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
UIP2000hdT Ultraschallextraktoren können an überkritische CO2 Extraktoren angeflanscht werden,
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.
Hielscher Ultraschallgeräte und Sonotroden sind erhältlich als
- Klein-sklalige superkritische Fluid-Extraktoren im Labormaßstab
- Semi-industrieller Extraktoren
- Industrielle Anlage
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!
FESEM-Bilder von Ingwerpartikeln. (A) Experimente ohne Beschallung, (B) Experimente bei Beschallung mit dem UIP500hdT .
Bild und Studie: Balachandran et al. 2006
- 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
Hielscher 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.
- 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 Ultraschallhomogenisatoren:
| 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
- S. Balachandran, S.E. Kentish, R. Mawson, M. Ashokkumar (2006): Ultrasonic enhancement of the supercritical extraction from ginger. Ultrasonics Sonochemistry
Volume 13, Issue 6, Sept. 2006. 471-479. - Yanxiang Gao, Bence Nagy, Xuan Liu, Béla Simándi, Qi Wang (2009): Supercritical CO2 extraction of lutein esters from marigold (Tagetes erecta L.) enhanced by ultrasound. The Journal of Supercritical Fluids. Volume 49, Issue 3, 2009. 345-350.
- E. Riera, A. Blanco, J. García, J. Benedito, A. Mulet, J. A. Gallego-Juárez, M. Blasco (2010): High-power ultrasonic system for the enhancement of mass transfer in supercritical CO2 extraction processes. Ultrasonics, 50, 2010, 306-309.
- Ai-jun Hu, Shuna Zhao, Hanhua Liang, Tai-qiu Qiu, Guohua Chen (2007): Ultrasound assisted supercritical fluid extraction of oil and coixenolide from adlay seed. Ultrasonics Sonochemistry Volume 14, Issue 2, Feb. 2007. 219-224.
Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Tischgeräte bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.