Auflösung von Cannabinoiden in alkoholischen Getränken mittels ultraschallgestützter Nanoemulgierung
Stellen Sie klare, stabile CBD-, THC-, CBG- und Vollspektrum-Cannabisgetränke mithilfe skalierbarer Ultraschall-Nanoemulgierung her. Cannabinoide sind öllösliche Verbindungen und können Trübungen, Ringbildung, Sedimentation, schlechten Geschmack und eine ungleichmäßige Dosierung verursachen, wenn sie in alkoholischen oder alkoholarmen Getränkesystemen nicht richtig dispergiert werden. Hielscher Ultrasonics‘ Hochleistungs-Ultraschall-Emulgatoren erzeugen feine Cannabinoid-Nanoemulsionen, die sich durch ein transparentes Erscheinungsbild, langfristige physikalische Stabilität und eine reproduzierbare Wirkstoffverteilung auszeichnen.
Von der Rezepturentwicklung bis zur kontinuierlichen Inline-Produktion helfen Hielscher-Ultraschallgeräte Getränkeherstellern dabei, Tröpfchengröße, Emulgatoreinsatz, Temperatur, Verweilzeit und Durchsatz zu steuern. Nutzen Sie die Ultraschall-Emulgierungssysteme von Hielscher für CBD-Spirituosen, THC-haltige Cocktails, Cannabis-Seltzer, Bitter, Aperitifs, alkoholfreie Cannabis-Getränke und funktionelle Getränkerezepturen.
Herstellung von nanoemulgierten Getränken mit dem Sonicator UP400St
Warum sich Cannabinoide nur schwer in Getränken einbringen lassen
Cannabinoide lösen sich gut in hochprozentigem Alkohol. 190-prozentiger Alkohol mit einem Ethanolanteil von etwa 92,4 Gewichtsprozent ist jedoch aufgrund seiner starken physiologischen Wirkung, seines strengen Geschmacks und der eingeschränkten Flexibilität bei der Rezeptur für die meisten Konsumgetränke ungeeignet. Die meisten handelsüblichen Cannabisgetränke, darunter Spirituosen, RTD-Cocktails, Seltzer und Produkte mit niedrigem Alkoholgehalt, erfordern einen geringeren Alkoholgehalt, ein angenehmes Geschmacksprofil und ein stabiles Erscheinungsbild.
Um Cannabisextrakte wie CBD, THC, CBG sowie Vollspektrum-Hanf- oder Cannabisextrakte in Getränkeprodukte zu integrieren, muss die cannabinoidhaltige Ölphase in sehr kleine Tröpfchen zerlegt und mit einem geeigneten Emulgator in Lebensmittelqualität stabilisiert werden. Die ultraschallgestützte Nanoemulgierung erzeugt intensive Hochschnittkräfte, die die Ölphase in der alkoholischen oder wässrig-alkoholischen Getränkematrix dispergieren. Dadurch entstehen klare oder fein dispergierte Cannabinoid-Getränke mit verbesserter Stabilität, gleichmäßiger Wirkstoffverteilung und ansprechendem optischem Erscheinungsbild.
Ultraschall-Nanoemulgierung für klare CBD- und THC-Getränke
Ultraschallprozessoren von Hielscher erzeugen in Flüssigkeiten akustische Kavitation. Die dadurch entstehenden hohen Scherkräfte, Mikroströmungen und Druckschwankungen zerteilen die cannabinoidhaltigen Ölphasen in Tröpfchen im Nanobereich und verteilen diese gleichmäßig im Getränk. In Kombination mit einem geeigneten lebensmitteltauglichen Emulgator hilft Ultraschall dabei, transparente oder durchscheinende Nanoemulsionen für mit Cannabis angereicherte alkoholische und alkoholfreie Getränke herzustellen.
Enge Verteilungskurve der Hanföl-in-Wasser-Nanoemulsion, hergestellt mit dem Ultraschallgerät UP400St.
- Effiziente und schnelle Homogenisierung unter hoher Scherbeanspruchung
- Klares oder transparentes Aussehen des Getränks
- Feine Tröpfchengröße für eine verbesserte Dispersionsstabilität
- Reproduzierbare aktive Verteilung für eine gleichmäßige Dosierung
- Geeignet für CBD-, THC-, CBG- und Vollspektrum-Extrakte
- Kompatibel mit verschiedenen lebensmitteltauglichen Emulgatorsystemen
- Skalierbar von der Laborformulierung bis zur industriellen Inline-Produktion
- Einfache Bedienung bei präziser Prozesssteuerung
Arbeitsablauf für Getränketechniker
Der folgende Arbeitsablauf unterstützt Getränkehersteller&Entwicklungsteams und Produktionstechniker erarbeiten stabile Rezepturen für Cannabinoid-Getränke und übertragen diese vom Labor in die Serienproduktion.
| Prozessschritt | Techniker im Fokus | Zweck |
|---|---|---|
| 1. Definieren Sie die Getränkematrix | Alkoholgehalt, pH-Wert, Zuckergehalt, Kohlensäuregehalt, Aromasystem, Konservierungsstoffe | Ermitteln Sie die Kompatibilitätsgrenzen, bevor Sie Cannabinoide hinzufügen |
| 2. Die Cannabinoidphase vorbereiten | CBD, THC, CBG, Vollspektrum-Extrakt, Trägeröl, Terpenprofil | Schaffen Sie eine kontrollierte aktive Phase für eine präzise Dosierung |
| 3. Wählen Sie den Emulgator aus | Lebensmitteltauglich, Clean-Label, alkoholverträglich, geschmacksneutral | Die Nanoemulsion stabilisieren und die Klarheit des Getränks gewährleisten |
| 4. Vormischung | Grobe Emulsion, kontrollierte Zugabesequenz, keine Lufteinschlüsse | Bereiten Sie die Formulierung für eine effiziente Ultraschallbehandlung vor |
| 5. Sonicate | Amplitude, Leistungsaufnahme, Durchflussmenge, Verweilzeit, Temperatur | Die Tröpfchengröße verringern und die Cannabinoidphase homogenisieren |
| 6. Qualitätskontrolle | Tröpfchengröße, Trübung, Aktivverteilung, Phasenstabilität | Überprüfen Sie, ob das Getränk den Spezifikationen entspricht |
| 7. Haltbarkeitstests | Wärme-/Kältezyklen, Lichteinwirkung, Lagerdauer, Kohlensäurestabilität | Die Stabilität unter realistischen Marktbedingungen überprüfen |
| 8. Skalierung | Chargenbetrieb, Umwälzbetrieb oder kontinuierlicher Inline-Betrieb | Die Formulierung in die kommerzielle Produktion überführen |
Wichtige Formulierungsparameter für stabile Cannabinoid-Getränke
Die erfolgreiche Herstellung von Cannabinoid-Getränken hängt vom Zusammenspiel von Extraktqualität, Emulgatorchemie, Alkoholgehalt und den Parametern des Ultraschallverfahrens ab. Bei der Rezepturentwicklung sollten Getränketechniker die folgenden Variablen dokumentieren:
- Tröpfchengröße: Kleinere Tröpfchen sorgen für Klarheit, physikalische Stabilität und eine gleichmäßige Verteilung der Cannabinoide.
- Emulgatorkonzentration: Der Emulgator muss in ausreichender Menge vorhanden sein, um die Öl-Wasser- oder Öl-Alkohol-Grenzfläche zu stabilisieren, ohne dabei einen Fehlaroma oder übermäßige Schaumbildung zu verursachen.
- Alkoholgehalt: Ethanol mit hohem Alkoholgehalt löst Cannabinoide leichter auf, während Getränke mit niedrigem Alkoholgehalt in der Regel eine stärkere Emulgierung und Stabilisierung erfordern.
- Temperatur: Die Zufuhr von Ultraschallenergie kann die Temperatur der Flüssigkeit erhöhen. Bei geschmacksempfindlichen Formulierungen kann eine Kühlung oder ein Inline-Wärmeaustausch erforderlich sein.
- Verweilzeit und Durchflussmenge: Die Inline-Ultraschallbehandlung ermöglicht eine präzise Steuerung der Energiezufuhr pro Volumen.
- Anzahl der Durchgänge: Eine Rückführung oder mehrfache Durchläufe können die Tröpfchengröße bei Bedarf weiter verringern.
- Getränkematrix: Zucker, Säuren, Kohlensäure, Farbstoffe, Aromastoffe und Konservierungsstoffe können die Klarheit und die langfristige Emulsionsstabilität beeinflussen.
Tipps zur Verbesserung Ihrer Nanoemulsionen für Cannabinoid-Getränke
| Problem | Mögliche Ursache | Vorgeschlagene Anpassung |
|---|---|---|
| Dunst oder Trübung | Zu große Tröpfchen; ungeeigneter Emulgator; überladene Ölphase | Die Ultraschallintensität erhöhen, das Emulgatorverhältnis optimieren oder die Cannabinoidkonzentration verringern |
| Ringbildung | Die Ölphase ist noch nicht vollständig stabilisiert | Die Auswahl der Emulgatoren optimieren, die Qualität der Vormischung verbessern oder einen zusätzlichen Ultraschallschritt durchführen |
| Sedimentation | Verunreinigungen, Wachse oder instabile Dispersionen entfernen | Verwenden Sie einen reineren Extrakt, verbessern Sie die Filtration und optimieren Sie die Ultraschallbedingungen |
| Bitterer oder stark nach Cannabis schmeckender Geschmack | Extraktprofil, Terpengehalt oder hoher THC-Gehalt/Vollspektrum-Konzentration | Verwenden Sie Geschmacksmaskierung, reduzieren Sie die Dosis pro Portion oder wählen Sie einen reineren Extrakt |
| Schaumbildung während der Verarbeitung | Tensidsystem, Ansaug- oder Pumpenbedingungen | Luftbeimischung reduzieren, die Befüllung der Durchflusszelle optimieren und die Pumpendrehzahl anpassen |
| Wärmeanstieg | Hoher Energieverbrauch oder unzureichende Kühlung | Inline-Kühlung einsetzen, die Umwälzzeit verkürzen oder die Verweilzeit regeln |
| Schwankende Wirksamkeit | Mangelhafte Durchmischung, Phasentrennung oder unzureichende Probenahme | Überprüfung der Homogenität, Probenahme bei unterschiedlichen Füllständen und Verbesserung der Inline-Verteilung |
Nano-dispergierte Cannabinoide für eine verbesserte Verteilung und Bioverfügbarkeit
Cannabinoide sind schwer wasserlöslich und von Natur aus hydrophob. In Getränken führt dies zu Herausforderungen hinsichtlich der Klarheit, Stabilität und gleichmäßigen Dosierung. Nanoemulsionen, Liposomen und feste Lipidträger werden in pharmazeutischen, nutrazeutischen und funktionellen Lebensmittelanwendungen eingesetzt, um die Dispersion zu verbessern und die Bioverfügbarkeit lipophiler bioaktiver Verbindungen zu fördern.
Die Ultraschall-Nanoemulgierung vergrößert die Oberfläche der cannabinoidhaltigen Phase, indem die Tröpfchen auf sehr kleine Größen reduziert werden. Dies verbessert die Verteilung in der Getränkematrix und kann zu einem besseren Auflösungsverhalten beim Verzehr beitragen. Getränkehersteller sollten Angaben zur Bioverfügbarkeit, zum Wirkungseintritt und zur Dosierung gemäß den geltenden analytischen und regulatorischen Anforderungen in ihren Zielmärkten validieren.
Mit THC angereicherte Spirituosen und Cannabis-Fertiggetränke
Die Entwicklung von mit THC angereicherten Getränken ist besonders anspruchsvoll. THC hat ein intensives Geschmacksprofil, und viele Getränkemarken verlangen neben einer stabilen Dispersion und einer gleichmäßigen Dosierung auch einen reinen, milden Geschmack. Die ultraschallgestützte Nanoemulgierung hilft dabei, THC-haltige Extrakte in Spirituosen, Cocktails, Selters, Bitter und anderen Getränkebasen zu dispergieren. Die Geschmacksqualität hängt jedoch auch von der Auswahl des Extrakts, dem Terpenprofil, der Wahl des Emulgators, der Dosierung und dem Geschmacksprofil des Getränks ab.
Bei THC-, CBD- und Vollspektrum-Cannabisgetränken sollten Hersteller die Anforderungen hinsichtlich Zusammensetzung, Dosierung, Kennzeichnung, Verpackung und Vertrieb in der jeweiligen Rechtsordnung prüfen. Die Vorschriften für Cannabis, Alkohol und kombinierte Cannabis-Alkohol-Produkte können je nach Markt erheblich voneinander abweichen.
Anwendungen im Getränkebereich
- CBD- und THC-haltige Spirituosen
- Wodka-, Whisky-, Rum- und Gin-Rezepturen
- Bitter und Aperitifs, wie zum Beispiel Amaro
- Fertigcocktails und Mixgetränke
- Hard Seltzer und alkoholhaltige Sprudelgetränke
- Getränke auf Bier- und Malzbasis
- alkoholhaltige Limonaden und Erfrischungsgetränke
- Fruchtsäfte, Limonaden und alkoholfreie Cannabisgetränke
- Funktionsgetränke mit CBD, CBG oder Vollspektrum-Extrakten
Ultraschall-Aromatisierung und Aufguss von Pflanzenstoffen
Die Ultraschallextraktion kann auch zur Herstellung alkoholfreier und alkoholhaltiger, mit Cannabis angereicherter Getränke mit zusätzlichen pflanzlichen Aromastoffen eingesetzt werden. So kann beispielsweise die Ultraschallbehandlung genutzt werden, um ein Cannabisgetränk mit Kräutern, Gewürzen, Zitrusschalen, Bitterstoffen oder anderen Aromastoffen anzureichern. Dies kann das sensorische Profil verbessern und die Entwicklung differenzierter Getränkeprodukte unterstützen.
Ultraschall-Prozessoren zum Lösen und Emulgieren
Hielscher Ultrasonics bietet ein breites Sortiment an leistungsstarken Ultraschallgeräten zur Nanoemulgierung von Cannabinoiden in alkoholischen und alkoholfreien Getränken. Mit Cannabis angereicherte Getränke, Aperitifs, Spirituosen und Cocktails lassen sich herstellen, indem Phytocannabinoide wie CBD, THC, CBG oder Vollspektrum-Cannabisextrakte in trinkbare Flüssigkeiten eingemischt werden.
Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen. Amplituden von bis zu 200µDas Gerät kann im Dauerbetrieb rund um die Uhr eingesetzt werden. Für noch höhere Amplituden sind maßgeschneiderte Ultraschallsonotroden erhältlich.
Welcher Hielscher-Ultraschallapparat eignet sich für Ihren Getränkeprozess?
Die Wahl des geeigneten Ultraschallsystems hängt von der Chargengröße, der angestrebten Durchflussrate, der Viskosität, dem Alkoholgehalt, der gewünschten Tröpfchengröße und dem Produktionsplan ab. Beginnen Sie mit Laborversuchen, um die Stabilität der Rezeptur zu überprüfen, und skalieren Sie das Verfahren anschließend unter Beibehaltung desselben Ultraschallprinzips auf die Pilot- oder industrielle Inline-Verarbeitung.
| Produktionsphase | Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|---|
| Laborrezeptur | 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| Rezeptentwicklung und Kleinserien | 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| Pilotversuche und handwerkliche Fertigung | 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| Industrielle Inline-Fertigung | 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
| Serienfertigung in großen Stückzahlen | n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000hdT |
| Sehr große Produktionslinien | n.a. | größere | Cluster aus UIP16000hdT |
FAQ: Cannabinoid-Nanoemulsionen in alkoholischen Getränken
Warum lassen sich Cannabinoide in alkoholischen Getränken nur schwer auflösen?
Cannabinoide wie CBD, THC, CBG und Vollspektrum-Cannabisextrakte sind hydrophob, was bedeutet, dass sie sich in Getränken auf Wasserbasis nur schlecht lösen. Hochprozentiges Ethanol kann Cannabinoide leichter lösen, doch die meisten Konsumgetränke weisen einen deutlich geringeren Alkoholgehalt auf. In Getränken mit niedrigem Alkoholgehalt, Cocktails, Selters und Fertiggetränken müssen Cannabinoide fein emulgiert werden, um gleichmäßig verteilt und optisch stabil zu bleiben.
Wie trägt Ultraschall dazu bei, Cannabinoide in Getränken aufzulösen?
Ultraschallprozessoren erzeugen in Flüssigkeiten starke Kavitationskräfte. Diese Kräfte zerteilen cannabinoidhaltige Ölphasen in sehr kleine Tröpfchen und verteilen sie gleichmäßig in der Getränkematrix. In Verbindung mit einem geeigneten lebensmitteltauglichen Emulgator lassen sich durch ultraschallgestützte Nanoemulgierung klare oder fein dispergierte Cannabinoid-Getränke mit verbesserter physikalischer Stabilität herstellen.
Kann die Ultraschall-Emulgierung für CBD- und THC-Getränke eingesetzt werden?
Ja. Die Ultraschall-Emulgierung kann für CBD-, THC-, CBG- und Vollspektrum-Cannabisextrakte eingesetzt werden. Das Verfahren eignet sich für Getränkehersteller, die mit Cannabis angereicherte Spirituosen, RTD-Cocktails, Hard Seltzer, Bitter, Aperitifs, alkoholfreie Cannabisgetränke und andere funktionelle Getränkeprodukte entwickeln. Die Hersteller müssen sicherstellen, dass ihre Rezeptur, der Cannabinoidgehalt, die Kennzeichnung und die Vertriebskanäle den geltenden lokalen Vorschriften entsprechen.
Was macht ein Cannabinoid-Getränk klar und stabil?
Klarheit und Stabilität hängen von der Tröpfchengröße, der Wahl des Emulgators, der Cannabinoidkonzentration, dem Alkoholgehalt, dem Zuckergehalt, dem pH-Wert, der Temperatur und den Lagerbedingungen ab. Die Ultraschall-Nanoemulgierung trägt dazu bei, die Tröpfchengröße zu verringern und die Verteilung zu verbessern, wodurch Trübungen, Aufrahmung, Sedimentation und Phasentrennung reduziert werden können.
Welche Emulgatoren können für Nanoemulsionen in Cannabinoid-Getränken verwendet werden?
Für die Entwicklung von Cannabinoid-Getränken werden in der Regel Emulgatoren oder Stabilisatoren in Lebensmittelqualität benötigt, die mit der Getränkematrix und den gesetzlichen Anforderungen kompatibel sind. Die Wahl des besten Emulgators hängt vom Cannabinoidextrakt, dem gewünschten Geschmacksprofil, dem Alkoholgehalt, den Kennzeichnungsvorschriften und dem angestrebten Klärungsgrad ab. Hielscher-Ultraschallsysteme können während der Produktentwicklung mit verschiedenen Emulgatorsystemen getestet werden.
Verändert die Ultraschallbehandlung den Geschmack von Cannabisgetränken?
Die Ultraschallbehandlung verbessert die Dispersion, beseitigt jedoch nicht automatisch den charakteristischen Geschmack von Cannabisextrakten. Die Geschmacksqualität hängt vom Extrakt, dem Terpenprofil, dem Emulgator, der Dosierung und der Getränkebasis ab. Bei THC- und Vollspektrum-Extrakten kann eine Geschmacksmaskierung oder eine sorgfältige Geschmacksabstimmung erforderlich sein.
Ist die Ultraschall-Nanoemulgierung für die industrielle Getränkeherstellung geeignet?
Ja. Hielscher liefert Ultraschallsysteme vom Labormaßstab bis hin zur Pilot- und industriellen Inline-Produktion. Getränkehersteller können mit kleinen Rezepturversuchen beginnen, die Prozessparameter optimieren und denselben Ultraschallprozess mithilfe von Durchflusszellen und industriellen Ultraschallprozessoren auf die kontinuierliche Produktion hochskalieren.
Welche Prozessparameter sollten Getränketechniker überwachen?
Zu den wichtigen Parametern zählen Amplitude, Ultraschallleistung, Durchflussrate, Verweilzeit, Temperatur, Druck, Emulgatorkonzentration, Cannabinoidkonzentration und die Anzahl der Durchläufe. Zur Qualitätskontrolle sollten Getränketechniker die Tröpfchengröße, Trübung, Phasenstabilität, Cannabinoidverteilung, den Geschmack und die Haltbarkeit überwachen.
Können Ultraschallsysteme in eine bestehende Getränkeabfüllanlage integriert werden?
Ja. Industrielle Ultraschallprozessoren können für die Inline-Verarbeitung konfiguriert und in Pumpen, Tanks, Wärmetauscher, Durchflusszellen sowie bestehende Anlagen zur Getränkeherstellung integriert werden. Die Inline-Ultraschallbehandlung eignet sich besonders für eine kontrollierte Skalierung, reproduzierbare Qualität und die kontinuierliche Produktion.
Wie wähle ich den richtigen Hielscher-Ultraschallapparat für Cannabinoid-Getränke aus?
Die Wahl des richtigen Systems hängt von der Chargengröße, der angestrebten Durchflussrate, der Viskosität, dem Alkoholgehalt, der gewünschten Tröpfchengröße und dem Produktionsplan ab. Kleine Ultraschallgeräte eignen sich für die Formulierung im Labor und Machbarkeitstests, während industrielle Hielscher-Systeme für Pilotversuche, die handwerkliche Produktion und die kontinuierliche Inline-Fertigung eingesetzt werden.
Literatur / Literaturhinweise
- Huestis, Marilyn A. (2007): Human Cannabinoid Pharmacokinetics. Chem Biodivers. 2007 August; 4(8): 1770–1804.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
UIP4000hdT, ein leistungsstarker 4000-Watt-Industrie-Ultraschallgerät, für die Inline-Herstellung von mit Nanopartikeln angereicherten und nanoemulgierten Cannabisgetränken.
Hochleistungs-Ultraschall: Das Produktangebot von Hielscher deckt das gesamte Spektrum ab – von kompakten Labor-Ultraschallgeräten und Tischgeräten bis hin zu kompletten industriellen Ultraschallsystemen.