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.
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
- 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.
- Filtration: Die Slurry auf Pflanzenmaterial und Lösungsmittel wird durch einen Papierfilter oder einen Filterbeutel filtriert, um die festen Pflanzenteile aus der Flüssigkeit zu entfernen.
- 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.
- 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
Die Ultraschall-Extraktoren von Hielscher können präzise auf optimale Extraktionsbedingungen abgestimmt 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.
Ultraschallextraktion von CBD aus Cannabis: 120L Batch mit UIP2000hdT und Rührwerk
UP400St für die Extraktion von Cannabinoiden aus Cannabis
Lösungsmittel für die Ultraschallextraktion
Ethanol wird häufig als Lösungsmittel für die Extraktion von Cannabinoiden verwendet. Die Ultraschallgeräte von Hielscher erweitern Ihre Auswahl an Lösungsmitteln drastisch: Wasser-Ethanol-Gemisch, kryogenes Ethanol, Ethanol, überprozentiger 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.
einfacher und sicherer Betrieb
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 Die Extraktion ist kompliziert und erfordert einen Experten, der weiß, welche Drücke und Temperaturen angemessen sind, um die gewünschten Cannabinoide und Terpene zu erhalten. Die hohen Drücke und Temperaturen tragen erheblich zur Erhöhung der Kosten im Vergleich zur herkömmlichen Flüssigextraktion bei. Im Vergleich dazu ist die Ultraschallextraktion kostengünstig in der Anschaffung und Durchführung und liefert hohe Extraktmengen, die innerhalb weniger Minuten gewonnen werden. Da die Beschallung bei Umgebungsdruck (oder leicht erhöhtem Druck) und niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, ist die Ultraschallextraktion einfach und sicher zu bedienen. Hielscher-Schallgeräte werden wegen ihrer hohen Extraktionsrate, der Kompatibilität mit verschiedenen Lösungsmitteln, der einfachen Handhabung und der linearen Skalierbarkeit anerkannt und bevorzugt.
Nanoemulsionen
Um eine hohe Bioverfügbarkeit und eine optimale Wirkung des CBDs zu erhalten, sollten die CBD-Öltröpfchen in Nanoform verabreicht werden.
Die Schönheit der Hielscher Ultraschallgeräte liegt in ihrer vielseitigen Verwendbarkeit: Unsere Ultraschallsysteme können für die Cannabis-Extraktion UND die 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, hoch bioverfügbaren Nanoemulsion zu verarbeiten.
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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 Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Kontaktieren Sie uns noch heute! Wir freuen uns, Ihnen das am besten geeignete Ultraschall-Setup für Ihre Extraktionsbedürfnisse zu empfehlen!
- 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? Literaturhinweise
- Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
- Espinoza-Silva, Clara, Pascual, Erika, Delgadillo, Yacnehs, Flores, Omar R., Artica, Luis M., Marmolejo, Doris and Baños-Medina, Lilian (2023): Optimization of extraction using surface response methodology and quantification of cannabinoids in female inflorescences of marijuana (Cannabis sativa L.) at three altitudinal floors of Peru. Open Agriculture, Vol. 8, No. 1, 2023.
- 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 als Folge des Eintrags von Hochleistungs-Ultraschall in Flüssigkeit auf und ist durch energiedichte mechanische Effekte gekennzeichnet, welche in den sogenannten Kavitations-Hot-Spots zu beobachten sind.
Ultraschall-Extraktion – Kavitationseffekte
Wenn Hochleistungs-Ultraschallwellen in eine Flüssigkeit (z.B. eine Suspension aus pflanzlichem Material in einem Lösungsmittel) eingekoppelt werden, durchlaufen die Ultraschallwellen die Flüssigkeit und verursachen abwechselnd Hoch- und Niederdruckzyklen. Während der Niederdruckzyklen entstehen winzige Vakuumblasen (sogenannte Kavitationsblasen), die über mehrere Druckzyklen wachsen. Ab einer bestimmten Größe, wenn die Blasen nicht mehr Energie aufnehmen können, implodieren sie während eines Hochdruckzyklus heftig. Die Blasenimplosion ist gekennzeichnet durch intensive Kavitationskräfte, einschließlich Mikroturbulenzen und Flüssigkeitsströmungen mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 m/s. Diese kavitativen Schereffekte sind als sonomechanische Effekte bekannt. Die Ultraschallextraktion bioaktiver Moleküle wird hauptsächlich durch sonomechanische Effekte verursacht:
Die außergewöhnlichen Konditionen 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 herkömmlichn Extraktionsmethoden durch kürzere Verarbeitungsdauer, höhere Ausbeuten und niedrigere Prozesstemperaturen übertrifft. Als milde (sono-)mechanische Behandlung verhindert die Ultraschallextraktion den thermischen Abbau bioaktiver Verbindungen und übertrifft andere Techniken wie die konventionelle Lösungsmittelextraktion, die Hydrodestillation oder die Soxhlet-Extraktion, von denen bekannt ist, dass sie wärmeempfindliche Moleküle zerstören. Diese Vorteile machen die Ultraschallextraktion zur bevorzugten Technik für die Isolierung temperaturempfindlicher aktiver Verbindungen aus pflanzlichen Rohstoffen.
Daher ist die Ultraschallextraktion die bevorzugte Technik, um bioaktive Moleküle wie Polyphenole, Terpene, ätherische Öle und Cannabinoide aus den Pflanzenmaterialien zu extrahieren.
Die außergewöhnlichen Konditionen 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.
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.