Überkritische Fluid-Extraktion durch Ultraschall intensivieren

Die Ultraschallextraktion kann allein oder in Kombination mit alternativen Extraktionsmethoden wie der Lösungsmittelextraktion oder der überkritischen CO2 Extraktion erfolgreich eingesetzt werden, um das gesamte Spektrum der Cannabinoide aus der Cannabispflanze (Hanf und Marihuana) zu extrahieren. In Marihuana ist der Hauptbestandteil der Cannabinoide das Δ9-Tetrahydro-Cannabinol (Δ9-THC) mit seinen bekannten psychotropen Wirkungen. Andere wichtige Cannabinoide mit weniger oder gar keiner psychotropen Wirkung sind sowohl in Hanf als auch in Marihuana zu finden. Dazu gehören Cannabidiol-Säure (CBDA), Cannabidiol (CBD), Cannabigerol (CBG), Cannabichromen (CBC), Cannabinol (CBN) und Cannabicyclol (CBL), sowie andere C19-assoziierte Homologe.

Durch Ultraschall intensivierte überkritische CO2 Extraktion

Die Kombination von Hochleistungs-Ultraschall und überkritischen Fluidextraktoren (SFE) ist eine hocheffiziente und elegante Methode, um den Stofftransport während eines Extraktionsprozesses zu beschleunigen und zu verbessern. Der Massentransfer zwischen dem Rohmaterial (z.B. pflanzliche Rohstoffe wie Blätter, Blüten, Knospen usw.) und dem Lösungsmittel (z.B. überkritisches CO2) ist der begrenzende Faktor bei Extraktionsprozessen. Aufgrund des eingeschränkten Stofftransfers ist die Extraktionseffizienz reduziert. Um die fehlende Effizienz zu kompensieren, muss entweder die Extraktionszeit erhöht oder die Extraktionsausbeute verringert werden.
Hochleistungs-Ultraschall ist eine bewährte Technologie zur Intensivierung langsamer Reaktionen. Dabei wird Hochleistungs-Ultraschall eingesetzt, um den Stoffübergang zwischen zwei Phasen zu steigern. Durch intensive Vibrationen, Scherkräfte und Turbulenzen setzt der Hochleistungsultraschall den Extraktionsrohstoff mit einer deutlich erhöhten Rate dem Lösungsmittel aus. Dies führt zu einer höheren Extraktionsausbeute und einer kürzeren Extraktionszeit. Die Ultraschallextraktion erhöht die Extraktionseffizienz bei allen überkritischen Fluidextraktoren:

  • durch Erhöhung der Extrakt-Ausbeute
  • durch Verkürzung der Extraktionszeit
  • durch Reduzierung des erforderlichen Drucks
  • durch Verbesserung der gesamten Produktionskapazität

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Ultrasonication improves the extraction efficiency of supercritical CO2 extraction systems

UIP2000hdT Ultraschallextraktoren können an überkritische CO2 Extraktoren angeflanscht werden, um den Stoffübergang und damit die Extraktionsausbeute zu verbessern

Die ultraschall-gestützte Intensivierung des Stofftransfers in überkritischen CO2-Extraktionsprozessen kann einfach durch die Implementierung einer Hochleistungs-Ultraschallsonotrode, wie z.B. einer Cascatrode, in den überkritischen Fluidextraktor realisiert werden. Die Sonotroden von Hielscher Ultrasonics (auch bekannt als Ultraschallhorn, Ultraschallgeber oder Ultraschallstab) können über Standard-Flanschdichtungen angeschlossen werden und sind kompatibel mit Swedge-Lock-Anschlüssen. Das macht die Installation und den Betrieb einfach und sicher. Wie alle Hielscher Ultraschallgeräte, welche für ihre Robustheit und Dauerleistung bekannt sind, ist ein einmal installiertes System wartungsarm.

Ultraschall-gestützte überkritische Fluid-Extraktion für jede Produktionsgröße
Hielscher Ultraschallgeräte und Sonotroden sind erhältlich als

  • Klein-sklalige superkritische Fluid-Extraktoren im Labormaßstab
  • Semi-industrieller Extraktoren
  • Industrielle Anlage
Ultrasonic probe extractors coupled into supercritical CO2 extraction systems improve the overall efficiency.

Ultraschallextraktor, der in ein überkritisches CO2-System implementiert wurde, um den Stoffaustausch zu verbessern. Dies erhöht die Extraktionsausbeute und reduziert die Extraktionszeit und -temperatur.
Abbildung und Studie: Hu et al. 2007

Fallstudie für eine ultraschall-intensivierte überkritisches CO2 Extraktion

Ingwer-Extraktion: Balachandran et al. (2006) untersuchten die Effizienz der ultraschall-gestützten überkritischen CO2-Extraktion unter Verwendung des Hielscher Ultraschallgerätes UIP500hdT. Sie untersuchten den Einfluss von Ultraschall auf die überkritische Extraktion mit gefriergetrocknetem Ingwer. Dabei konnten sie folgendes feststellen: "Die Ausbeute an scharfen Geschamckskomponenten aus Ingwer wird unter dem Einfluss von Ultraschall signifikant erhöht, mit Verbesserungen von bis zu 30% gegen Ende der Extraktionszeit." (Balachandran et al. 2006)
Lesen Sie mehr über die Ingwerextraktion mit Ultraschall!

Ultraschall-Extraktion von getrocknetem Ingwer
Ultrasonication enhances supercritical CO2 extraction of bioactive compounds from ginger significantly.

FESEM-Bilder von Ingwerpartikeln. (A) Experimente ohne Beschallung, (B) Experimente bei Beschallung mit dem UIP500hdT .
Bild und Studie: Balachandran et al. 2006

Hielscher Ultraschallgeräte können

  • den Stoffaustausch während SFE intensivieren
  • Extraktausbeute erhöhen
  • SFE-Extraktion beschleunigen
  • problemlos hohe Drücke handhaben
  • verschiedene Rohstoffe verarbeiten
  • in bestehende SFE-Systeme nachgerüstet werden
  • flexibel installiert werden
  • präzise gesteuert werden
  • ferngesteuert werden
  • sicher betrieben werden

Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren für die superkritische Flüssigkeits-Extraktion

Ultrasonic booster and probe (cascatrode) mounted to the horn of the ultrasonic transducer UIP2000hdTHielscher Ultraschallprozessoren lassen sich problemlos in jede reguläre überkritische CO2 Extraktionsanlage einbauen, um den Stoffaustausch zu verbessern und dadurch die Extraktionsausbeute zu erhöhen.
Die Ultraschallsonotroden des Types CascatrodeTM eignen sich besonders für die Integration in einen CO2 Extraktor, da Hielscher Cascatroden eine große Oberfläche bieten, über die die intensive Kavitation in die großen Behälter mit CO2 Extraktionsanlagen eingetragen werden. Dadurch können große Volumina problemlos verarbeiten werden. Hielscher Ultrasonics‘ robuste und zuverlässige industrielle Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich gefahren werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden verfügbar. Der zuverlässige Dauerbetrieb hoher Amplituden sowie die Robustheit und der geringe Wartungsbedarf der Hielscher Ultraschall-Extraktoren machen sie zum idealen Gerät für den Einsatz in R&D und kommerziellen überkritischen / unterkritischen CO2 Extraktoren.

Vorteile der Hielscher Ultraschallsysteme:

  • kontinuierlich hohe Leistung
  • 24/7/365-Betrieb
  • präzise Prozesssteuerung
  • Robustheit
  • Geringer Wartungsaufwand
  • sicher und einfach zu bedienen
  • Browser-Fernsteuerung

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200St, UP400St
0.1 bis 8l 0,2 bis 2l/min UIP500hdT
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Literatur / Literaturhinweise



Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Tischgeräte bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.