Ultrazvuková extrakce s využitím technického konopí jako suroviny
- U rostliny cannabis sativa lze rozlišit dva druhy: marihuanu a technické konopí.
- Ultrazvuk je dobře známý jako vynikající metoda izolace kanabinoidů z marihuany i technického konopí.
Ultrazvuková extrakce kanabinoidů
Technologie ultrazvukové extrakce je vysoce účinná při uvolňování účinných látek (tj. kanabinoidů (CBD, THC, CBG), esenciálních olejů, terpenů atd.) z rostlinného materiálu, jako jsou květy, listy a stonky.
Ultrazvuková extrakce překonává konvenční extrakční techniky díky řadě výhod:
Ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) je dobře známá jako technika intenzifikace procesu, která zlepšuje přenos hmoty a uvolňuje vyšší výtěžky bioaktivních látek, jako jsou kanabinoidy, terpeny atd.
Sonikace produkuje vysoce kvalitní extrakty, protože ultrazvuková extrakce nevyžaduje k uvolnění kanabinoidů použití agresivních, toxických rozpouštědel. Ultrazvukovou extrakci lze provádět například s vodou, směsí vody a alkoholu, alkoholem nebo olejem (olivovým, kokosovým) jako rozpouštědly. Díky tomu je ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) výrazně šetrnější k životnímu prostředí.
Přečtěte si více o správné volbě rozpouštědel pro ultrazvukovou extrakci!
Šetrné extrakční podmínky sonikace vedou k extraktu, který nabízí stejné, ale zesílené vlastnosti suroviny (např. technického konopí, marihuany) – a tím vynikající zdravotní účinky, chuť a vůni.
Ultrazvukové extraktory Hielscher lze přesně řídit. Díky plné kontrole nad procesními parametry, jako je intenzita a teplota, lze dosáhnout výjimečně vysoké kvality extraktu. Protože sonikace je netepelná metoda zpracování, nedochází k tepelné degradaci složek citlivých na teplo. Pro vynikající extrakty jsou optimální extrakční teploty v rozmezí 0–60°C.
Další výhodou ultrazvukové extrakce je rychlost procesu: celý extrakční proces trvá k uvolnění kanabinoidů z rostlinných buněk jen několik minut, zatímco jiné extrakční techniky vyžadují hodiny nebo dokonce dny doby zpracování.
Investiční i provozní náklady jsou minimální ve srovnání s alternativními extraktory, např. superkritickými CO2 extraktory. Ultrazvukové extrakční systémy zajišťují velmi rychlou návratnost investic (RoI).
UP400St pro extrakci kanabinoidů z technického konopí
- Vysoce kvalitní extrakty
- Úplnější extrakce
- Vysoká rychlost extrakce
- Plnospektrální extrakt
- Použití různých rozpouštědel
- Netoxická metoda
- Netepelná (studená) metoda
- Rychlý extrakční proces
- Bezpečná a snadno použitelná
- Lineární škálovatelnost
Technické konopí vs. marihuana
Konopí je čeleď rostlin, kterou lze rozdělit na C. Indica a C. Sativa. Technické konopí a marihuana jsou druhy Cannabis Sativa.
Při srovnání technického konopí a marihuany je patrný obrovský rozdíl: zatímco technické konopí obsahuje velmi nízkou koncentraci THC (0,3% nebo méně), marihuana je bohatá na THC s koncentracemi v rozmezí 15% až 40%.
Proto se technické konopí až donedávna pěstovalo především pro průmyslové účely. V současnosti je technické konopí ceněno také pro výtěžek CBD. CBD je nepsychoaktivní kanabinoid s protizánětlivými a anxiolytickými vlastnostmi. Marihuana se pěstuje hlavně kvůli obsahu THC, který se využívá k rekreačním a léčebným účelům.
Konopný olej a CBD, hlavní kanabinoid obsažený v technickém konopí, jsou slibné látky, které se podávají za účelem pomoci při zdravotních potížích, jako jsou mimo jiné úzkost, chronický zánět, autoimunitní onemocnění, bolest, bolesti hlavy a migréna nebo gastrointestinální poruchy.
Sonikátor sondového typu UP400St je oblíbený ultrazvukový extraktor používaný k izolaci CBD, THC, CBG, CBN, dalších kanabinoidů a také terpenů z technického konopí a marihuany.
Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory
Hielscher Ultrasonics nabízí malé, středně velké a průmyslové ultrazvukové procesory, které mohou pracovat v provozu 24/7. V závislosti na vaší surovině a objemu procesu vám dokážeme nabídnout ultrazvukový extrakční systém, který odpovídá vašim potřebám. Můžete si vybrat mezi vsádkovou a kontinuální extrakcí. Pozdější převedení na větší procesní kapacity lze snadno provést, protože ultrazvukové procesy lze lineárně škálovat.
Pilotní a průmyslové systémy Hielscher mohou dodávat velmi vysoké amplitudy – umožňují spolehlivě provozovat amplitudy až 200µm a nepřetržitě pracovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Robustnost sonikátorů Hielscher umožňuje provoz při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Jako dlouholetý zkušený výrobce vysoce výkonných ultrazvukových extraktorů je Hielscher vaším spolehlivým partnerem pro náročnou extrakci. Našim zákazníkům poskytujeme poradenství a pomáháme jim svými znalostmi a provázíme je od testování proveditelnosti až po průmyslovou instalaci.
Kontaktujte nás nyní! Rádi s vámi probereme vaše požadavky na extrakci!
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Instalace Hielscher UIP4000hdT, ultrazvukového extraktoru o výkonu 4kW, pro průmyslovou extrakci.
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.
Fakta, která stojí za to vědět
Ultrazvuková extrakce se stala nejúčinnější a uživatelsky přívětivou technikou, pokud jde o extrakci bioaktivních látek z rostlin. Nejvýraznějším příkladem úspěšné extrakce může být izolace CBD a dalších kanabinoidů z konopí.
Ultrazvukové vs. konvenční extrakční metody
Máčení v ethanolu je jednoduchá metoda, ale je velmi časově náročná, procesní kapacita je omezená a náklady na rozpouštědla a energii jsou vysoké. Zbytková rozpouštědla v konečném produktu jsou v rozporu s cílem vyrobit vysoce kvalitní extrakt.
Extrakce pomocí uzavřeného uhlovodíkového systému vyžaduje použití fosilních paliv, takže v konečném produktu lze nalézt karcinogenní látky, jako je benzen.
Superkritické CO2 extrakční systémy mají vysoké investiční náklady i spotřebu energie. Superkritické CO2 extraktory vyžadují k obsluze dobře vyškolený personál, protože provoz vysokotlakých CO2 systémů je nebezpečný. Při úniku CO2 může dojít k úmrtí přítomných pracovníků udušením.
Extrakce vodou v kritických podmínkách je ekologická alternativa, která je pomalá a uvolňuje pouze malou část bioaktivních látek.
Ultrazvuková extrakce
Ultrazvuková extrakce je intenzifikační extrakční technika, kterou lze použít v kombinaci s vodou (bez rozpouštědel) i s rozpouštědly, jako je ethanol, ethanol-voda, glycerin, methanol, rostlinné oleje nebo jiná zvolená rozpouštědla. Ultrazvuková extrakce podporuje přenos hmoty, takže výtěžků extraktu 95–99 % lze dosáhnout. Sonikace se dá snadno převést do většího měřítka a produkuje vysoce kvalitní extrakty.
Malý ultrazvukový extraktor, jako je UP400St (400W), dokáže zpracovat šarži až 10L během 5–15min (v závislosti na procesních parametrech, jako je surovina (čerstvá nebo sušená; květy, listy, stonky), rozpouštědlo, teplota).
Výkonný 2kW ultrazvukový extraktor UIP2000hdT může pracovat jako inline systém. V průtokovém režimu UIP2000hdT snadno zpracuje 200 až 800L/hr (rovněž v závislosti na procesních parametrech).
Investiční náklady na ultrazvukový procesor jsou ve srovnání s CO2 extraktorem nízké. Také náklady na energii pro provoz jsou zanedbatelné. Ultrazvukové extraktory jsou velmi bezpečné v provozu, snadno se čistí a vyžadují velmi nízkou údržbu.
Konopí
Bioaktivní látky rostliny konopí (jak technického konopí, tak marihuany) si v nedávné minulosti získaly velkou pozornost. Zejména u kanabinoidu kanabidiolu (CBD) byla prokázána řada zdravotních přínosů, které sahají od protirakovinných a protizánětlivých vlastností až po úlevu od bolesti a antidepresivní účinky. Kromě kanabidiolu obsahuje rostlina konopí mnoho dalších kanabinoidů, jako jsou THC (tetrahydrokanabinol), kanabinol (CBN), kanabigerol (CBG), kanabichromen (CBC) a kanabinodiol (CBND). Kanabinoidy prokázaly obrovský terapeutický potenciál a jsou předmětem mnoha výzkumných studií.
Interakce různých kanabinoidů a dalších bioaktivních látek, jako jsou terpeny, polyfenoly, flavonoidy a alkaloidy, zřejmě vede k ještě lepším zdravotním přínosům. Souhra různých terpenů, různých kanabinoidů a dalších rostlinných látek se nazývá „entourage efekt“. Díky tomuto entourage efektu jsou plnospektrální extrakty, které lze úspěšně získat pomocí ultrazvukem asistované extrakce (UAE), známé výjimečnými terapeutickými účinky.
Terpeny konopí
Terpenoidy jsou složky esenciálních olejů, které se vyskytují v rostlinách. Rostlina konopí je velmi bohatá na terpeny. V konopí se terpeny tvoří v trichomech rostliny. Trichomy jsou lesklé, lepkavé krystaly, které ulpívají na listech a květech. Tyto trichomy představují přirozený obranný mechanismus rostliny konopí, který ji chrání před hmyzem a zvířaty. Díky své výrazné vůni působí terpeny jako repelent. Pro nás lidi je nejnápadnější vlastností terpenů konopí jejich vůně. Tyto terpeny přispívají k mnohostranným zdravotním přínosům rostliny konopí (technického konopí a marihuany).
Kromě svého aroma a vůně jsou molekuly terpenů účinné rostlinné látky, které nabízejí různé léčebné přínosy.
Marihuana i technické konopí z rodu Cannabis Sativa obsahují výjimečné množství terpenoidů a obsahují více než 100 různých typů těchto látek.
Každý terpen má jedinečné vlastnosti, které sahají od sedativních po povzbuzující. Například nerolidol má sedativní a anxiolytické účinky, linalool pomáhá zvládat příznaky úzkosti a artritidy, zatímco myrcen je známý tím, že zmírňuje chronickou bolest. Terpeny β-myrcen, Ɣ-pinen a humulen snižují zánět a mají analgetické účinky.
Různé terpeny jsou jedinečné pro konopí, ale mnoho terpenů nalezených v konopí se vyskytuje i v několika dalších rostlinách. Karyofylen se nachází např. v zelené listové zelenině, chmelu a také v rozmarýnu a oreganu. Limonen je hlavním terpenem citrusových plodů, jako jsou citrony a pomeranče.
Entourage efekt
Každý terpen je známý specifickými terapeutickými účinky. O terpenech a dalších rostlinných látkách, jako jsou polyfenoly a flavonoidy, je však známo, že vykazují výjimečné synergické účinky, které vedou ke zlepšené symbióze mezi kanabinoidy. Tato interakce různých bioaktivních látek je známá jako „entourage efekt“.
Entourage efekt zvyšuje biologickou dostupnost terpenů a pomáhá tělu účinněji vstřebávat kanabinoidy.
Typy bioaktivních látek
Počet, koncentrace a rozmanitost bioaktivních látek odpovídají za léčivé vlastnosti rostlinného extraktu. Tyto bioaktivní látky se syntetizují jako sekundární metabolity, které nepřispívají k růstu ani fotosyntéze rostlin. Jsou však zásadní pro přežití rostlin a jejich interakci s prostředím. Rostlinné bioaktivní látky lze obecně rozdělit do tří tříd: terpeny a terpenoidy, alkaloidy a fenolické sloučeniny. Fenolické sloučeniny jsou nejrozšířenější skupinou sekundárních metabolitů v rostlinné říši a jsou dobře známé a ceněné pro své antioxidační účinky. Další důležitou třídou nízkomolekulárních fenolických sloučenin jsou flavonoidy, které rovněž vykazují velmi silné antioxidační účinky.
Škála fenolických sloučenin zahrnuje fenolové kyseliny, jako jsou benzoové a hydroxyskořicové kyseliny, flavonoidy, jako jsou flavony a flavonoly, lignany a stilbeny. Plnospektrální extrakt (např. získaný ultrazvukovou extrakcí z konopí) obsahuje všechny tyto různé rostlinné látky, které vykazují nejširší zdravotní účinky.
Princip ultrazvukové extrakce
Ultrazvuková extrakce je založena na akustických vlnách (ultrazvuku) přenášených do kapalného média. Intenzivní ultrazvukové vlny generují cykly vysokého tlaku / nízkého tlaku. V důsledku tlakových rozdílů během šíření ultrazvukových vln kapalinou vznikají kavitační bubliny. Imploze těchto kavitačních bublin vytváří podmínky s vysokou hustotou energie.
Ultrazvuková extrakce účinných látek a esenciálních olejů je založena na principu akustické kavitace. Obrázek výše ukazuje účinek kolapsu kavitační bubliny a následné uvolnění esenciálního oleje z rostlinného materiálu
zdroj: Altaf et al. 2018
Podmínky v blízkosti implodujících kavitačních bublin mohou být extrémní – vznikají teploty až 4500°C a tlaky až 100 MPa. Imploze a výsledné tlakové rozdíly vedou v kavitačním hot spotu k velmi vysokým smykovým silám a turbulencím. Kombinace těchto faktorů, tj. tlakových rozdílů, teplotních rozdílů a smyku, podporuje přenos hmoty, a tím i extrakční procesy. Intenzivní ultrazvukové kavitační síly narušují buňky (např. rostlin, bakterií nebo tkání) a intracelulární materiál (jako jsou oleje, lipidy, proteiny a účinné látky) se uvolňuje do okolního rozpouštědla.
Ultrazvuková extrakce je proto preferovanou metodou pro intenzifikaci extrakčních procesů.
Ultrazvuková extrakce je založena na akustické kavitaci a jejích hydrodynamických smykových silách
Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory od laboratorního přes pilotní až po průmyslové měřítko.