Ultralydsekstraktion med hamp som råmateriale
- For planten cannabis sativa kan der skelnes mellem to arter: marihuana og hamp.
- Ultralyd er velkendt som en overlegen metode til at isolere cannabinoider fra både marihuana og hamp.
Ultralydsekstraktion af cannabinoider
Ultralydsekstraktionsteknologien er yderst effektiv til at frigive de aktive forbindelser (dvs. cannabinoider (CBD, THC, CBG), æteriske olier, terpener osv.) fra plantematerialet såsom blomsterknopper, blade og stængler.
Ultralydsekstraktion overgår konventionelle ekstraktionsteknikker på grund af forskellige fordele:
Ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) er velkendt som en procesintensiverende teknik, der forbedrer masseoverførslen og frigiver større udbytter af bioaktive forbindelser såsom cannabinoider, terpener osv.
Sonikering giver ekstrakter af høj kvalitet, da ultralydsekstraktion ikke kræver brug af aggressive, giftige opløsningsmidler til at frigive cannabinoider. Ultralydsekstraktion kan for eksempel udføres med vand, en blanding af vand og alkohol, alkohol eller olie (oliven, kokos) som opløsningsmidler. Dette gør ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) betydeligt mere miljøvenlig.
Læs mere om det rette valg af opløsningsmidler til ultralydsekstraktion!
De milde ekstraktionsbetingelser ved sonikering resulterer i et ekstrakt, der har de samme, men intensiverede egenskaber som råmaterialet (f.eks. hamp, marihuana) – og giver overlegne sundhedseffekter, smag og duft.
Hielschers ultralydsekstraktorer kan styres præcist. Med fuld kontrol over procesparametrene såsom intensitet og temperatur kan der opnås en usædvanligt høj ekstraktkvalitet. Da sonikering er en ikke-termisk behandlingsmetode, undgås termisk nedbrydning af varmefølsomme komponenter. Ekstraktionstemperaturer mellem 0–60°C er optimale for overlegne ekstrakter.
En anden fordel ved ultralydsekstraktion er den hurtige proces: Hele ekstraktionsprocessen tager kun minutter for at frigive cannabinoiderne fra plantecellerne, mens andre ekstraktionsteknikker kræver timers eller endda dages behandlingstid.
Både investerings- og driftsomkostningerne er minimale sammenlignet med alternative ekstraktorer, f.eks. superkritiske CO2-ekstraktorer. Ultralydsekstraktionssystemer giver en meget hurtig tilbagebetaling af investeringen.
UP400St til ekstraktion af cannabinoider fra hamp
- Ekstrakter af høj kvalitet
- Mere fuldstændig ekstraktion
- Høj ekstraktionshastighed
- Fuldspektrumekstrakt
- Brug af forskellige opløsningsmidler
- Ikke-giftig
- Ikke-termisk (kold) metode
- Hurtig ekstraktionsproces
- Sikker og nem at bruge
- Lineær skalerbarhed
Hamp vs. marihuana
Cannabis er en plantefamilie, som kan inddeles i C. Indica og C. Sativa. Hamp og marihuana er arter af Cannabis Sativa.
Når man sammenligner hamp og marihuana, er der en enorm forskel; mens hamp indeholder en meget lav koncentration af THC (0,3% eller mindre), er marihuana rig på THC med koncentrationer mellem 15% og 40%.
Derfor er hamp indtil for nylig primært blevet dyrket til industrielle formål. I dag værdsættes hamp også for sit CBD-udbytte. CBD er et ikke-psykoaktivt cannabinoid, der har antiinflammatoriske og angstdæmpende egenskaber. Marihuana dyrkes hovedsageligt for sit THC-indhold, som anvendes til rekreative og medicinske formål.
Hampolie og CBD, det vigtigste cannabinoid i hamp, er lovende stoffer, som administreres for at hjælpe ved sygdomme og tilstande såsom angst, kronisk inflammation, autoimmune sygdomme, smerter, hovedpine og migræne samt mave-tarm-lidelser, blandt andet.
Se den enkle protokol til ultralydsekstraktion af cannabis med mellemstore batcher på 120L!
Sondesonikatoren UP400St er en populær ultralydsekstraktor, der anvendes til isolering af CBD, THC, CBG, CBN, andre cannabinoider samt terpener fra hamp og marihuana.
Højtydende ultralydsekstraktorer
Hielscher Ultrasonics tilbyder små, mellemstore og industrielle ultralydsprocessorer, som kan være i drift 24/7. Afhængigt af dit råmateriale og procesvolumen kan vi tilbyde dig et ultralydsekstraktionssystem, der passer til dine behov. Du kan vælge mellem batchvis og kontinuerlig ekstraktion. Senere opskalering til større proceskapaciteter kan nemt gennemføres, da ultralydsprocesser kan skaleres lineært.
Hielschers pilot- og industrisystemer kan levere meget høje amplituder – hvilket gør det muligt at anvende amplituder på op til 200µm pålideligt og kontinuerligt i 24/7-drift. Til endnu højere amplituder fås specialtilpassede ultralydssonotroder. Hielschers sonikatorers robusthed muliggør drift under høj belastning og i krævende miljøer.
Som producent med mange års erfaring inden for ultralydsekstraktorer med høj effekt er Hielscher din pålidelige partner til avanceret ekstraktion. Vi rådgiver og støtter vores kunder med vores viden og vejleder dem fra gennemførlighedstest til industriel installation.
Kontakt os nu! Vi drøfter gerne dine ekstraktionskrav med dig!
Kontakt os! / Spørg os!
Installation af Hielscher UIP4000hdT, en ultralydsekstraktor på 4kW, til industriel ekstraktion.
Litteratur / Referencer
- 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.
Værd at vide
Ultralydsekstraktion er blevet den mest effektive og brugervenlige teknik til ekstraktion af bioaktive forbindelser fra plantematerialer. Det mest fremtrædende eksempel på vellykket ekstraktion kan være isoleringen af CBD og andre cannabinoider fra cannabis.
Ultralydsekstraktion vs. konventionelle ekstraktionsmetoder
Udblødning i ethanol er en enkel metode, men den er meget tidskrævende, proceskapaciteten er begrænset, og omkostningerne til opløsningsmidler og energi er høje. Rester af opløsningsmiddel i slutproduktet modarbejder målet om at producere et ekstrakt af høj kvalitet.
Ekstraktion med et lukket kulbrintesystem kræver brug af fossile brændstoffer, så kræftfremkaldende stoffer som benzen kan forekomme i slutproduktet.
Superkritiske CO2-ekstraktionssystemer har høje investeringsomkostninger og et højt energiforbrug. Superkritiske CO2-ekstraktorer kræver veluddannet personale til driften, da CO2-systemerne under højt tryk er farlige at betjene. Hvis CO2 lækker, kan det medføre, at de tilstedeværende medarbejdere dør af kvælning.
Ekstraktion med vand under kritiske betingelser er et miljøvenligt alternativ, som er langsomt og kun frigiver en lille del af de bioaktive forbindelser.
Ultralydsekstraktion
Ultralydsekstraktion er en intensiverende ekstraktionsteknik, som kan anvendes i kombination med vand (uden opløsningsmidler) samt med opløsningsmidler såsom ethanol, ethanol-vand, glycerin, methanol, vegetabilske olier eller andre opløsningsmidler efter eget valg. Ultralydsekstraktion fremmer masseoverførslen, så ekstraktudbytter på 95–99% kan opnås. Sonikering kan nemt opskaleres og giver ekstrakter af høj kvalitet.
En ultralydsekstraktor i lille skala såsom UP400St (400W) kan behandle en batch på op til 10L inden for 5–15min (afhængigt af procesparametre såsom råmateriale (frisk eller tørret; blomsterknopper, blade, stængler), opløsningsmiddel og temperatur).
Den kraftige ultralydsekstraktor UIP2000hdT på 2kW kan anvendes som et inline-system. I gennemstrømningsdrift behandler UIP2000hdT nemt 200 til 800L/hr (også afhængigt af procesparametrene).
Investeringsomkostningerne til en ultralydsprocessor er lave sammenlignet med en CO2-ekstraktor. Energiomkostningerne til driften er også ubetydelige. Ultralydsekstraktorer er meget sikre at betjene, nemme at rengøre og kræver meget lidt vedligeholdelse.
Cannabis
Cannabisplantens bioaktive forbindelser (fra både hamp og marihuana) har fået stor opmærksomhed i den senere tid. Især for cannabinoidet cannabidiol (CBD) er der påvist mange sundhedsmæssige fordele, som spænder fra kræftbekæmpende og antiinflammatoriske egenskaber til smertelindrende og antidepressive virkninger. Ud over cannabidiol indeholder cannabisplanten mange andre cannabinoider såsom THC (tetrahydrocannabinol), cannabinol (CBN), cannabigerol (CBG), cannabichromen (CBC) og cannabinodiol (CBND). Cannabinoider har vist et enormt terapeutisk potentiale og er i fokus i mange forskningsstudier.
Samspillet mellem de forskellige cannabinoider og andre bioaktive forbindelser såsom terpener, polyfenoler, flavonoider og alkaloider synes at medføre endnu større sundhedsmæssige fordele. Samspillet mellem forskellige terpener, forskellige cannabinoider og andre planteforbindelser kaldes “entourage-effekten”. På grund af disse entourage-effekter er fuldspektrumekstrakter, som med succes kan opnås ved ultralydsassisteret ekstraktion (UAE), kendt for usædvanlige terapeutiske virkninger.
Cannabisterpener
Terpenoider er bestanddele af æteriske olier, som findes i plantematerialer. Cannabisplanten er meget rig på terpener. I cannabis dannes terpener i plantens trikomer. Trikomerne er de skinnende, klæbrige krystaller, der sidder på bladene og blomsterknopperne. Disse trikomer er cannabisplantens naturlige forsvarsmekanisme, som beskytter planten mod insekter og dyr. På grund af deres aromatiske duft virker terpenerne afskrækkende. For os mennesker er cannabisterpenernes mest mærkbare egenskab deres duft. Disse terpener bidrager til cannabisplantens (hamp og marihuana) mange sundhedsmæssige fordele.
Ud over deres aroma og duft er terpenmolekyler potente plantestoffer, som giver forskellige medicinske fordele.
Både marihuana og hamp af slægten Cannabis Sativa indeholder en usædvanligt stor mængde terpenoider og indeholder mere end 100 forskellige typer af disse stoffer.
Hver terpen har unikke egenskaber, som spænder fra beroligende til opløftende. For eksempel har nerolidol beroligende og angstdæmpende virkninger, linalool hjælper med at håndtere symptomer på angst og artritis, mens myrcen er kendt for at lindre kroniske smerter. Terpenerne β-myrcen, Ɣ-pinene og humulen reducerer inflammation og har smertestillende virkninger.
Forskellige terpener er unikke for cannabis, men mange af de terpener, der findes i cannabis, forekommer også i flere andre planter. Caryophyllen findes f.eks. i grønne bladgrøntsager, humle samt i rosmarin og oregano. Limonen er den primære terpen i citrusfrugter såsom citroner og appelsiner.
Entourage-effekten
Hver terpen er kendt for specifikke terapeutiske virkninger. Terpener og andre planteforbindelser såsom polyfenoler og flavonoider er imidlertid kendt for at udvise usædvanlige synergistiske virkninger, som resulterer i en forbedret symbiose mellem cannabinoider. Dette samspil mellem forskellige bioaktive forbindelser kaldes “entourage-effekten“.
Entourage-effekten gør terpener mere biotilgængelige og hjælper kroppen med at optage cannabinoiderne mere effektivt.
Typer af bioaktive forbindelser
Antallet, koncentrationen og mangfoldigheden af bioaktive forbindelser er afgørende for et planteekstrakts medicinske egenskaber. Disse bioaktive forbindelser syntetiseres som sekundære metabolitter, som ikke bidrager til planternes vækst eller fotosyntese. De er dog afgørende for planternes overlevelse og samspil med deres omgivelser. Bioaktive planteforbindelser kan overordnet inddeles i de tre klasser: terpener og terpenoider, alkaloider samt fenolforbindelser. Fenolforbindelser er den mest udbredte gruppe af sekundære metabolitter i planteriget og er velkendte og værdsatte for deres antioxidative virkninger. En anden vigtig klasse af fenolforbindelser med lav molekylvægt er flavonoiderne, som også udviser meget stærke antioxidative virkninger.
Fenolforbindelser omfatter fenolsyrer såsom benzoesyre og hydroxykanelsyrer, flavonoider såsom flavoner og flavonoler, lignaner og stilbener. Et fuldspektrumekstrakt (f.eks. opnået ved ultralydsekstraktion fra cannabis) indeholder alle disse forskellige planteforbindelser, som udviser de mest vidtrækkende sundhedseffekter.
Funktionsprincippet for ultralydsekstraktion
Ultralydsekstraktion er baseret på akustiske bølger (ultralyd), der kobles ind i et flydende medium. Intense ultralydsbølger skaber cyklusser med højt tryk / lavt tryk. På grund af trykforskellene under ultralydsbølgernes udbredelse gennem væsken opstår der kavitationsbobler. Implosionen af disse kavitationsbobler resulterer i forhold med høj energitæthed.
Ultralydsekstraktion af aktive forbindelser og æteriske olier er baseret på funktionsprincippet for akustisk kavitation. Figuren ovenfor viser virkningen af en kavitationsbobles kollaps og den deraf følgende frigivelse af æterisk olie fra plantemateriale
kilde: Altaf et al. 2018
Forholdene nær imploderende kavitationsbobler kan være ekstreme – med temperaturer på op til 4500°C og tryk på op til 100 MPa. Implosionen og de deraf følgende trykforskelle resulterer i meget høje forskydningskræfter og turbulens i kavitationens hotspot. Kombinationen af disse faktorer – trykforskelle, temperaturforskelle og forskydning – fremmer masseoverførslen og dermed ekstraktionsprocesserne. De intense ultralydsfremkaldte kavitationskræfter bryder celler (f.eks. fra planter, bakterier eller væv) op, og det intracellulære materiale (såsom olier, lipider, proteiner og aktive forbindelser) frigives til det omgivende opløsningsmiddel.
Ultralydsekstraktion er derfor den foretrukne metode til at intensivere ekstraktionsprocesser.
Ultralydsekstraktion er baseret på akustisk kavitation og dens hydrodynamiske forskydningskræfter
Ultralydsekstraktorer med høj effekt fra laboratorie- til pilot- og industriskala.