Hielscher Ultraschalltechnik

Kristallisation von Cannabinoiden mittels Ultraschall

Die Kristallisation ist ein notwendiger Prozessschritt, um kristallines CBD-Isolat herzustellen. Die Ultraschall-Nano-Kristallisation (Sono-Kristallisation) wird häufig verwendet, um kristalline Isolate wie z.B. CBD-Isolat aus einer übersättigten Lösung herzustellen. Durch Hochleistungs-Ultraschallwellen erzeugte intensive Agitation fördert Bildung und Wachstum von reinen CBD-Kristallen. Die Ultraschall-Kristallisation ist eine präzise steuerbare, hocheffiziente und schnelle Methode zur Herstellung von kristallinem CBD-Isolat.

CBD-Kristallisation mittels Ultraschall

CBD isolate is produced from CBD oil extractDie Kristallisation des CBD-Isolats ist ein Fällungsprozess, bei dem sich CBD-Feststoffe in einem Lösungsmittel bilden. Um CBD zu kristallisieren, muss der gelöste Stoff (d.h. destilliertes CBD-Öl) in einem Lösungsmittel gelöst werden, so dass eine übersättigte Lösung entsteht. Ultraschallwellen wirken als externer Stimulus, der die Bildung von Kristallkeimen (Keimbildung) initiiert und ein kontrolliertes Kristallwachstum unterstützt.
Typisch verwendete Lösungsmittel: Pentan oder Heptan.

Welche Effekte des Ultraschalls fördern die CBD-Kristallisation?

Die Ultraschallbehandlung ist eine hocheffiziente Mischmethode, welche eine homogene, übersättigte Lösung des CBD-Extrakts in einem Lösungsmittel erzeugt. Während der intensiven ultraschallgestützten Durchmischung der übersättigten Lösung können sich Kristallkeime bilden, die anschließend als Wachstumspunkte für die CDB-Kristalle dienen. Das Mischen mit Ultraschall intensiviert den Stoffaustausch zwischen den anfänglichen Kristallkeimen und der übersättigten Lösung, so dass die Kristalle schnell und gleichmäßig wachsen. Das bedeutet, dass die Beschallung eine sehr effiziente Technik ist, um die Produktion von CBD-Kristallen unter kontrollierten Bedingungen zu intensivieren.

Sono-crystallization of cannabinoids (e.g., CBD, THC)

Reaktor mit Ultraschallgerät UIP2000hdT für die Sonokristallisation von Cannabinoiden

Was die Forschung sagt

"Wenn Ultraschall zur Kristallisation in eine Lösung eingetragen wird, können dadurch die Eigenschaften der kristallinen Produkte erheblich beeinflusst werden. Die Ultraschallbehandlung verringert die Induktionszeit und die metastabile Zone und erhöht die Keimbildungsrate. Aufgrund dieser Effekte werden im Vergleich zur konventionellen Kristallisation in der Regel kleinere Kristalle mit einer engeren Größenverteilung erzeugt. Außerdem kann die Ultraschallbehandlung zu einer Fragmentierung bestehender Kristalle führen, welche durch Kristallkollisionen oder Sonofragmentierung verursacht wird." [Kim und Suslick, 2018]

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Gerührte Kristallisation von Cannabinoiden

Die Ultraschall-Kristallisation (auch als Sono-Kristallisation bekannt) ist eine Form der kontrollierten Rührkristallisation, die herkömmliche Fällungstechniken durch schnelle Kristallbildung aufgrund intensiver Ultraschallbewegung übertrifft. Durch das Rühren und Mischen mittels Ultraschall werden hohe kinetische Kräfte in die Lösung aus CBD-Extrakt und Lösungsmittel eingebracht. Dadurch wird eine übersättigte Lösung erzeugt, in der die anschließende Ultraschallbewegung den Stoffaustausch fördert, welcher die Kristallisationsrate beschleunigt. Die Ultraschallkristallisation ist ein schneller Prozess, der präzise gesteuert werden kann. Dadurch werden ein Kristallwachstum mit gleichmäßiger Kristallgröße und damit auch ein gleichbleibend hoher Qualitätsstandard des Endproduktes erreicht. Die Ultraschallkristallisation ermöglicht durch die Einstellung der Beschallungsparameter die Kristallisation von gleichmäßigen Kristallen in Mikron- oder Nanogröße. Dadurch können Sie Kristalle in maßgeschneiderter Größe durch Anwendung etablierter Ultraschall-Prozessparameter züchten. Durch die Anwendung der Sonokristallisation wird es möglich, Kristalle in Nanogröße auszufällen, welche eine bessere Bioverfügbarkeit bieten und von den Kunden wegen ihrer höheren Effizienz und ausgeprägten gesundheitlichen Vorteile geschätzt werden. Die exakte Kontrolle über die Sono-Kristallisationsparameter führt zu wiederholbaren/reproduzierbaren Ergebnissen. Darüber hinaus kann die Ultraschallkristallisation von Cannabinoiden vollständig linear auf jedes Produktionsvolumen skaliert werden. Da die Ultraschallkristallisation zu einem hochwertigen CBD-Isolat führt, werden nachgelagerte Prozesse wie die Aufreinigung auf ein Minimum reduziert.

The ultrasonicator UP200St improves the conversion rate in crstallization

Der UP200St kann in gerührte chemische Reaktoren integriert werden, um die Kristallisation zu beschleunigen und zu verbessern.

Ultraschall fördert die

  • gerührte Kristallisation
  • Co-Kristallisation
  • Anti-Lösungsmittel-Kristallisation
  • Kühlungskristallisation
  • Schmelzkristallisation
  • Reaktive Kristallisation / Ausfällung

Ultraschallreaktoren für die CBD-Isolat-Herstellung

Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjährig erfahrener Partner für Kristallisationsprozesse mittels Hochleistungs-Ultraschall. Hielscher Ultrasonics liefert eine breite Palette von Ultraschall-Kristallisationssystemen für die Batch- und kontinuierliche Inline-Verarbeitung. Hielscher Ultrasonics' Anlagen sind bereits weltweit in lebensmittelverarbeitenden und pharmazeutischen Betrieben installiert und erfüllen höchste Qualitätsstandards. Hervorragend geeignet für Prozessstandardisierung, kontinuierlich hohe Produktqualität und Good Manufacturing Practices (GMP), stehen Hielscher Ultraschall-Kristallisationsanlagen im Einklang mit Ihren Zielen höchster Produktionsstandards.

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Vorteile der Hielscher Ultrasonics Kristallisationssysteme für Cannabinoid-Isolate

  • Kristalle in Mikron- und Nanogröße (individuell einstellbar)
  • hohen Wirkungsgrad
  • Präzise kontrolliertes Kristallwachstum
  • Gleichmäßiges Kristallwachstum
  • Reine Kristallform
  • Singe-Pass / One-Pot-Verfahren
  • Wiederholbare, reproduzierbare Ergebnisse
  • einfach und sicher zu bedienen

Hohe Amplituden für die Sonokristallisation

Die Beschallung mit hoch-amplitudigen Ultraschallwellen während eines Kristallisationsprozesses verringerte die Induktionszeit stärker als die Beschallung mit Wellen niedriger Amplitude. [Kim und Suslick, 2018] Die Hochleistungs-Ultraschallbeschallung mit hohen Amplituden erzeugt durchgängig intensive Mikroturbulenzen, Scherkräfte und Agitation. Diese Mikro- und Makro-Bewegungen in der übersättigten Lösung führen zu einem verbesserten Stofftransport und in der Folge zu erhöhten Kristallisationsraten. Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7/365-Betrieb kontinuierlich betrieben werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschall-Sonotroden erhältlich.
Alle Geräte sind für den 24/7/365-Einsatz unter Volllast gebaut und ihre Robustheit und Zuverlässigkeit machen unsere Ultraschallprozessoren zum Arbeitstier in Ihrem Sonokristallisationsprozess. Damit sind Hielscher Ultraschallgeräte ein robustes Arbeitsgerät, das Ihre Anforderungen an die Sonokristallisation zuverlässig erfüllt.

Präzise steuerbare Amplituden für hochwertige Kristallisationsergebnisse

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Alle Hielscher Ultraschallprozessoren sind präzise steuerbare und damit zuverlässige Werkzeuge in R&D und Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, welcher die Effizienz und Effektivität der Sonokristallisation beeinflussen. Alle Hielscher Ultrasonics‘ Prozessoren ermöglichen die präzise Einstellung der Amplitude. Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden liefern und liefern die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich gefahren werden.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschall-Prozessparameter über eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, die Sono-Kristallisationsreaktion gezielt zu beeinflussen. Bei jedem Beschallungslauf werden alle Ultraschallparameter automatisch auf einer eingebauten SD-Karte aufgezeichnet, so dass jeder Durchlauf ausgewertet und kontrolliert werden kann. Optimale Beschallung für hoch-effiziente Sonokristallisation!

Temperaturgeregelte Beschallung

Bei Kristallisationsprozessen von Cannabinoiden ist die Temperatur ein entscheidender Prozessparameter, der das Ergebnis und die Qualität der CBD-Kristalle beeinflusst. Hielscher Sonokristallisationssysteme sind mit einem Kühlmantel ausgestattet, um die Prozesstemperatur permanent im gewünschten Bereich zu halten. Darüber hinaus verfügen unsere Sonokristallisationssysteme über eine intelligente Software, welche über einen steckbaren Temperatursensor die Prozesstemperatur überwacht. Im bedienerfreundlichen Menü kann der Anwender eine obere und untere Temperaturgrenze einstellen. Sobald die Prozesstemperatur den eingestellten Temperaturbereich überschreitet, pausiert der Ultraschallgenerator, bis die Temperatur wieder im voreingestellten ∆T liegt. Damit haben Sie eine präzise Kontrolle über den wichtigen Prozessparameter "Temperatur" während der Kristallisation.

Der MultiPhasenKavitator für gleichförmige Kristalle

InsertMPC48 mit 48 feinen Kanülen, welche die zweite Phase der Emulsion direkt in die Ultraschall-Kavitation Zone einzuspritzenDer MultiPhaseCavitator MPC48 ist ein einzigartiger Durchflusszelleneinsatz mit 48 Kanülen zur Injektion der zweiten Phase (d.h. des CBD-Destillats) direkt in den Kavitations-Hotspot. Dadurch entsteht ein hochgradig gleichmäßiges Gemisch aus CBD-Destillat und Lösungsmittel, welches die übersättigte Lösung bildet. In dieser übersättigten Lösung entstehen die Keime der CBD-Kristalle. Die Beschallung im Ultraschallreaktor mit MultiPhaseCavitator ermöglicht eine genau steuerbare Keimbildung und Kristallwachstum. Der MultiPhaseCavitator macht Kristallisationsprozesse hocheffizient und ermöglicht durch die präzise Steuerung eine Prozessstandardisierung. Ein hoch standardisierter Herstellungsprozess ist Teil der Good Manufacturing Practices (GMP) und hilft, kontinuierlich Produkte von höchster Qualität zu produzieren.

Ultrasonic reactor FC100L1K-1S with InsertMPC48

Ultraschallreaktor mit MultiPhaseCavitator für eine verbesserte Sonokristallisation

Höchste Qualität – entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen setzt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin konstruiert, gefertigt und gründlich getestet. Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Ultraschallgeräte von Hielscher machen sie zu einem Arbeitstier in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist ein selbstverständliches Qualitätsmerkmal der Hochleistungs-Ultraschallprozessoren und -reaktoren aus dem Hause Hielscher Ultrasonics.

Kontaktieren Sie uns jetzt und schildern Sie uns Ihre Anforderungen an die Sonokristallisation! Wir werden Ihnen den am besten geeigneten Ultraschall-Kristallisator und Reaktoraufbau empfehlen!

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Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Pentan als Lösungsmittel

n-Pentan (CAS-Nr. 109-6-0) ist ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, das üblicherweise für die Kristallisation von Cannabinoiden wie z.B. CBD verwendet wird.
"n-Pentan war nicht akut toxisch bei oraler oder inhalativer Aufnahme, es war nicht haut- oder augenreizend und führte nicht zu einer Sensibilisierung der Haut. Es zeigte keine kumulative Toxizität bei Konzentrationen bis zu 20000 mg m(-3), was etwa der Hälfte der unteren Explosionsgrenze und der höchsten als sicher erachteten Testkonzentration entspricht. Es verursachte keine Entwicklungstoxizität und war nicht mutagen. Aus diesen und anderen vorhandenen Informationen wird gefolgert, dass n-Pentan keine Einstufung wegen möglicher toxischer Gefahren (gemäß Anhang VI der EU-Gefahrstoffrichtlinie, 1993) erfordert, obwohl die physikalischen Eigenschaften darauf hindeuten, dass es angebracht wäre, vor der Aspirationsgefahr zu warnen. Außerdem gibt es keinen Grund, die aktuellen Empfehlungen für die Exposition am Arbeitsplatz zu reduzieren. Es gibt zwar einige sicherheitsrelvante Hinweise im Zusammenhang mit der Entflammbarkeit von n-Pentan, aber das Fehlen jeglicher nachweisbarer Toxizität bei hohen Behandlungsniveaus deutet darauf hin, dass das Risiko schädlicher gesundheitlicher Auswirkungen für alle Bevölkerungsgruppen minimal ist." (McKee et al. 1998)

Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.