Geräte zur Cannabisextraktion – Der Vorteil der Ultraschallbehandlung
Ultraschallextraktionsgeräte bieten zahlreiche Vorteile, die die Ultraschallextraktion zum überlegenen Extraktionsverfahren für Hanf und Marihuana machen. Obwohl sich bioaktive Verbindungen wie THC und CBD mit unterschiedlichen Verfahren aus Cannabis extrahieren lassen, bietet die Ultraschallbehandlung zahlreiche Vorteile. Aufgrund ihrer hohen Ausbeuten, hochwertigen Extrakte, kurzen Prozesszeiten, niedrigen Investitions- und Betriebskosten sowie der sicheren und benutzerfreundlichen Bedienung ist die Ultraschallextraktion das bevorzugte Verfahren sowohl für die Herstellung von Cannabisextrakten im kleinen Maßstab als auch für die industrielle Produktion.
Vorteile der Ultraschallextraktion von Cannabis
Ultraschallgeräte mit Sonotrode sind Extraktionsgeräte, die Ultraschallwellen nutzen, um Pflanzenmaterial aufzuschließen und die gewünschten Verbindungen zu extrahieren. Dieses Verfahren hat sich bei der Cannabisextraktion aus mehreren Gründen gegenüber herkömmlichen Extraktionsverfahren als überlegen erwiesen:
- Effizienz: Mit Sonotroden lässt sich ein höherer Anteil der Zielverbindungen aus Pflanzenmaterial extrahieren als mit herkömmlichen Extraktionsverfahren wie der Lösungsmittelextraktion oder der Wasserdampfdestillation. Dies liegt daran, dass Sonotroden hochfrequente Schallwellen nutzen, um Pflanzenmaterial auf zellulärer Ebene aufzuschließen, wodurch sich die gewünschten Verbindungen leichter extrahieren lassen.
- Schnelle Extraktion: Sonotroden können Zielverbindungen innerhalb weniger Minuten aus Pflanzenmaterial extrahieren, während herkömmliche Extraktionsverfahren Stunden oder sogar Tage dauern können. Somit lässt sich mit Sonotroden mehr Material in kürzerer Zeit verarbeiten, was die Extraktion effizienter macht.
- Vollspektrum: Ultraschallgeräte mit Sonotrode extrahieren das gesamte Spektrum bioaktiver Verbindungen. Dadurch lassen sich mit Sonotroden Vollspektrumextrakte herstellen, die für ihren Entourage-Effekt bekannt sind. Dieser kann für medizinische Anwendungen oder Forschungszwecke von Bedeutung sein.
- Sicherheit: Die Extraktion mit Sonotroden gilt als sicherer als herkömmliche Verfahren wie die Lösungsmittelextraktion, bei der brennbare und potenziell toxische Lösungsmittel eingesetzt werden können, oder die Extraktion mit überkritischem CO2, deren Anlagen unter hohen Drücken betrieben werden. Die Ultraschallextraktion ist mit jeder Art von Lösungsmittel kompatibel, einschließlich Wasser und wässrigem Ethanol, und stellt dadurch ein sichereres und umweltfreundlicheres Extraktionsverfahren dar.
Zusammengefasst bietet die Cannabisextraktion mit Sonotroden gegenüber herkömmlichen Extraktionsverfahren mehrere Vorteile, darunter eine höhere Effizienz, Geschwindigkeit, Selektivität und Sicherheit.
Ultraschallextraktor UIP2000hdT (2kW) für die industrielle Herstellung vollständig natürlicher Bio-Cannabisextrakte.
Ultraschallgeräte im Vergleich zu CO2-Extraktoren für die Cannabisextraktion
Die Extraktion mit überkritischem CO2 ist ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung von Cannabisextrakten. Aufgrund der hohen Kosten, der Sicherheitsprobleme und der komplexen Bedienung wurden jedoch zahlreiche installierte CO2-Extraktoren durch Ultraschallgeräte ersetzt. Lesen Sie im Folgenden, welche Vorteile die Ultraschallbehandlung gegenüber der Extraktion mit überkritischem CO2 bietet.
- Ausbeute: Die Ultraschallextraktion erzielt nachweislich höhere Ausbeuten der gewünschten Verbindungen als die CO2-Extraktion. Dies liegt daran, dass die Ultraschallextraktion Pflanzenmaterial auf zellulärer Ebene aufschließen kann und dadurch eine effizientere Extraktion der Zielverbindungen ermöglicht.
- Geschwindigkeit: Die Ultraschallextraktion kann innerhalb weniger Minuten abgeschlossen werden, während die CO2-Extraktion mehrere Stunden dauern kann. Damit ist die Ultraschallextraktion ein schnelleres Verfahren, mit dem größere Materialvolumina in kürzerer Zeit verarbeitet werden können.
- Selektivität: Die Ultraschallextraktion liefert Breitspektrumextrakte, die ein breites Spektrum bioaktiver Verbindungen enthalten. Breitspektrumextrakte werden wegen ihres sogenannten Entourage-Effekts geschätzt, bei dem sich die Substanzen in ihren spezifischen Wirkungen synergistisch unterstützen und verstärken. Dadurch eignet sich die Ultraschallextraktion hervorragend sowohl für therapeutische Extrakte als auch für Forschungszwecke.
- Energieeffizienz: Die Ultraschallextraktion verbraucht weniger Energie als die CO2-Extraktion und ist damit eine umweltfreundlichere Option.
- Gerätekosten: Ultraschallextraktionsgeräte sind im Allgemeinen kostengünstiger als CO2-Extraktionsanlagen und können dadurch für Hersteller, die im kleinen Maßstab produzieren, leichter erschwinglich sein.
- Sicherheit: Die Ultraschallextraktion kann ohne brennbare oder toxische Lösungsmittel durchgeführt werden. Wasser oder wässriges Ethanol sind die am häufigsten verwendeten Lösungsmittel für die Cannabisextraktion. Im Gegensatz dazu erfordert die CO2-Extraktion den Einsatz von CO2 unter hohem Druck. Diese hohen Drücke bergen das Risiko von CO2-Leckagen oder Anlagenversagen sowie die damit verbundenen Gefahren durch Hochdruck. Daher gilt die Ultraschallextraktion sowohl für das Bedienpersonal als auch für die Umwelt als sichereres Verfahren.
Ultraschallextraktion von Cannabis – Das Wirkprinzip von Ultraschall bei der Extraktion
Die Ultraschallextraktion beruht auf dem Prinzip der akustischen Kavitation. Die Anwendung von Hochleistungsultraschall auf Flüssigkeiten und Suspensionen erzeugt intensive Kavitation und Scherkräfte. In einer Suspension aus Blättern, Knospen, Blüten, Stängeln und anderen Pflanzenteilen werden die Pflanzenzellen durch ultraschallbedingte Scherkräfte aufgeschlossen und bioaktive Verbindungen wie Cannabidiol (CBD) und Tetrahydrocannabinol (THC) freigesetzt. Die Ultraschallextraktion ist als hocheffizientes und zuverlässiges Verfahren zur Isolierung bioaktiver Pflanzenstoffe etabliert. Insbesondere bei der Herstellung hochwertiger Cannabisöle überzeugt die Ultraschallbehandlung durch hohe Ausbeuten (größere Extraktmengen), hervorragende Qualität (Vollspektrum) und kurze Verarbeitungszeiten. Die Anwendung von Ultraschallwellen ist eine mechanische Behandlung, die nicht toxisch, sicher und umweltfreundlich ist.
Ultraschallextraktion von Cannabis in einer 120L-Charge mit UIP2000hdT und Rührwerk
- Höhere Ausbeute
- Hohe Qualität
- Kein thermischer Abbau
- Schnelle Extraktion
- Einfache und sichere Bedienung
- Umweltfreundliche Extraktion
Auf einen Blick – Die Vorteile der Ultraschallextraktoren von Hielscher
Effizienz
- Höhere Ausbeuten
- Schneller Extraktionsprozess – innerhalb weniger Minuten
- Hochwertige Extrakte – schonende, nichtthermische Extraktion
- Umweltfreundliche Lösungsmittel (Wasser, Ethanol, Glycerin, Pflanzenöle usw.)
Einfachheit
- Plug-and-play – innerhalb weniger Minuten einrichten und in Betrieb nehmen
- Hoher Durchsatz – für die Extraktproduktion im großen Maßstab
- Chargenweiser oder kontinuierlicher Inline-Betrieb
- Einfache Installation und Inbetriebnahme
- Tragbar / fahrbar – tragbare Geräte oder Ausführungen auf Rollen
- Lineare Maßstabsvergrößerung – zur Kapazitätssteigerung ein weiteres Ultraschallsystem parallel betreiben
- Fernüberwachung und Fernsteuerung – über PC, Smartphone oder Tablet
- Keine Prozessüberwachung erforderlich – einrichten und starten
- Hohe Leistungsfähigkeit – für die kontinuierliche 24/7-Produktion ausgelegt
- Robust und wartungsarm
- Hohe Qualität – in Deutschland entwickelt und gefertigt
- Schnelles Befüllen und Entleeren zwischen den Chargen
- Leicht zu reinigen
Sicherheit
- Einfach und sicher zu betreiben
- Lösungsmittelfreie oder lösungsmittelbasierte Extraktion (Wasser, Ethanol, Pflanzenöle, Glycerin usw.)
- Keine hohen Drücke und Temperaturen
- ATEX-zertifizierte explosionsgeschützte Systeme erhältlich
- Einfach zu steuern (auch per Fernsteuerung)
UP400St Ultraschallextraktion von Pflanzenmaterial wie Cannabis in einer 8L-Charge
Ultraschallgeräte für die Cannabisextraktion
Hielscher Ultrasonic ist Ihr zuverlässiger Partner für leistungsstarke Ultraschallextraktionsgeräte zur Extraktion von Cannabis und anderem Pflanzenmaterial. Mit unzähligen Installationen weltweit sind die Ultraschallextraktoren von Hielscher für ihre hohe Extraktionsrate, Zuverlässigkeit und Robustheit bekannt.
Von kleineren, kompakten Ultraschall-Tischgeräten wie dem UP400St (400W) bis zum weltweit leistungsstärksten UIP16000hdT deckt Hielscher das gesamte Spektrum an Ultraschallextraktionsgeräten ab. Dadurch können wir Ihnen den Ultraschallextraktor empfehlen, der am besten zu Ihren Prozessanforderungen passt.
Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität Made in Germany
Ultraschallgeräte von Hielscher sind für höchste Qualitäts- und Konstruktionsstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Auch unter rauen Bedingungen und in anspruchsvollen Umgebungen arbeiten Ultraschallgeräte von Hielscher problemlos.
Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf leistungsstarke Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind die Ultraschallgeräte von Hielscher CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | – | UP100H |
| 10 bis 8000mL | – | UP200Ht, UP400St |
| 0,5-150L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 1 bis 300L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| – | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| – | höher | Verbund aus UIP16000 |
Wissenswertes
Überblick und Vergleich der gängigsten Verfahren zur Cannabisextraktion
Ultraschallextraktion
Produkt: Die Ultraschallextraktion liefert einen hochwertigen Vollspektrumextrakt. Der Rohextrakt wird durch Filtration, Destillation und/oder Winterisierung aufgereinigt.
Gerätekosten: ab ca. US$5.000 bis zu einem Mehrfachen von US$100.000, je nach Kapazität und Konfiguration
Betriebsweise: im Chargenbetrieb bzw. im Fass oder im kontinuierlichen Inline-Betrieb
Technische Kenntnisse: einfach und sicher zu handhaben und zu bedienen
Lösungsmittel: Alle Arten von Lösungsmitteln können verwendet werden, beispielsweise Wasser, Wasser-Alkohol-Gemische, Isopropylalkohol, Hexan, Ethanol, Methanol, Butan, Pflanzenöle (Olivenöl, Kokosöl), Glycerin usw.
Zielverbindungen: Vollspektrum (alle vorhandenen Cannabinoide und Terpene)
Wesentliche Vorteile: hohe Ausbeute, einfache Bedienung, kostengünstig, einfache Maßstabsvergrößerung bis zur industriellen Produktion
Lösungsmittelextraktion (Alkohol, Ethanol)
Produkt: üblicherweise ein Rohextrakt, der eine weitere Aufreinigung wie Winterisierung oder Filtration erfordert. In der Regel wird der Ethanolextrakt nach Winterisierung und Filtration durch Destillation weiter aufgereinigt.
Gerätekosten: zwischen $5.000 und Millionenbeträgen, je nach Größe, Leistungsumfang oder Automatisierungsmöglichkeiten.
Technische Kenntnisse: chemische Grundausbildung / mittleres Kenntnisniveau.
Zielverbindungen: alle vorhandenen Cannabinoide; der gewonnene Extrakt enthält geringe Mengen an Monoterpenen.
CO2-Extraktion
Produkt: Rohextrakt, der eine weitere Aufreinigung wie Winterisierung oder Filtration erfordert
Gerätekosten: zwischen $100.000 und Millionen USD, je nach Größe, Leistungsumfang oder Automatisierung
Technische Kenntnisse: Schulung im Umgang mit flüssigem CO2 (Hochdrucksystem – Sicherheit)
Zielverbindungen: Cannabinoide mit nur geringen Mengen an Monoterpenen
Kohlenwasserstoffextraktion
Produkt: Shatter, Budder, Wax, HTFSE, HCFSE oder Rohextrakt zur Destillation beziehungsweise Terpene zur Zugabe zum Destillat
Gerätekosten: $5.000 bis $100.000, je nach Größe und Leistungsumfang
Technische Kenntnisse: Schulung in Chemie und Sicherheit (Umgang mit brennbaren Flüssigkeiten, flüssigem Butan)
Zielverbindungen: alle Cannabinoide
Anwendung von Ultraschallwellen zur Extraktion
Wenn Hochleistungsultraschall in flüssige Systeme (einschließlich Suspensionen und viskoser Pasten) eingetragen wird, entsteht akustische Kavitation. Akustische Kavitation bezeichnet das Phänomen der Entstehung, des Wachstums und der anschließenden Implosion von Kavitationsblasen. Während sich die Ultraschallwellen ausbreiten, oszillieren und wachsen die Vakuumblasen. Sobald eine Blase keine weitere Energie aufnehmen kann, kollabiert sie. Die Blasenimplosion erzeugt lokal extreme Bedingungen mit sehr hohen Temperaturen, Drücken, Aufheiz- und Abkühlraten sowie Druckdifferenzen und Flüssigkeitsstrahlen. Diese extremen Bedingungen bewirken thermische, mechanische und chemische Effekte. Der Zellaufschluss und die Freisetzung bioaktiver Verbindungen (= Extraktion) beruhen auf einem mechanischen Effekt, der sehr wirksam und effizient ist.
Akustische Kavitation, die durch Ultraschall hoher Intensität und niedriger Frequenz erzeugt wird, bewirkt intensive Scherkräfte sowie lokal auftretende hohe Druck- und Temperaturdifferenzen. Diese ermöglichen den Zellaufschluss, die intensive Durchmischung und den Stofftransport. Diese ultraschallbedingten Scherkräfte werden erfolgreich zur Cannabisextraktion eingesetzt.
Aufgrund der überlegenen Extraktausbeute, der hohen Extraktionsrate und Prozessgeschwindigkeit sowie der einfachen und sicheren Bedienung wird die Ultraschallextraktion erfolgreich zur Gewinnung vielfältiger Pflanzenstoffe eingesetzt.
Leistungsstarke Ultraschallwellen schließen die Zellmatrix biologischer Strukturen auf und setzen die bioaktiven Verbindungen frei. Der Stofftransport zwischen Pflanzenmaterial und Lösungsmittel wird intensiviert. Aufgrund dieser Mechanismen ist die Ultraschallextraktion bei der Cannabisextraktion hocheffizient.
Bekannte Beispiele für die Ultraschallextraktion sind Cannabis (Cannabinoide und Cannabisöl aus Marihuana und Hanf), Curcumin, Pfeffer, Safran, Kaffee, Bittermelone, Olivenöl, Avocadoöl, Henna, ayurvedische Kräuter, Ingwer, Tee und andere Heilkräuter.
Decarboxylierung
Die Decarboxylierung ist ein wichtiger Schritt zur effizienten Herstellung der wichtigsten bioaktiven Verbindungen in Cannabis, wie Δ9-Tetrahydrocannabinol (Δ9-THC), Cannabidiol (CBD) und Cannabigerol (CBG). Die Decarboxylierung, auch als „Aktivierung“ oder „Decarbing“ bezeichnet, wird als Vorbehandlung eingesetzt, um den Gehalt an THC (Delta9-Tetrahydrocannabinol) im Pflanzenmaterial zu erhöhen. Chemisch betrachtet ist die Decarboxylierung eine Reaktion, bei der eine Carboxylgruppe (-COOH) abgespalten und Kohlendioxid (CO2) freigesetzt wird. Um den THC-Gehalt des Cannabispflanzenmaterials zu erhöhen, wird der Prozessschritt der Decarboxylierung durchgeführt. Durch Decarboxylierung lässt sich die vorhandene Menge an nicht psychoaktiver Δ9-Tetrahydrocannabinolsäure (THCA) in psychoaktives THC umwandeln. Δ9-Tetrahydrocannabinolsäure decarboxyliert beim Erhitzen (auf ca. 105°C / 220°F für 30 min. bei trockenem Material und bis zu 90min. bei feuchtem Pflanzenmaterial) und wird dabei in die psychoaktive Verbindung Δ9-Tetrahydrocannabinol umgewandelt.
Auf ähnliche Weise lässt sich CBD-A-reiches Cannabispflanzenmaterial durch Wärmebehandlung decarboxylieren, wobei CBD-A in CBD umgewandelt wird. Zur Winterisierung von Pflanzenmaterial wird getrocknetes, zerkleinertes Pflanzenmaterial für 30–60min. auf ca. 160°C / 320°F erhitzt, um die Decarboxylierung einzuleiten.
Decarboxylierungstemperaturen für Cannabinoide:
CBD: 160°C / 320°F
CBC: 220°C / 428°F
THC: 155°C / 314,6°F
CBN: 185°C / 365°F
THCV: 220°C / 428°F
Nachgelagerte Prozesse – Filtration und Destillation
Nach der Ultraschallextraktion müssen die Cannabispartikel aus der Flüssigkeit herausgefiltert werden. Dazu wird die Cannabissuspension durch einen Filter, etwa ein Filtergewebe (z. B. einen Filterstrumpf), oder mithilfe einer Filterpresse filtriert. Die dabei entstehende Mutterlauge aus Lösungsmittel (z. B. Ethanol) und Cannabisextrakt wird anschließend durch Abtrennen des Ethanols konzentriert. Typische Geräte zur destillativen Entfernung von Lösungsmitteln sind Rotationsverdampfer oder Vakuumdestillationsanlagen.
Ein Rotationsverdampfer (umgangssprachlich Rotavap) wird häufig eingesetzt, um Lösungsmittel wie Ethanol von Cannabis abzutrennen und dadurch ein aufgereinigtes Cannabisöl herzustellen. Die geregelte Temperatur und die einfache Handhabung machen den Rotationsverdampfer zum vorherrschenden Destillationsgerät in der Cannabisindustrie.
Die Vakuumdestillation wird überwiegend eingesetzt, um CBD für pharmazeutische und medizinische Anwendungen zu isolieren, bei denen Terpene und/oder THC entfernt werden müssen. Da Terpene, THC und CBD hohe Siedepunkte haben (im Bereich von 160–250°C / 310–482°F), würde eine Destillation unter Atmosphärendruck eine Behandlung bei hohen Temperaturen erfordern, die mit einem thermischen Abbau der wärmeempfindlichen Cannabinoide einhergeht. Darüber hinaus löst der Kontakt mit Sauerstoff oxidative Reaktionen aus, die die Qualität der Cannabinoide beeinträchtigen. Durch Anlegen eines Vakuums werden die Siedepunkte gesenkt. Außerdem wird durch das Vakuum Sauerstoff entfernt. Dadurch verringert die Destillation unter Vakuum den thermischen und oxidativen Abbau der Extrakte.
Winterisierung
Die Winterisierung ist ein Verfahren zur Entfernung pflanzlicher Lipide, Fette und Wachse durch eine Alkoholwäsche, um Cannabinoide und Terpene von unerwünschten Substanzen wie Pflanzenwachsen, Fetten und Chlorophyll zu trennen. Zur Winterisierung wird das extrahierte Cannabisöl in Ethanol gegeben und auf Temperaturen unter -20°C / -6°F abgekühlt. Bei diesen niedrigen Temperaturen fallen Lipide, Fette und Wachse aus und können entfernt werden.
Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschallhomogenisatoren vom Labormaßstab bis zum industriellen Maßstab her.