Hielscher Ultraschalltechnik

Hocheffiziente Extraktion von Cannabidiol (CBD) aus Cannabis

Hielscher Ultraschallextraktoren gelten als bevorzugtes Equipment, wenn es um die zuverlässige und effiziente Extraktion von Hanf- und CBD-Ölen geht. Ultraschall ist als hochwirksame Extraktionstechnik zur Freisetzung wertvoller Verbindungen aus Pflanzenstoffen bekannt. Im Vergleich zu anderen Extraktionsmethoden wie der überkritischen CO2-Extraktion überzeugt die Ultraschalltechnik durch Effizienz, einfache Handhabung und flexiblen Einsatz.

Ultraschall-Extraktion

Die Ultraschall-Extraktion ist bekannt und ein langjährig etablierter Prozess, um wertvolle Verbindungen aus Pflanzen zu extrahieren. Daher ist die Beschallung (Sonifikation) die ideale Technik zur Herstellung hochwertiger CBD-Öle. Durch präzise steuerbare Ultraschallkavitation werden Pflanzenzellen perforiert und aufgeschlossen und das Lösungsmittel in die Zelle gedrückt, wo es intrazelluläre Verbindungen wie Cannabinoide, Terpene, Flavonoide etc. aufnimmt.

Die Ultraschall-Extraktion ist für die Herstellung von Pflanzenextrakten wie CBD aus Cannabis und Hanf weit verbreitet. Die Ultraschallextraktion ist eine sehr effiziente und schnelle Methode zur Isolierung von Pflanzenstoffen.

Ultraschall-Extraktion von Pflanzenstoffen, z.B. CBD und THC aus Cannabis

Ein großer Vorteil der Ultraschallbehandlung ist der Temperaturbereich, in dem die Extraktion durchgeführt werden kann. Die Ultraschall-Extraktion kann in heißem / warmem Ethanol bis zu kryogenem Ethanol (-70°C) durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine gezielte Isolierung der gewünschten Verbindungen. Die Ultraschallbehandlung in kryogenem Ethanol ergibt ein Extrakt, das hauptsächlich aus Cannabinoiden und Terpenen besteht, während eine warme / heiße Ethanolextraktion zu einer breiten Vielfalt phytochemischer Verbindungen (z. B. Aldehyde, Ester, Ethyle, Ketone) führt. Vollspektrum-Extrakte enthalten die Vielzahl von Cannabinoiden, Terpenen und anderen sekundären Pflanzenstoffen. Das Zusammenspiel der verschiedenen phytochemikalischen Stoffe wird als Entourage-Effekt bezeichnet. Demnach haben Phytochemikalien (z.B. Cannabinoide, Terpene, Polyphenole) synergistische Effekte und zeigen im Zusammenspiel mit anderen pflanzlichen Substanzen deutlich intensivere Wirkung. Dies bedeutet, dass ein CBD-Öl, welches neben CBD noch andere Cannabinoide, Terpene und Phytochemikalien enthält, eine signifikant höhere therapeutische Wirkung hat als ein CBD-Öl, das nur reines CBD enthält. Die Etraktion con Chlorophyll wird allerdings vermieden, da sie dem Extrakt einen unangenehmen Geschmack verleiht.

Schritt für Schritt

  1. Ultraschall-Extraktion: Die Ultraschallextraktion kann entweder im Batch- oder kontinuierlichen Durchflussmodus durchgeführt werden – je nach dem zu verarbeitenden Prozessvolumen. Das Extraktionsverfahren ist sehr schnell und ergibt eine hohe Menge an aktiven Verbindungen.
  2. Filtration: Die Slurry auf Pflanzenmaterial und Lösungsmittel wird durch einen Papierfilter oder einen Filterbeutel filtriert, um die festen Pflanzenteile aus der Flüssigkeit zu entfernen.
  3. Evaporation: Zur Abtrennung des CBD-Öls vom Lösungsmittel wird üblicherweise ein Rotor-Evaporator verwendet. Das Lösungsmittel, z.B. Ethanol, wird dabei wieder zurückgewonnen und kann wiederverwendet werden.
  4. Nano-Emulgierung: Mittels Ultraschall kann das gereinigte CBD-Öl zu einer stabilen Nanoemulsion verarbeitet werden, welche eine hervorragende Bioverfügbarkeit aufweist.

Hier können Sie die detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitung downloaden!

Hohe Extraktionsrate

UP400St mit Rührwerk für die Cannabis-ExtraktionAlle Hielscher Ultraschall-Extraktoren können exakt auf optimale Extraktionsbedingungen eingestellt werden – Extrahieren Sie höchste Ausbeuten sowie beste Qualität aus Ihrem Rohmaterial (Cannabisblätter, Knospen, Stängel etc.). Die Intensität des Ultraschalls ist entscheidend, wenn es um die Gewinnung von botanischen Wirkstoffen wie hochwertigem CBD-Öl aus Cannabis geht. Unsere Ultraschallgeräte UP400St, UIP500hdT, UIP1000hdT und UIP2000hdT sind mit präziser Amplitudensteuerung, Temperatursensor und Zeitsteuerung ausgestattet, damit Sie unter optimalen Bedingungen arbeiten können. Der farbige Touchscreen und die Browsersteuerung machen die Bedienung und Überwachung einfach und zuverlässig.

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

Ultraschallextraktion von CBD aus Cannabis: 120L Batch mit UIP2000hdT und Rührwerk

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Der UP400St von Hielscher ist ein leistungsstarker Ultraschall-Extraktor (Zum Vergrößern anklicken!).

UP400St für die Extraktion von Cannabinoiden aus Cannabis

Lösungsmittel

Ethanol wird häufig als Lösungsmittel für die Extraktion von Cannabinoiden verwendet. Mit Hielscher Ultraschallgeräte haben Sie die freie Auswahl an Lösungsmitteln: Wasser, Wasser-Ethanol-Gemisch, kryogenes Ethanol, Ethanol, überkritischer Alkohol, Glycerin usw.
Ethanol ist ein sehr beliebtes Lösungsmittel, da es sowohl polare (hydrophile) als auch unpolare (hydrophobe / lipophile) Substanzen löst. Mischungen aus Ethanol und Wasser in verschiedenen Verhältnissen können ebenfalls für die Ultraschallextraktion verwendet werden. Die Vorteile von Ethanol/Wasser-Mischungen sind geringere Kosten (aufgrund des geringeren Ethanolverbrauchs) und höhere Sicherheit, da sie weniger leicht entflammbar sind. Die Ultraschall-Extraktion mit kryogenem Ethanol (ca. -70°C) resultiert in sehr hohen Ausbeuten und hervorragender Qualität.

Einfache Anwendung

Macerated Cannabis vor der Extraktion von bioaktiven Verbindungen.Unsere Ultraschallgeräte sind auf optimale Benutzerfreundlichkeit ausgelegt, so dass unsere Ultraschall-Extraktoren einfach und sicher betrieben werden können. Gerne helfen wir unseren Kunden bei der installation und Inbetreibnahmen und stehen ihnen mit Empfehlungen bezüglich Ultraschalleinstellungen und Prozessparametern zur Seite. Unsere breites Prouktportfolio an Ultrascahallextraktoren ermöglicht es uns, Ihnen das am besten geeignete Gerät zu empfehlen – für die Batch- und die Inline-Verarbeitung.

Vorteile gegenüber der CO2 Extraktion

Überkritisches CO2 Extraktoren sind sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb teuer. Die CO2 Extraktion ist kompliziert und erfordert geschultes Personla, das weiß, welche Drücke und Temperaturen geeignet sind, um die gewünschten Cannabinoide und Terpene zu erhalten. Vergleicht man die CO2-Extraktion mit der konventionellen Flüssigextraktion, tragen u.a. die hohen Drücke und hohen Temperaturen wesentlich zur den deutlich höheren Kosten bei. Im Vergleich dazu ist die Ultraschallextraktion kostengünstig, sowohl in der Anschaffung als auch im Betreib. Die Ultraschallextraktion liefert hohe Ausbeuten, welche bereits innerhalb weniger Minuten extrahiert sind. Da die Ultraschallverarbeitung bei Umgebungsdruck (oder leicht erhöhtem Druck) und niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, ist die Ultraschallextraktion sehr einfach und sicher zu betreiben. Hielscher's Ultraschallextraktion wird wegen ihrer hohen Extraktionsrate, der Verwendung mit verschiedenen Lösungsmitteln, der einfachen und sicheren Anwendung sowie der linearen Skalierbarkeit geschätzt und bevorzugt.

Nanoemulsionen

Um eine hohe Bioverfügbarkeit und eine optimale Wirkung des CBDs zu erhalten, sollten die CBD-Öltröpfchen in Nanoform verabreicht werden.
Ein weiterer Vorteil der Hielscher Ultraschallgeräte liegt in ihrer vielseitigen Verwendbarkeit: Unsere Ultraschallsysteme können zur Cannabisextraktion UND zur Herstellung von Nanoemulsionen eingesetzt werden. Sie müssen nur ein Gerät kaufen, um das CBD aus Cannabis zu extrahieren und das CBD-Öl anschließend zu einer stabilen, sehr bioverfügbaren Nanoemulsion zu verarbeiten.
Klicken Sie hier, um mehr über die ultraschall-gestützte Nanoemulgierung von CBD zu erfahren!

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallgeräte her.

Hochleistungs-Ultraschallsysteme von Labor und Technikum bis hin zum industriellen Maßstab.

Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren

Hielscher Ultrasonics bietet Ultraschall-Extraktionsgeräte für die Cannabis-Extraktion sowie für die Emulgierung von Nano-Formulierungen.
Alle unsere Ultraschallgeräte sind neben ihrer präzisen Kontrollierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit für den 24/7 Betrieb ausgelegt. Unsere Systeme sind in der Lage, das volle Spektrum von niedrigen bis zu sehr hohen Amplituden zu liefern. Für die Extraktion von Cannabinoiden und Terpenen bieten wir spezielle Ultraschall-Sonotroden (auch Ultraschallstab oder Ultraschallfinger genannt) an, welche für die schonende Isolierung hochwertiger Wirkstoffe optimiert sind. Alle unsere Systeme können für die Extraktion und die anschließende Emulgierung von Cannabinoiden verwendet werden.
Die Robustheit der Hielscher Ultraschallsysteme ermöglicht einen 24/7 Betrieb unter starker Belastung sowie in anspruchsvollen Umgebungen.
Kontaktieren Sie uns noch heute! Wir freuen uns, Ihnen das am besten geeignete Ultraschall-Setup für Ihre Extraktionsbedürfnisse zu empfehlen!

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Vorteile der Ultraschallextraktion

  • Hochwertige Extrakte
  • vollständigere Extraktion
  • Hohe Extraktionsrate
  • Vollspektrum-Extrakt
  • Verwendung verschiedener Lösungsmittel
  • nicht toxisch
  • Nicht-thermische (kalte) Methode
  • Schneller Extraktionsprozess
  • Sicher und einfach zu bedienen
  • Lineare Skalierbarkeit

Literatur

  • Brenneisen R. (2007): Chemistry and Analysis of Phytocannabinoids and Other Cannabis Constituents. In: ElSohly M.A. (eds) Marijuana and the Cannabinoids. Forensic Science and Medicine.


Wissenswertes

Vorteile der Ultraschall-Extraktion

Die Ultraschallextraktion basiert auf dem Prinzip der akustischen Kavitation. Kavitation tritt auf, wenn Hochleistungs-Ultraschall in Flüssigkeit eingekoppelt wird, und ist durch energiedichte mechanische Effekte gekennzeichnet, welche in den sogenannten "Hot Spots" auftreten. In diesen Ultraschall-"Hot Spots" können lokal extreme Bedingungen wie sehr hohe Temperaturen und Drücke, erhebliche Aufheiz- und Abkühlraten sowie große Druckunterschiede und Flüssigkeitsstrahlen mit bis zu 100km/s gemessen werden.
Die außergewöhnlichen Bedingungen der Ultraschallkavitation perforieren und/oder schließen Zellwände und Membranen auf und ermöglichen ein intensives Eindringen des Lösungsmittels in das Extraktionsrohmaterial. Die Ultraschallextraktion ermöglicht somit eine sehr schnelle Isolierung von phytochemischen Verbindungen – wodurch die Ultraschallextraktion herkömmliche Extraktionsmethoden durch ihre kürzerer Verarbeitungsdauer, höhere Ausbeuten und niedrigere Prozesstemperaturen übertrifft. Als milde mechanische Behandlung verhindert die Ultraschallextraktion die thermischen Zersetung bioaktiver Verbindungen und übertrifft andere Techniken wie die konventionelle Lösungsmittelextraktion, die Hydrodestillation oder die Soxhlet-Extraktion, welche dafür bekannt sind, wärmeempfindliche Moleküle zu zerstören. Diese Vorteile machen die Ultraschallextraktion zur bevorzugten Technik für die Freisetzung von temperaturempfindlichen Wirkstoffen aus Pflanzenmaterial.

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

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

Cannabinoide

Cannabinoide sind natürlich vorkommende phytochemische Verbindungen, die in der Cannabis sativa Pflanze vorhanden sind. Es gibt über 480 verschiedene Verbindungen in der Cannabispflanze. Cannabis (auch Marihuana oder Hanf genannt) ist ein außergewöhnlich starkes Heilkraut. Von den zahlreichen therapeutisch aktiven Verbindungen werden 85 Phytochemikalien als Cannabinoide bezeichnet (und es könnte durchaus sein, dass noch weitere Cannabinoide gefunden werden). CBD und THC (Tetrahydrocannabinol / Δ9-THC) sind die bekanntesten Cannabinoide. Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal ist, dass CBD nicht-psychotrop / psychoaktiv ist, während THC psychoaktive Wirkungen zeigt (d.h. 'high' macht).
Cannabinoide werden sowohl als Lifestyle-Produkt zur Entspannung als auch aus medizinischen Gründen konsumiert.
Pharmakokinetische Daten von CBD:
Bioverfügbarkeit – Oral: 13-19%, Inhalation: 11-45% (Mittelwert 31%)
Eliminationshalbwertszeit: 9 Stunden
In den USA sind CBD-Produkte, die weniger als 0,03% THC enthalten und aus Industriehanf gewonnen werden, bundesweit legal und können legal in allen Staaten, ungeachtet deren Marihuanagesetze, gekauft werden.
Pharmakokinetische Daten von THC:
Bioverfügbarkeit – Oral: 6-20%, Inhalation: 10-35%
Eliminationshalbwertszeit: 1,6-59 Stunden, 25-36 Stunden (oral verabreichtes Dronabinol)

Nanoformulierungen

Nano-Cannabinoide sind Cannabisöle, die zu einer nanoskaligen Öl-in-Wasser-Emulsion formuliert wurden. Diese Nano-Cannabinoide haben eine sehr hohe Bioverfügbarkeit (schnellere Aufnahme und erhöhte Gesundheitseffekte) und können daher in geringerer Dosierung verabreicht werden. Darüber hinaus können Cannabis-Nanoemulsionen leicht in medizinische Produkte, Getränke, Lebensmittel und kosmetische Produkte (z. B. Cremes, Lotionen) eingemischt werden. Da Nanoemulsionen oft durchscheinend sind, können sie leicht in andere Produkte formuliert werden, ohne das optische Erscheinungsbild zu beeinträchtigen.
Um eine qualitativ hochwertige Nanoemulsion zu produzieren, sind die Tröpfchengröße und der Polydispersitätsindex (PDI) wichtige Faktoren, welche die Stabilität der Nanoemulsion erheblich beeinflussen. Ein hoher Polydispersitätsindex weist die Existenz großer Tröpfchen nach, was zur Folge hat, dass die Emulsion durch Koaleszenz und Ostwald-Reifung destabilisiert wird. Eine kleine und enge Tröpfchengrößenverteilung ist deshalb ein wichtiger Faktor für die Stabilität und längere Haltbarkeit von (Nano-/ Mikro-) Emulsionen.
Cannabis-Nanoemulsionen: Für Hanföl bzw. CBD-Nanoemulsionen wird das Hanföl bzw. CBD-Öl in ein hochwertiges Lebensmittelöl gemischt. Typische Pflanzenöle sind MCT-Öl, Kokosnussöl, Avocadoöl, Olivenöl, Leinsamenöl, Mandelöl und Walnussöl. Als Emulgator (Tensid, Netzmittel, Stabilisator) haben sich Polysorbat 80, Lecithin, Quillaja-Saponine (Seifenrinde) und Soja-Lecithine bewährt. Xanthangummi, Pektin oder Molkeprotein können zusätzlich zugegeben werden, um die Rheologie und Emulsionsstabilität zu verbessern.

CO2 Extraktion

CO2 Extraktion kann auf zwei Arten durchgeführt werden: überkritische und unterkritische Extraktion. Wenn CO2 als Lösungsmittel verwendet wird, kann es unterschiedliche Eigenschaften ausweisen, welche von seinem Fluidzustand abhängen. Subkritisches CO2 definiert CO2 im Zustand zwischen 5-10°C (278,15 - 283,15 K; 41-50°F) und einem Druck zwischen 800-1500 psi (54,43-102,06 atm; 5,51-10,24 MPa). Bei dieser Temperatur und diesem Druck verhält sich CO2 wie eine dicke Flüssigkeit. Wenn Temperatur- und Druckbedingungen erhöht werden und die kritische Temperatur (304,25 K, 31,10°C, 87,98°F) und kritischer Druck (72,9 atm, 7,39 MPa, 1,071 psi) überschritten werden, dehnt sich CO2 wie ein Gas aus, allerdings mit einer Dichte wie der einer Flüssigkeit. Dies ist bekannt als überkritisches Kohlendioxid (sCO2 oder SC-CO2)).
Subkritisches CO2 Extraktion verwendet niedrige Temperatur und niedrigen Druck und benötigt daher mehr Zeit. Subkritisches CO2 Extraktion ergibt geringere Ausbeuten, so dass Terpene und Öle aufgrund einer unvollständigen Extraktion im Pflanzenrohmaterial zurückbleiben. Für überkritisches CO2 Extraktion werden höhere Temperaturen und höhere Drücke angewendet, wodurch Terpene und andere Phytochemikalien geschädigt werden können. Für überkritisches CO2 Extraktionen ist ein nachgelagerter Prozess – bekannt als Winterisierung – notwendig, um unerwünschte Verbindungen wie Lipide und Chlorophyll zu entfernen. Während des Winterisierungsprozesses wird das Rohextrakt in Ethanol gefrohren, um die reinen Cannabinoide und Terpene von anderen Verbindungen im Extrakt abzutrennen.