Hielscher Ultraschalltechnik

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 Ultraschallextraktion basiert auf dem Prinzip der akustischen Kavitation. Die Anwendung von Hochleistungsultraschall in Flüssigkeiten und Slurries führt zu intensiven Kavitation und Scherkräften. Wird eine Slurry aus Blättern, Knospen, Blüten, Stielen oder anderen Pflanzenteilen beschallt, werden die Pflanzenzellen durch Ultraschallscherkräfte aufgebrochen 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 sich die Ultraschallextraktion aufgrund ihre hohen Erträge (höhere Extraktausbeute), ihre hervorragende Qualität (Vollspektrum) und ihre schnelle Verarbeitungszeit durchgesetzt. Die Anwendung von Ultraschallwellen ist eine rein mechanische Behandlung, welche ungiftig, sicher und umweltfreundlich ist.

UP100H für die Extraktion

2kW Batch-Ultraschallsystem für die Extraktion von Cannabis

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

Vorteile der Ultraschallextraktion

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

Was macht die Ultraschallextraktion zur besten 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
  • hohe 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 für die Ultraschallextraktion von Pflanzenstoffen im 8L Batch

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

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Hochleistungs-Ultraschall-Extraktionssysteme

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 Extraktionsleistung, Zuverlässigkeit und Robustheit.
Von kleineren kompakten Benchtop-Ultraschallgeräten wie dem UP400St (400W) bis hin zum weltweit leistungsstärksten UIP16000 (16kW, siehe Bild links) deckt Hielscher das gesamte Spektrum an Extraktionsgeräten ab. Durch unser breites Produktportfolio 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 erzeugt 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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  • 400 Watt Ultraschallprozessor für die Extraktion kleinerer Batches (bis zu 8L)



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



  • 4000 Watt Ultraschallprozessor für große Batches (z.B. 300L) oder die 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 ein hochwertiges Vollspektrum-Extrakt. Das Rohextrakt wird durch Filtration, Destillation und/oder Winterisierung veredelt.
Equipmentkosten: von ca. 5.000 US$ bis zu mehreren 100.000 US$ je nach Kapazität und Konfiguration
Setup: im Batch/Fass oder im 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.
Extrahierte Verbindungen: Vollspektrum (alle verfügbaren Cannabinoide und Terpene)
Die wichtigsten Vorteile: ertragsstark, einfach zu bedienen, preiswert, einfach skalierbar - bis zur industriellen Produktion von mehreren Tonnen pro Stunde

Lösungsmittelextraktion (Alkohol, Ethanol)

Produkt: typischerweise ein Rohextrakt, das eine weitere Raffinierung/Veredelung benötigt, wie z.B. Winterisierung oder Filtration. Im Allgemeinen wird der Ethanolextrakt nach der Winterisierung und Filtration durch Destillation weiter raffiniert.
Equipmentkosten: zwischen 5.000 und mehrere Millionen Dollar, je nach Größe, Fähigkeiten oder Automatisierungsfähigkeiten.
Technische Fähigkeiten: Ausbildung in Grundchemie/mäßig.
Extrahierte Verbindungen: alle verfügbaren Cannabinoide, das resultierende Extrakt hat nur geringe Mengen an Monoterpenen.

CO2 Extraktion

Produkt: Rohextrakt, das weiterverarbeitet /veredelt werden muss, z.B. durch Winterisierung oder Filtration.
Equipmentkosten: zwischen $100.000 und mehrere Millionen USD, je nach Größe, Leistung und/oder Automatisierung.
Technische Fähigkeiten: ausgebildet zum Betrieb von flüssigem CO2 (Hochdrucksystem – Sicherheit)
Extrahierte Verbindungen: Cannabinoide mit nur geringen Mengen an Monoterpenen

Kohlenwasserstoff-Extraktion

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

Anwendung von Ultraschallwellen zur Extraktion

Wenn Hochleistungsultraschall in flüssige Systeme (einschließlich Slurries und viskose Pasten) eingetragen wird, entsteht akustische Kavitation. Die akustische Kavitation beschreibt das Phänomen der Entstehung, des Wachstums und der Implosion der Kavitationsblasen. Während der Ausbreitung der Ultraschallwellen entstehen und wachsen Vakuumblasen bis zu dem Punkt, an dem die Blase keine weitere Energie absorbieren kann und implodiert. Die Blasenimplosion schafft lokal extreme Bedingungen mit sehr hohen Temperaturen, Drücken, Heiz- und Kühlraten sowie Druckdifferenzen und Flüssigkeitsstrahlen. Diese extremen Bedingungen führen zu thermischen, mechanischen und chemischen Effekten. Der Zellaufschluss und die Freisetzung von bioaktiven Verbindungen (= Extraktion) ist eine mechanische Wirkung, welche äußerst 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].

Bekannte Beispiele für die Ultraschallextraktion sind Cannabis (Cannabinoide und Cannabisöl aus Marihuana und Hanf), Curcumin, Pfeffer, Safran, Kaffee, Bitterkürbis, 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 das "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) freigesetzt wird. Um den THC-Gehalt der Cannabispflanze zu erhöhen, wird der Prozessschritt der Decarboxylierung eingesetzt. Durch die Decarboxylierung kann die Menge der nicht-psychotrophen Δ9-tetrahydrocannabinole Säure (THCA) in psychoaktives THC umgewandelt werden. Δ9-Tetrahydrocannabinolidecarboxylate wird durch Erhitzen (auf ca. 105°C / 220°F für 30 Min. bei trockenem Material, bis zu 90 Min. bei feuchtem Pflanzenmaterial) descarboxyliert und dadurch in die psychoaktive Verbindung Δ9-Tetrahydrocannabinol umgewandelt.
In ähnlicher Weise kann CBD-A-reiches Cannabispflanzenmaterial durch eine Wärmebehandlung decarboxyliert werden und dadurch der CBD-Gehalt erhöht werden. Zur Winterisierung von Pflanzenmaterial wird getrocknetes, zerkleinertes 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
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 gefiltert werden. Daher wird der Cannabisbrei durch einen Filter, wie z.B. ein Mesh (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 wird häufig verwendet, um Lösungsmittel wie Ethanol von Cannabis zu trennen und um dadurch ein raffiniertes Cannabisöl herzustellen. Eine 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, und wenn notwendig, 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, welche eine thermische Zersetzung der wärmeempfindlichen Cannabinoide nach sich ziehen würde. Darüber hinaus löst der kontakt mit 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, bei dem pflanzliche Lipide, Fette und Wachse durch eine Alkoholwäsche entfernt werden, um die 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.