Hielscher – Ultraschall-Technologie

Cannabis-Extraktion – Vorteile der Ultraschallextraktion

Die Extraktion von bioaktiven Verbindungen wie THC und CBD aus Cannabis kann mit verschiedenen Techniken durchgeführt werden. Ultraschallextraktionsgeräte bieten zahlreiche Vorteile und sind daher die favorisierte Extraktionsmethode. Aufgrund der hohen Ausbeute, der hohen Extraktqualität, des schnellen Prozesses, der geringen Investitions- und Betriebskosten sowie des sicheren und benutzerfreundlichen Betriebs ist die Ultraschallextraktion die bevorzugte Methode für Extraktionsprozesse in der kleinen sowie der industriellen Produktion.

Ultraschall-gestützte Cannabisextraktion

Die Extraktion durch Ultraschall basiert auf dem Prinzip der akustischen Kavitation. Die Anwendung von Hochleistungsultraschall bei Flüssigkeiten und Schlämmen führt zu intensiven Kavitations- und Scherkräften. In einer Aufschlämmung aus Blättern, Knospen, Blüten, Stielen und anderen Pflanzenteilen wird die Pflanzenzelle durch Ultraschallscherkräfte gestört und die bioaktiven Verbindungen wie Cannabidiol (CBD) und Tetrahydrocannabinol (THC) werden freigesetzt. Die Ultraschallextraktion hat sich als hocheffiziente und zuverlässige Technik zur Isolierung bioaktiver Pflanzenstoffe etabliert. Insbesondere bei der Herstellung hochwertiger Cannabisöle hat die Sondierung durch ihre hohen Erträge (höhere Extraktleistung), ihre hervorragende Qualität (Vollspektrum) und ihre schnelle Verarbeitungszeit überzeugt. Die Anwendung von Ultraschallwellen ist eine mechanische Behandlung, die ungiftig, sicher und umweltfreundlich ist.

UP100H für die Extraktion
2kW Batch-Sondierungsanlage für die Extraktion von Cannabis

120L Ultraschall Batch-Extraktion von Cannabis mit dem UIP2000hdT und Rührwerk

Vorteile der Ultraschallextraktion

  • höhere Ausbeute
  • hoher Qualität
  • keine thermische Zersetzung
  • schnelle Extraktion
  • einfacher und sicherer Betrieb
  • Umweltfreundliche Extraktion

Warum ist die Ultraschallextraktion die beste Methode?

Effizienz

  • Höhere Erträge
  • Schneller Extraktionsprozess – innerhalb weniger Minuten
  • Hochwertige Extrakte – milde, nicht thermische Extraktion
  • Grüne Lösungsmittel (Wasser, Ethanol, Glycerin, pflanzliche Öle etc.)

Einfachheit

  • Plug-and-Play - Einrichtung und Betrieb innerhalb weniger Minuten
  • Hoher Durchsatz - Für die großtechnische Extraktproduktion
  • im Batch oder kontinuierlichen Inline-Betrieb
  • Einfache Installation und Inbetriebnahme
  • Bewegliche Systeme - tragbar oder auf Rollen montiert
  • Lineare Skalierung - fügen Sie weitere Ultraschallsysteme parallel hinzu, um die Kapazität zu erweitern.
  • Fernüberwachung und -steuerung - über PC, Smartphone oder Tablet
  • Keine Prozessüberwachung erforderlich - Gerät anschalten und laufen lassen
  • Leistungsstark - ausgelegt für den kontinuierlichen 24/7-Betrieb
  • Robustheit und geringer Wartungsaufwand
  • hoher Qualität – in Deutschland entwickelt und gebaut
  • Schnelle Be- und Entladung zwischen den Chargen
  • Leicht zu reinigen

Sicherheit

  • Einfach und sicher zu bedienen
  • Lösungsmittelfreie oder lösungsmittelbasierte Extraktion (Wasser, Ethanol, Pflanzenöle, Glycerin, etc.)
  • Keine hohen Drücke und Temperaturen
  • ATEX-zertifizierte explosionsgeschützte Systeme verfügbar
  • Einfache Bedienung (auch Fernbedienung)
UP400St Ultraschallextraktion von Pflanzenstoffen in 8L Charge

UP400St Ultraschallextraktion von Pflanzenstoffen (z.B. aus Cannabis) im 8L Batch

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Hochleistungs-Ultraschall-Absauganlage

UIP16000 (16kW) is Hielscher's most powerful ultrasonic extraction equipment.Hielscher Ultrasonic ist Ihr zuverlässiger Partner, wenn es um leistungsstarke Ultraschallextraktionsgeräte für die Extraktion von Cannabis und anderen Pflanzenstoffen geht. Mit unzähligen Installationen weltweit sind die Ultraschallextraktoren von Hielscher bekannt für ihre hohe Absaugleistung, Zuverlässigkeit und Robustheit.
Von kleineren kompakten Tisch-Ultraschallgeräten wie dem UP400St (400W) zu den weltweit leistungsfähigsten UIP16000 (16kW, siehe Bild links) deckt Hielscher das gesamte Spektrum der Absauganlagen ab. Dadurch können wir Ihnen den für Ihre Prozessanforderungen am besten geeigneten Ultraschall-Extraktor empfehlen.
Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr große Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich betrieben werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
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
größere Cluster aus UIP16000

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Bitte geben Sie unten die Informationen an, die Sie erhalten möchten:



  • 400 Watt Ultraschallprozessor für die Kleinchargenextraktion (bis zu 8L)



  • 2000 Watt Ultraschallprozessor für große Chargen (z.B. 150L) oder kontinuierliche Inline-Extraktion



  • 4000 Watt Ultraschallprozessor für große Chargen (z.B. 300L) oder kontinuierliche Inline-Extraktion



  • 16000 Watt Ultraschallprozessor für die kontinuierliche Inline-Extraktion


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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschallgeräte für sonochemische Anwendungen her.

Leistungsstarke Ultraschallprozessoren vom Labor- über den Pilot- bis zum industriellen Maßstab.



Wissenswertes

Übersicht und Vergleich der gängigsten Cannabis-Extraktionsmethoden

Ultraschall-Extraktion

Produkt: Die Ultraschallextraktion erzeugt einen hochwertigen Vollspektrum-Extrakt. Der Rohextrakt wird durch Filtration, Destillation und/oder Winterisierung veredelt.
Ausrüstungskosten: von ca. 5.000 US$ bis zu mehreren 100.000 US$ je nach Kapazität und Konfiguration
Einrichtung: im Batch/Fass oder kontinuierlichen Inline-Betrieb
Technische Fähigkeiten: einfache und sichere Handhabung und Bedienung
Lösungsmittel: Alle Arten von Lösungsmitteln wie Wasser, Wasser-Alkohol-Gemisch, Isopropylalkohol, Hexan, Ethanol, Methanol, Butan, pflanzliche Öle (Olivenöl Kokosöl), Glycerin, etc. können verwendet werden.
Gezielte Verbindungen: Vollspektrum (alle verfügbaren Cannabinoide und Terpene)
Die wichtigsten Vorteile: ertragsstark, einfach zu bedienen, preiswert, einfach skalierbar - bis zur industriellen Produktion

Lösungsmittelextraktion (Alkohol, Ethanol)

Produkt: typischerweise ein Rohextrakt, der einer weiteren Verfeinerung bedarf, wie beispielsweise Winterisierung oder Filtration. Im Allgemeinen wird der Ethanolextrakt nach der Winterisierung und Filtration durch Destillation weiter verfeinert.
Ausrüstungskosten: zwischen 5.000 und Millionen Dollar, je nach Größe, Fähigkeiten oder Automatisierungsfähigkeiten.
Technische Fähigkeiten: Ausbildung in Grundchemie/Mäßig.
Gezielte Verbindungen: alle verfügbaren Cannabinoide, der resultierende Extrakt hat geringe Mengen an Monoterpenen.

CO2 Extraktion

Produkt: Rohextrakt, der einer weiteren Verfeinerung bedarf, wie z.B. Winterisierung oder Filtration.
Ausrüstungskosten: zwischen $100.000 und Millionen von USD, je nach Größe, Fähigkeiten oder Automatisierung.
Technische Fähigkeiten: ausgebildet zum Betrieb von flüssigem CO2 (Hochdrucksystem) – Sicherheit)
Gezielte Verbindungen: Cannabinoide mit nur geringen Mengen an Monoterpenen

Kohlenwasserstoff-Extraktion

Produkt: Zerbrechen, Knospen, Wachs, HTFSE, HCFSE oder Rohextrakt zur Destillation oder Terpene, die dem Destillat zugesetzt werden sollen.
Ausrüstungskosten: $5.000 bis $100.000 je nach Größe und Fähigkeiten
Technische Fähigkeiten: Ausbildung in Chemie und Sicherheit (Verwendung von brennbaren Flüssigkeiten, Flüssigbutan)
Gezielte Verbindungen: alle Cannabinoide

Anwendung von Ultraschallwellen zur Extraktion

Wenn Hochleistungsultraschall auf flüssige Systeme (einschließlich Schlämme und viskose Pasten) angewendet wird, entsteht eine akustische Kavitation. Die akustische Kavitation beschreibt das Phänomen der Entstehung, des Wachstums und der eventuellen Implosion der Kavitationsblasen. Während der Ausbreitung der Ultraschallwellen schwingen, wachsen und kollabieren die Vakuumblasen an dem Punkt, an dem die Blase nicht mehr Energie aufnehmen kann. Die Blasenimplosion schafft lokal extreme Bedingungen mit sehr hohen Temperaturen, Drücken, Heiz- und Abkühlraten sowie Druckdifferenzen und Flüssigkeitsstrahlen. Die extremen Bedingungen führen zu thermischen, mechanischen und chemischen Einflüssen. Der Zellaufschluss und die Freisetzung von bioaktiven Verbindungen (= Extraktion) ist eine mechanische Wirkung, die sehr effektiv und effizient ist.

Die ultraschall-akustische Kavitation erzeugt hochintensive Kräfte, die die als Lyse bezeichneten Zellwände öffnen (Zum Vergrößern anklicken!).

Die Ultraschallextraktion basiert auf der akustischen Kavitation und ihren hydrodynamischen Scherkräften.

Aufgrund ihrer überlegenen Extraktleistung, ihrer hohen Extraktionsrate, Prozessgeschwindigkeit sowie ihrer einfachen und sicheren Bedienung wird die Ultraschallextraktion erfolgreich für die Extraktion von Pflanzenstoffen eingesetzt.

Ultraschalldisruptoren werden für Extraktionen aus Phytoquellen (z.B. Pflanzen, Algen, Pilze) eingesetzt.

Ultraschallextraktion aus Zellen: Der mikroskopische Querschnitt (TS) zeigt den Wirkungsmechanismus der Ultraschallextraktion aus Zellen (Vergrößerung 2000x)[Ressource: Vilkhu et al. 2011].

Prominente Beispiele für die Ultraschallextraktion sind Cannabis (Cannabinoide und Cannabisöl aus Marihuana und Hanf), Curcumin, Pfeffer, Safran, Kaffee, bitterer Kürbis, Olivenöl, Avocadoöl, Henna, Ayurvedische Kräuter, Ingwer, Teeund andere Heilkräuter.

Decarboxylierung

Die Decarboxylierung ist ein wichtiger Schritt für eine effiziente Produktion der wichtigsten bioaktiven Verbindungen in Cannabis, wie Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC), Cannabidiol (CBD) und Cannabigerol (CBG). Die Decarboxylierung, auch bekannt als "Aktivieren" oder "Entkohlen", wird als Vorbehandlung zur Erhöhung des THC-Gehalts (delta9-Tetrahydrocannabinol) im Pflanzenmaterial eingesetzt. Die chemische Decarboxylierung ist eine Reaktion, bei der eine Carboxylgruppe (-COOH) entfernt wird und Kohlendioxid (CO2) ist freigegeben. Um den THC-Gehalt der Cannabispflanze zu erhöhen, wird der Prozessschritt der Decarboxylierung angewendet. Durch Decarboxylierung kann die Menge der nicht-psychotrophen Δ9-tetrahydrocannabinole Säure (THCA) in psychoaktives THC umgewandelt werden. Δ9-Tetrahydrocannabinolidecarboxylate werden beim Erwärmen (auf ca. 105°C / 220°F für 30 Min. bei trockenem Material, bis zu 90 Min. bei feuchtem Pflanzenmaterial) und anschließend in die psychoaktive Verbindung Δ9-Tetrahydrocannabinol umgewandelt.
In ähnlicher Weise kann CBD-A-reiches Cannabispflanzenmaterial durch Wärmebehandlung decarboxyliert und dadurch in CBD umgewandelt werden. Zur Winterisierung von Pflanzenmaterial wird getrocknetes gehacktes Pflanzenmaterial für 30-60 Minuten auf ca. 160°C / 320°F erhitzt, um die Decarboxylierung einzuleiten.
Decarboxylierungstemperaturen für Cannabinoide:
CBD: 160°C / 320°F
CBC: 220°C / 428°F / 428°F
THC: 155°C / 314.6°F / 314.6°F
CBN: 185°C / 365°F
THCV: 220°C / 428°F / 428°F

Nachgelagerte Prozesse – Filtration und Destillation

Nach der Ultraschallextraktion müssen die Cannabispartikel aus der Flüssigkeit gefiltert werden. Daher wird die Cannabis-Slurry durch einen Filter, wie z.B. ein Netz (z.B. Filterstrumpf) oder eine Filterpresse gesiebt. Die resultierende Mutterlauge aus Lösungsmittel (z.B. Ethanol) und Cannabisextrakt wird dann durch Abtrennung des Ethanols konzentriert. Typische Destillationsverfahren zur Entfernung von Lösungsmitteln sind Rotationsverdampfer oder Vakuumdestillationssysteme.
Ein Rotationsverdampfer (umgangssprachlich roto-vap) wird häufig verwendet, um Lösungsmittel wie Ethanol von Cannabis zu trennen und so ein raffiniertes Cannabisöl herzustellen. Geregelte Temperatur und einfache Handhabung machen den Rotationsverdampfer zur dominierenden Destillationsanlage in der Cannabisindustrie.
Die Vakuumdestillation wird hauptsächlich eingesetzt, um CBD für pharmazeutische und medizinische Zwecke zu isolieren, wo es notwendig ist, Terpene und/oder THC zu entfernen. Da Terpene, THC und CBD hohe Siedepunkte haben (zwischen 160-250°C / 310-482°F), würde eine Destillation unter atmosphärischen Bedingungen eine Hochtemperaturbehandlung erfordern, die mit dem thermischen Abbau der wärmeempfindlichen Cannabinoide einhergeht. Darüber hinaus löst die Aussetzung an Sauerstoff oxidative Reaktionen aus, was sich negativ auf die Qualität der Cannabinoide auswirkt. Durch die Anwendung von Vakuum werden die Siedepunkte gesenkt. Darüber hinaus wird durch die Anwendung von Vakuum Sauerstoff entfernt. Dadurch führt die Destillation unter Vakuumbedingungen zu einem geringeren thermischen und oxidativen Abbau der Extrakte.

Winterisierung

Die Winterisierung ist der Prozess der Entfernung der pflanzlichen Lipide, Fette und Wachse durch eine Alkoholwäsche, um Cannabinoide und Terpene von unerwünschten Substanzen wie Pflanzenwachsen, Fetten und Chlorophyll zu trennen. Für die Winterisierung wird das extrahierte Cannabisöl in Ethanol gegeben und auf Temperaturen von weniger als -20°C / -6°F gekühlt. Bei diesen niedrigen Temperaturen fallen Lipide, Fette und Wachse aus und können entfernt werden.