Terpenekstraktion ved ultralyd
Ultralyd terpenekstraktion har vist sig at give høje udbytter af terpencaryophyllenoxid, f.eks. fra cannabis og humle. Caryophyllenoxid er en terpen, der findes i cannabis, humle, peber, basilikum og rosmarin. Som en aktiv forbindelse anvendes ekstraheret terpencaryophyllenoxid som smagsstof og sundhedstilskud.
Brug af ekstraheret caryophyllenoxid
Caryophyllenoxid er kendetegnet ved sin aromatiske lugt og smag (dvs. urter). På grund af sin intense aromatiske lugt og smag bruges det ofte som et aromatilsætningsstof i fødevarer samt som en duftkomponent. Desuden har det også evnen til at binde sig til de endokrine CB2-receptorer i den menneskelige krop, hvilket gør det til en interessant farmaceutisk komponent.
Ultralydsekstraktion af caryophyllenoxid
Ultralydsekstraktion af terpencaryophyllenoxid er en fremragende teknik til at producere høje udbytter, f.eks. fra cannabis og humle. Læs mere om akustisk kavitation, det aktive princip for ultralydsekstraktion!
Som eksempel blev β-caryophyllenoxid ekstraheret ultralyd med ultralydsenheden UP100H (100W, 30kHz) fra tørrede humleknopper.
GC-analysedataene viser ekstraktionsudbyttet af β-caryophyllenoxid, ekstraheret med Hielschers UP100H fra humle.
UP400St – 400W kraftig ultralydsprocessor til terpenekstraktion med omrører
Gaskromatografianalyse af ultralydshumleekstrakt: β-caryophyllenoxid, α-caryophyllen, α-pinen, mycrene, limonen, α-caryofyllen og caryophyllenoxid og andre.
Udover β-caryophyllenoxid blev andre terpener såsom α-caryophyllen, α-pinen, mycren, limonen og α-caryophylen blandt andre udvundet med succes.
Hvordan ekstraheres terpener fra planter ved hjælp af sonde-type ultralydbehandling? En trin-for-trin instruktion!
- Først males eller hakkes plantematerialet i små stykker for at øge overfladearealet til ekstraktion.
- Plantematerialet blandes derefter med et opløsningsmiddel (såsom ethanol eller vand) for at ekstrahere terpenerne.
- Sonde-type ultralydbehandling anvendes derefter for at understøtte i ekstraktionsprocessen ved at anvende højintensive, lavfrekvente ultralydsbølger ved ca. 20kHz til opslæmningen. Dette forårsager akustisk kavitation og en hurtig vibration af opløsningsmidlet, hvilket fremmer opløsning og forstyrrelse af plantecellerne og frigivelse af terpenerne.
- Blandingen filtreres derefter for at adskille det faste plantemateriale fra væsken indeholdende de ekstraherede terpener.
- Væsken fordampes derefter eller underkastes yderligere forarbejdning for at fjerne opløsningsmidlet og koncentrere terpenerne.
- Det endelige produkt er et terpenrigt ekstrakt, der kan bruges i forskellige applikationer såsom kosttilskud, funktionelle fødevarer og kosmetik.
Protokol for ultralyd terpenekstraktion
Humlen blev malet med en konventionel kaffekværn for at opnå en mere homogen partikelstørrelse af humleprøven.
4,5 mg humle blev lagt i et hætteglas og derefter tilsat 5 ml ethanol. Hætteglasset blev placeret i et bægerglas med isvand til varmeafledning. Derefter blev prøven sonikeret med en UP100H, udstyret med sonotrode MS7, ved en amplitudeindstilling på 50 % i 90 sek.
Gaskromatografianalyse af ultralydshumleekstrakt:
Sonikering sikrer en høj masseoverførsel mellem cellematrixen og opløsningsmidlet, således at der derfor opnås et meget højt udbytte af ekstrakt af høj kvalitet.
- Terpenekstrakter af høj kvalitet (ingen termisk nedbrydning)
- høje udbytter
- hurtig procedure
- Hurtig ROI
- mildere opløsningsmidler
- mindre brug af opløsningsmidler
- Sikker og nem at betjene
- lav vedligeholdelse
- grøn, miljøvenlig terpenudvinding
Ultralydsterpenekstraktion skiller sig ud som en grøn ekstraktionsmetode, der gør det muligt at fremskynde terpenekstraktionsproceduren betydeligt, mens den kræver mindre energi end andre konventionelle ekstraktionsmetoder (dvs. superkritisk CO2, Soxhlet osv.). Andre fordele forbundet med brugen af ultralydsekstraktion af terpener er nem håndtering af ultralydsekstraktoren, hurtig proces, intet kemisk affald, højt udbytte, miljøvenlig, forbedret kvalitet på grund af milde behandlingsforhold og forebyggelse af termisk nedbrydning.
Ultralydsekstraktorer til terpener
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af, hvilken ultralydsenhed der kan være den bedst egnede til dine terpenekstraktionskrav.
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Ultralydshomogenisatorer med høj effekt fra laboratoriet til industriel skala.
Litteratur/Referencer
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Fakta, der er værd at vide
caryophyllen
Caryophyllen eller (−)-β-caryophyllen, er en naturlig bicyklisk sesquiterpen, der findes i mange æteriske olier. Følgende urter er kendt som en god kilde til caryophyllen: cannabis, hamp (Cannabis sativa), sort kommen (Carum nigrum), nelliker (Syzygium aromaticum), humle (Humulus lupulus), basilikum (Ocimum spp.), oregano (Origanum vulgare) sort peber (Piper nigrum), lavendel (Lavandula angustifolia), rosmarin (Rosmarinus officinali og copaibaolie (Copaifera spp.). β-caryophyllen er en phytocannabinoid med stærk affinitet til cannabinoidreceptor type 2 (CB 2), men ikke cannabinoidreceptor type 1 (CB 1).
caryophyllenoxid
Caryophyllenoxid (også β-caryophyllenoxid) er oxidationsderivatet af β-caryophyllen og er et hvidt krystallinsk fast pulver med et smeltepunkt på ca. 62°C.
Det er værdsat for dets antiinflammatoriske, lokalbedøvende og antioxidative virkninger. Første forskning tyder på, at caryophyllenoxid også kan være et potentielt lægemiddel til kræftbehandling. Caryophyllenoxid er en del af cyclobutanringen, som allerede bruges i medicinsk forskning for at syntetisere det udbredte kemoterapilægemiddel carboplatin.
Caryophyllenoxid, hvor olefin af caryophyllen er blevet til et epoxid, er en godkendt komponent til fødevaresmag.
Både β-caryophyllen og β-caryophyllenoxid udviser lav vandopløselighed, hvilket hindrer deres absorption til cellen. For at bruge disse sesquiterpener som lægemidler eller kosttilskud skal indkapslingen i liposomer overvinde den dårlige opløselighed af disse sesquiterpener i vandige væsker og sikre biotilgængelighed og bioaktivitet. Klik her for at lære mere om ultralydsindkapsling af bioaktive forbindelser!
Caryophyllenoxid i cannabis
I cannabis sativa-planten findes caryophyllenoxid som en sesquiterpen, der består af tre isoprenenheder. Caryophyllenoxid er en af de største og mest udbredte terpener i cannabisplanten og er ansvarlig for den karakteristiske aroma og lugt af cannabis. Ultralydsekstraktion anvendes med succes til at producere Fuldspektret cannabidiololier, således at entourage-effekten af manifoldforbindelserne er givet.
Ultralydkavitation til ekstraktion
Når ultralydsbølger med høj effekt indføres i en væske, opstår der kompressions- og ekspansionscyklusser (sjældne) i væsken. Under sjældenhed genereres hulrum eller såkaldte kavitationsbobler i en væske. Disse kavitationsbobler, som er små vakuumbobler, opstår, når undertrykket udøver, så væskens lokale trækstyrke overvindes. Vakuumboblerne vokser over flere kompressions-/sjældenhedscyklusser, indtil de ikke kan absorbere mere energi, og kavitationsboblen gennemgår sn implosivt kollaps. Dette fænomen er kendt som kavitation. Ifølge Prof. Suslicks forskning (1990) hersker der i kavitationsbobler ekstreme forhold med temperaturer på op til 5000 K, tryk på 1000 atmosfære, opvarmnings-kølehastighed over 1010 K/s og væskestråler med op til 280 m/s hastighed, som fremstår som meget høj forskydningskraft og turbulenser i kavitationszonen. Kombinationen af disse faktorer (tryk, varme, forskydning og turbulens) bruges til at fremskynde masseoverførsel i ekstraktionsprocessen. Desuden anvendes disse lokalt forekommende forhold også i ultralydsprocesser, såsom homogenisering, emulgering eller dispergering.
Ultralydsekstraktion er baseret på akustisk kavitation og dens hydrodynamiske forskydningskræfter
Ultralydsekstraktion af terpener
Princippet om ultralydsekstraktion er baseret på to effekter, der produceres, når ultralydbølger med høj effekt parres i en væske eller opslæmning:
For det første skubbes opløsningsmidlet (det omgivende flydende medium) ind i cellematrixen. Afhængig af kavitationens amplitude og styrke perforeres eller forstyrres cellevæggen af væsketrykket.
For det andet skylles indholdet af celle (dvs. intracellulært materiale) ud af den indre celle under sjældenhedscyklussen. Efter ultralydsekstraktion er de målrettede forbindelser i opløsningsmidlet og kan adskilles fra opløsningsmidlet (f.eks. ved at fordampe opløsningsmidlet), så der til sidst opnås et rent ekstrakt.
Sammensætningen af råmaterialet (såsom fugtindhold, maceration / fræsegrad og partikelstørrelse og det valgte opløsningsmiddel er meget vigtige faktorer for at opnå en effektiv og effektiv ultralydsekstraktionsproces. Ultralydsprocesparametrene er også vigtige: amplitude, tryk, temperatur og sonikeringstid skal etableres og optimeres for de bedste resultater.