Durch Leistungsultraschall verbesserte Extraktion mit überkritischen Fluiden
Die Ultraschallextraktion wird allein oder in Kombination mit alternativen Extraktionsverfahren wie der Lösungsmittelextraktion oder der überkritischen CO2-Extraktion erfolgreich eingesetzt, um das gesamte Spektrum der Cannabinoide aus der Cannabispflanze (Hanf und Marihuana) zu extrahieren. In Marihuana ist Δ9-Tetrahydrocannabinol (Δ9-THC) mit seinen bekannten psychotropen Wirkungen das Hauptcannabinoid. Weitere wichtige Cannabinoide mit geringerer oder gar keiner psychotropen Wirkung kommen sowohl in Hanf als auch in Marihuana vor. Dazu gehören Cannabidiolsäure (CBDA), Cannabidiol (CBD), Cannabigerol (CBG), Cannabichromen (CBC), Cannabinol (CBN) und Cannabicyclol (CBL) sowie weitere mit C19 assoziierte Homologe.
Ultraschallgestützte Verbesserung der überkritischen CO2-Extraktion
Die Kombination von Hochleistungsultraschall und Extraktoren für überkritische Fluide (SFE) ist eine hocheffiziente und saubere Methode zur Beschleunigung und Verbesserung von Stofftransportprozessen. Der Stofftransport zwischen dem Rohmaterial (z. B. pflanzlichen Materialien wie Blättern, Blüten, Knospen usw.) und dem Lösungsmittel (z. B. überkritischem CO2) ist der begrenzende Faktor bei Extraktionsprozessen. Der eingeschränkte Stofftransport verringert die Extraktionseffizienz. Um die mangelnde Effizienz auszugleichen, muss entweder die Extraktionszeit verlängert oder eine geringere Extraktionsausbeute in Kauf genommen werden.
Die Behandlung mit Hochleistungsultraschall ist eine bewährte Technologie zur Intensivierung langsamer Reaktionen durch einen verbesserten Stofftransport zwischen zwei Phasen. Durch intensive Schwingungen, Scherkräfte und durchmischende Turbulenzen bringt Leistungsultraschall das zu extrahierende Rohmaterial wesentlich schneller mit dem Lösungsmittel in Kontakt. Dies führt zu höheren Extraktionsausbeuten und einer kürzeren Extraktionszeit. Die Ultraschallbehandlung steigert die Extraktionseffizienz aller Arten von Extraktoren für überkritische Fluide:
- durch eine höhere Ausbeute
- durch eine kürzere Extraktionszeit
- durch einen geringeren erforderlichen Druck
- durch eine höhere Gesamtproduktionskapazität
UIP2000hdT kann als Ultraschallextraktor an überkritische CO
Der Stofftransport bei überkritischen CO2-Extraktionsprozessen lässt sich durch Ultraschall einfach verbessern, indem eine Hochleistungssonotrode wie eine Cascatrode in den Extraktor für überkritische Fluide integriert wird. Sonotroden von Hielscher Ultrasonics (auch als Ultraschallhörner bezeichnet) lassen sich über Standardflanschdichtungen anschließen und sind mit Swedge-Lock-Anschlüssen kompatibel. Dies ermöglicht eine einfache und sichere Installation und Bedienung. Wie alle Ultraschallgeräte von Hielscher, die für ihre Robustheit und dauerhafte Leistungsfähigkeit bekannt sind, ist auch ein einmal installiertes System wartungsarm.
Ultraschallgeräte und Sonotroden von Hielscher sind verfügbar für
- Extraktoren für überkritische Fluide im Klein- und Labormaßstab
- den halbindustriellen Maßstab
- den industriellen Maßstab
Ultraschallextraktor, der zur Verbesserung des Stofftransports in eine Anlage mit überkritischem CO2 integriert wurde. Dies erhöht die Extraktionsausbeute und verringert die Extraktionszeit und -temperatur.
Abbildung und Studie: Hu et al. 2007
Fallstudie zur ultraschallgestützten Verbesserung der überkritischen CO2-Extraktion
Ingwerextraktion: Balachandran et al. (2006) untersuchten die Effizienz der ultraschallunterstützten überkritischen CO2-Extraktion mit dem Hielscher Ultraschallgerät UIP500hdT. Sie untersuchten den Einfluss von Ultraschall auf die überkritische Extraktion anhand von gefriergetrocknetem Ingwer. „Die Ausbeute an Scharfstoffen aus Ingwer wird unter dem Einfluss von Ultraschall deutlich erhöht, mit Steigerungen von bis zu 30% gegen Ende der Extraktionsdauer.“ (Balachandran et al. 2006)
Erfahren Sie mehr über die Ultraschallextraktion von Ingwer!
FESEM-Aufnahmen von Ingwerpartikeln. (A) Versuche ohne Beschallung, (B) Versuche mit Beschallung unter Verwendung des UIP500hdT.
Abbildung und Studie: Balachandran et al. 2006
- den Stofftransport während der SFE intensivieren
- die Extraktausbeuten erhöhen
- die SFE-Extraktion beschleunigen
- problemlos bei hohen Drücken arbeiten
- verschiedene Rohmaterialien verarbeiten
- in bestehende SFE-Anlagen nachgerüstet werden
- flexibel installiert werden
- präzise gesteuert werden
- ferngesteuert werden
- sicher betrieben werden
Hochleistungs-Ultraschallextraktoren für die Extraktion mit überkritischen Fluiden
Ultraschallgeräte von Hielscher lassen sich problemlos in jeden herkömmlichen überkritischen CO2-Extraktor integrieren, um den Stofftransport zu verbessern und dadurch die Extraktionsausbeute zu erhöhen.
Sonotroden des Typs CascatrodeTM eignen sich besonders für die Integration in einen CO2-Extraktor, da die Cascatroden von Hielscher über eine große Oberfläche verfügen, über die starke Kavitation in den großen Behältern von CO2-Extraktionsanlagen erzeugt wird. Dadurch lassen sich problemlos große Volumina verarbeiten. Die robusten und zuverlässigen industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher Ultrasonics 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 erhältlich. Der zuverlässige Dauerbetrieb bei hohen Amplituden sowie die Robustheit und der geringe Wartungsaufwand der Ultraschallextraktoren von Hielscher machen sie zur idealen Ausrüstung für die Integration in überkritische / unterkritische CO2-Extraktoren für Forschung und Entwicklung sowie für den kommerziellen Einsatz.
- dauerhaft hohe Leistungsfähigkeit
- 24/7/365-Betrieb
- präzise Prozesssteuerung
- Robustheit
- geringer Wartungsaufwand
- sichere und einfache Bedienung
- Fernsteuerung über den Browser
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 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. | höher | Verbund aus UIP16000 |
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Literatur / Quellen
- 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.
Hochleistungsultraschall! Das Produktsortiment von Hielscher deckt das gesamte Spektrum ab: vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Tischgeräte bis hin zu Ultraschallsystemen für den großindustriellen Einsatz.