljna ulja ili druga otapala po izboru. Ultrazvučna ekstrakcija potiče prijenos mase tako da se prinosi ekstrakta od 95-99% mogu postići. Sonikacija se lako može povećati u mjerilu i daje ekstrakte visokog kvaliteta.
Ultrazvučni ekstraktor malog kapaciteta kao što je UP400St (400W) može obraditi šaržu do 10L u roku od 5-15min (zavisno o procesnim parametrima kao što su sirovina (svježa ili osušena; cvjetovi, listovi, stabljike), otapalo, temperatura).
Snažni ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT od 2kW može raditi kao inline sistem. U protočnom režimu, UIP2000hdT lako obrađuje 200 do 800 L/h (također zavisno o procesnim parametrima).
Investicijski trošak ultrazvučnog procesora nizak je u poređenju s CO2 ekstraktorom. Također su zanemarivi troškovi energije za rad. Ultrazvučni ekstraktori vrlo su sigurni za rad, laki za čišćenje i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
Kanabis
Bioaktivni spojevi biljke kanabis (i konoplje i marihuane) privukli su veliku pažnju u bliskoj prošlosti. Posebno su za kanabinoid kanabidiol (CBD) pokazane brojne zdravstvene koristi, koje se kreću od svojstava borbe protiv raka i protuupalnih svojstava do ublažavanja bola i antidepresivnih učinaka. Pored kanabidiola, biljka kanabis sadrži mnoštvo drugih kanabinoida kao što su THC (tetrahidrokanabinol), kanabinol (CBN), kanabigerol (CBG), kanabihromen (CBC) i kanabinodiol (CBND). Kanabinoidi su pokazali ogroman terapijski potencijal i u fokusu su mnogih istraživanja.
Čini se da interakcija različitih kanabinoida i drugih bioaktivnih spojeva kao što su terpeni, polifenoli, flavonoidi i alkaloidi rezultira još boljim zdravstvenim koristima. Međudjelovanje različitih terpena, različitih kanabinoida i drugih biljnih spojeva naziva se “entourage efekt”. Zbog ovog entourage efekta, ekstrakti punog spektra, koji se mogu uspješno dobiti ekstrakcijom potpomognutom ultrazvukom (UAE), poznati su po izuzetnim terapijskim učincima.
Terpeni kanabisa
Terpenoidi su komponente eteričnih ulja koje se nalaze u biljnom materijalu. Biljka kanabis vrlo je bogata terpenima. U kanabisu se terpeni stvaraju u trihomima biljke. Trihomi su sjajni, ljepljivi kristali koji prianjaju na listove i cvjetove. Ovi trihomi su prirodni odbrambeni mehanizam biljke kanabis, koji štiti biljku od insekata i životinja. Zbog mirisnog zadaha terpeni djeluju kao repelent. Nama ljudima najuočljivija karakteristika terpena kanabisa je njihov miris. Ovi terpeni doprinose brojnim zdravstvenim koristima biljke kanabis (konoplje i marihuane).
Pored arome i mirisa, molekule terpena su moćne biljne supstance koje nude razne medicinske koristi.
I marihuana i konoplja roda Cannabis Sativa sadrže izuzetno veliku količinu terpenoida i sadrže više od 100 različitih vrsta ovih supstanci.
Svaki terpen ima jedinstvena svojstva koja se kreću od sedativnih do podsticajnih. Na primjer, nerolidol ima sedativne i anksiolitičke učinke, linalool pomaže u ublažavanju simptoma anksioznosti i artritisa, dok je za mircen poznato da ublažava hronični bol. Terpeni β-mircen, Ɣ-pinen i humulen smanjuju upalu i imaju analgetske učinke.
Razni terpeni jedinstveni su za kanabis, ali mnogi terpeni koji se nalaze u kanabisu prisutni su i u nekoliko drugih biljaka. Kariofilen se nalazi npr. u zelenom lisnatom povrću, hmelju kao i u ruzmarinu i origanu. Limonen je glavni terpen koji se nalazi u citrusnom voću kao što su limuni i naranče.
Entourage efekt
Za svaki terpen poznati su specifični terapijski učinci. Međutim, poznato je da terpeni i drugi biljni spojevi kao što su polifenoli i flavonoidi pokazuju izuzetne sinergijske učinke, koji rezultiraju boljom simbiozom među kanabinoidima. Ova interakcija različitih bioaktivnih spojeva poznata je kao “entourage efekt“.
Entourage efekt čini terpene bioraspoloživijim i pomaže tijelu da efikasnije apsorbira kanabinoide.
Vrste bioaktivnih spojeva
Broj, koncentracija i raznolikost bioaktivnih spojeva odgovorni su za ljekovita svojstva biljnog ekstrakta. Ovi bioaktivni spojevi sintetiziraju se kao sekundarni metaboliti, koji ne doprinose rastu niti fotosintezi biljaka. Međutim, ključni su za opstanak biljaka i njihovu interakciju s okolinom. Biljni bioaktivni spojevi mogu se široko klasificirati u tri klase: terpene i terpenoide, alkaloide i fenolne spojeve. Fenolni spojevi su najraširenija grupa sekundarnih metabolita u biljnom carstvu i dobro su poznati i cijenjeni zbog svojih antioksidativnih učinaka. Još jedna važna klasa fenolnih spojeva niske molekulske mase su flavonoidi, koji također pokazuju vrlo jake antioksidativne učinke.
Spektar fenolnih spojeva uključuje fenolne kiseline kao što su benzojeva i hidroksicinamične kiseline, flavonoide kao što su flavoni i flavonoli, lignane i stilbene. Ekstrakt punog spektra (npr. dobiven ultrazvučnom ekstrakcijom iz kanabisa) uključuje sve ove različite biljne spojeve, koji pokazuju najširi raspon zdravstvenih učinaka.
Princip rada ultrazvučne ekstrakcije
Ultrazvučna ekstrakcija zasniva se na akustičnim talasima (ultrazvuku) koji se unose u tečni medij. Intenzivni ultrazvučni talasi stvaraju cikluse visokog i niskog pritiska. Zbog razlika u pritisku tokom širenja ultrazvučnih talasa kroz tečnost nastaju kavitacijski mjehurići. Implozija ovih kavitacijskih mjehurića rezultira uslovima visoke gustoće energije.
Ultrazvučna ekstrakcija aktivnih spojeva i eteričnih ulja zasniva se na principu rada akustične kavitacije. Gornja slika prikazuje učinak kolapsa kavitacijskog mjehurića i posljedično oslobađanje eteričnog ulja iz biljnog materijala
izvor: Altaf et al. 2018
Uslovi u neposrednoj blizini implodirajućih kavitacijskih mjehurića mogu biti ekstremni – pri čemu nastaju temperature do 4500°C i pritisci do 100 MPa. Implozija i posljedične razlike u pritisku rezultiraju vrlo visokim smičnim silama i turbulencijama u kavitacijskoj vrućoj tački. Kombinacija ovih faktora, razlika u pritisku, razlika u toplini i smicanja, potiče prijenos mase i time procese ekstrakcije. Intenzivnim ultrazvučnim kavitacijskim silama ćelije (npr. biljaka, bakterija ili tkiva) se razgrađuju, a unutarćelijski materijal (kao što su ulja, lipidi, proteini i aktivni spojevi) oslobađa se u okolno otapalo.
Ultrazvučna ekstrakcija stoga je poželjna metoda za intenziviranje procesa ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija zasniva se na akustičnoj kavitaciji i njenim hidrodinamičkim smičnim silama
Ultrazvučni ekstraktori velike snage od laboratorijskog do pilotnog i industrijskog mjerila.