Cannabisöl / CBD-Nanoemulsion mittels Ultraschall
Die Herstellung klarer, lichtdurchlässiger Cannabis-Nanoemulsionen ist eine echte Herausforderung. Ultraschallemulgatoren ermöglichen die hocheffiziente Herstellung klarer, langzeitstabiler Nanoemulsionen, die Cannabinoide verkapseln. Mittels Ultraschall nanoemulgiertes CBD, CBG oder THC weist eine deutlich höhere Bioverfügbarkeit auf.
CBD-Nanoemulsionen mit einer Sonotrode herstellen
Ultraschallkavitation ist eine äußerst wirksame Emulgiermethode zur Herstellung hochwertiger Emulsionen im Nanobereich. Die Beschallung trüber Emulsionen (Mikroemulsionen, ca. 150 bis 100 nm) macht diese lichtdurchlässig oder klar und transparent, da sie die CBD-Tröpfchengröße auf winzige Tröpfchen im Bereich von ca. 10 nm reduziert. Dies erhöht die Emulsionsstabilität erheblich. Mittels Ultraschall hergestellte Emulsionen sind häufig ohne Zusatz eines Emulgators oder Tensids eigenstabil.
Bei Cannabisöl verbessert die Nanoemulgierung die Aufnahme und Bioverfügbarkeit der Cannabinoide und führt dadurch bei oraler Verabreichung zu einer stärkeren Wirkung. Im Vergleich zu herkömmlichen CBD-Formulierungen ermöglichen Nanoemulsionen daher eine niedrigere Dosierung des Cannabisprodukts bei gleicher Wirkung.
Cannabisölemulsionen sind Suspensionen von Cannabinoiden in Mikro- oder Nanogröße für Produkte auf Cannabis-, Hanf-, THC- oder CBD-Basis wie Tinkturen, Kapseln, Lotionen und Verdampferkartuschen für E-Zigaretten. Cannabinoide wie THC, CBD usw. sind lipophil (= hydrophob). Daher erfordert die Dispergierung des Cannabinoids in wasserbasierten Formulierungen eine intensive Scherung. Cannabinoide sind nicht wasserlöslich, lösen sich jedoch gut in unpolaren Lösungsmitteln wie Ölen und Fetten. Um die Nichtmischbarkeit von Cannabinoiden mit Wasser zu überwinden, ist eine geeignete Emulgiertechnik erforderlich. Intensive Ultraschallkavitation ist eine bekannte und etablierte Technik zur Herstellung feintröpfiger, stabiler Emulsionen (o/w, w/o, w/o/w, o/w/o, Mikro- und Nanoemulsionen).
Ultraschall-Nanoemulgatoren ermöglichen die Herstellung klarer und wohlschmeckender Cannabis-Nanoemulsionen. Das Bild zeigt das Ultraschallgerät UP400ST (400 W)
Öl: Pflanzenöle wie Olivenöl, Kokosöl oder MCT-Öl unterstützen die Aufnahme der Cannabiswirkstoffe im Verdauungssystem. Cannabinoide wie CBD und THC können ohne Öl oder Fett kaum aufgenommen werden. Um eine optimale Aufnahme zu erreichen, werden Cannabisextrakte meist in Öl emulgiert und anschließend zu einer Emulsion weiterverarbeitet.
Emulgator: Lecithin, das als Pulver, Granulat und in flüssiger Form erhältlich ist, ist ein Emulgator, der sich für Lebensmittel und medizinische Produkte eignet. Für Cannabisölemulsionen ist Lecithin einer der gebräuchlichsten Emulgatoren. Weitere Emulgatoren, die gute Ergebnisse erzielen, sind Gummi arabicum oder stärkebasierte Emulgatoren.
So stellen Sie eine Cannabisemulsion durch Beschallung her
Zur Herstellung stabiler CBD-Nanoemulsionen eignet sich eine Mischung aus Polysorbat 80 und Lecithin sehr gut. Überteuerte Vormischungen sind nicht erforderlich, da beide Zusatzstoffe problemlos in Lebensmittelqualität erhältlich sind.
- Polysorbat 80: auch bekannt als Alkest TW 80, Scattics, Canarcel, Poegasorb 80, Montanox 80, Tween 80
- Lecithin: Lipoid ist ein Hersteller von hochwertigem Lecithin.
Rezepturen zur Formulierung von CBD-Nanoemulsionen
Für eine CDB-Nanoemulsion mit 2 wt% (Öl in Wasser) verwenden Sie: 2 wt% CBD-Öl, 2 wt% Polysorbat 80, 1 wt% Lecithin, 95 wt% Wasser.
Für eine CDB-Nanoemulsion mit 5 wt% (Öl in Wasser) verwenden Sie: 5 wt% CBD-Öl, 3,3 wt% Polysorbat 80, 1,7 wt% Lecithin, 90 wt% Wasser.
Erforderliche Ultraschallenergie: ca. 300 bis 400 Ws/g Beschallungsenergie bei Amplituden von 40 bis 70 Mikrometern. Die Ultraschallgeräte UP200Ht oder UP400St eignen sich als Emulgiergeräte für bis zu 5 L pro Charge.
Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Herstellung einer CBD-Nanoemulsion mittels Ultraschall:
- Ölmischung: Mischen Sie zur Vorbereitung ca. 10 mL Cannabisöl (z. B. CBD-Öl, Haschischöl BHO) mit 40 mL Olivenöl vor!
- Öl-in-Wasser-Nanoemulsion: Verwenden Sie zur Herstellung der Cannabisölemulsion ein Becherglas mit ca. 100 mL Wasser. Geben Sie als Emulgator ca. 10–15 Gramm flüssiges Sojalecithin hinzu. Das Wasser sollte Raumtemperatur haben. Stellen Sie das Becherglas mit Wasser in ein Wasserbad, um die Temperatur während der Beschallung zu kontrollieren. Tauchen Sie die Sonotrode des UP400St in das Becherglas mit Wasser ein. Stellen Sie für die Beschallung eine Amplitude von 50 % ein. Gießen Sie die Cannabisöl-Olivenöl-Mischung langsam in die 100 mL Wasser bei Raumtemperatur, während Sie das Wasser beschallen, um eine Nanoemulsion zu bilden. Um eine bessere Emulsion zu erzielen, geben Sie die Ölvormischung mit einer Tropfpipette oder Spritze direkt unterhalb der Sonotrode in das Wasser.
Bei Anlagen im größeren Maßstab mit einer Durchflusszelle wird der Hielscher MultiPhaseCavitator InsertMPC48 verwendet, um das CBD-Öl direkt in den Bereich der Ultraschallkavitation unterhalb der Ultraschallsonotrode einzuspritzen. Der MultiPhaseCavitator InsertMPC48 wird zur Inline-Herstellung von Nanoemulsionen mittels Ultraschall eingesetzt und gewährleistet die gleichmäßige Nanoemulgierung von CBD-Öl in Wassermischungen.
Die Rolle von Trägerölen für Ultraschall-Nanoemulsionen
Trägeröle sind ein wichtiger Bestandteil bei der Herstellung von CBD-Nanoemulsionen mittels Ultraschall.
Um eine stabile Nanoemulsion zu erzeugen, muss das CBD-Öl gleichmäßig in der gesamten wässrigen Phase dispergiert werden. Hier kommen Trägeröle ins Spiel. Trägeröle sind typischerweise leichtere, weniger viskose Öle, die sich besser mit Wasser mischen lassen als CBD-Öl. Sie werden verwendet, um das CBD-Öl zu verdünnen und seine Dispergierung in der wässrigen Phase zu erleichtern.
Trägeröle spielen auch für die Stabilität der Nanoemulsion eine Rolle. Die Art des verwendeten Trägeröls kann die Tröpfchengröße und die Stabilität der Nanoemulsion beeinflussen. Bestimmte Öle eignen sich beispielsweise besser zur Stabilisierung kleiner Tröpfchen, während andere besser verhindern können, dass Tröpfchen im Laufe der Zeit koaleszieren.
Neben ihrer funktionellen Rolle können Trägeröle auch die sensorischen Eigenschaften des Endprodukts beeinflussen. Sie können sich auf die Textur, Farbe und das Aroma der Nanoemulsion auswirken.
Insgesamt sind Trägeröle ein wichtiger Bestandteil bei der Herstellung von CBD-Nanoemulsionen mittels Ultraschall. Sie helfen, das CBD-Öl in der wässrigen Phase zu dispergieren, stabilisieren die Nanoemulsion und können die sensorischen Eigenschaften des Endprodukts beeinflussen.
Liste geeigneter Trägeröle für die Herstellung von CBD-Nanoemulsionen mittels Ultraschall
In unserem obigen Beispiel verwenden wir Olivenöl als Trägeröl für die mittels Ultraschall hergestellte Cannabisöl-Nanoemulsion. Neben Olivenöl gibt es mehrere andere Optionen, die ebenfalls häufig verwendet werden. Welches Trägeröl für CBD-Nanoemulsionen am besten geeignet ist, kann von mehreren Faktoren abhängen, etwa von der gewünschten Tröpfchengröße, der Stabilität und den sensorischen Eigenschaften des Endprodukts. Hier finden Sie einige gängige Trägeröle für CBD-Nanoemulsionen und einige ihrer Eigenschaften:
- MCT-Öl (mittelkettige Triglyceride): MCT-Öl ist ein leichtes, farbloses und geschmacksneutrales Öl, das aus Kokosöl gewonnen wird. Es wird häufig für CBD-Nanoemulsionen gewählt, da es sehr stabil und lange haltbar ist und zur Bildung kleiner Tröpfchen beitragen kann.
- Sonnenblumenöl: Sonnenblumenöl ist ein geschmacksneutrales Öl mit einem hohen Gehalt an ungesättigten Fettsäuren. Es eignet sich gut für CBD-Nanoemulsionen, da es zur Bildung kleiner Tröpfchen beitragen kann und eine hohe Oxidationsstabilität aufweist.
- Hanfsamenöl: Hanfsamenöl ist ein beliebtes Trägeröl für CBD-Produkte, da es reich an Omega-3- und Omega-6-Fettsäuren ist. Es kann als Trägeröl für CBD-Nanoemulsionen verwendet werden, ist jedoch möglicherweise weniger stabil als andere Öle und kann größere Tröpfchen bilden.
- Traubenkernöl: Traubenkernöl ist ein leichtes, geschmacksneutrales Öl mit einem hohen Gehalt an ungesättigten Fettsäuren. Es eignet sich gut für CBD-Nanoemulsionen, da es zur Bildung kleiner Tröpfchen beitragen kann und eine hohe Oxidationsstabilität aufweist.
Letztlich hängt die Wahl des Trägeröls von den spezifischen Anforderungen an das Produkt und den gewünschten sensorischen Eigenschaften ab. Zu beachten ist, dass auch die Wahl des Emulgators und die Verarbeitungsbedingungen (etwa der Energieeintrag während der Ultraschallbehandlung) die Eigenschaften der fertigen Nanoemulsion erheblich beeinflussen können.
Enge Verteilungskurve einer mit dem Ultraschallgerät UP400St hergestellten Hanföl-in-Wasser-Nanoemulsion.
Die Nanoemulgierung mittels Ultraschall dient zur Herstellung stabiler CBD-Nanoemulsionen mit höherer Bioverfügbarkeit.
Cannabisölemulsion mit Olivenöl als Trägeröl.
Liposomale CBD-Emulsionen
Die Ultraschallbehandlung ist die bevorzugte Methode zur Herstellung von liposomalem CDB oder liposomalem THC in Form pharmazeutischer und kosmetischer Vesikel. Liposomen sind lipidbasierte Nanoträger für pharmazeutische Wirkstoffe, die die Bioverfügbarkeit und die therapeutische Wirkung von Wirkstoffen wie CBD oder THC verbessern. Da Cannabinoide sehr empfindliche Moleküle sind, neigen sie zum Abbau durch Oxidation sowie durch verschiedene Enzyme. Die Nanoverkapselung von CBD oder THC in Liposomen verhindert den Abbau der Cannabinoide. Durch Beschallung lassen sich Cannabinoide wirksam in Liposomen verkapseln.
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Stabilität von THC/CBD-Nanoemulsionen
Um langzeitstabile Öl-in-Wasser-Nanoemulsionen (o/w) herzustellen, ist es notwendig, ein geeignetes Tensid zu verwenden oder Liposomen zu bilden, die die lipophilen bioaktiven Verbindungen in einem Trägeröl verkapseln. Für Cannabisöl sollte das Trägeröl Lebensmittelqualität aufweisen und das Aussehen, den Geschmack oder die Stabilität des Endprodukts nicht beeinträchtigen. Kokosöl (MCT) und Olivenöl sind gute Trägeröle für Cannabinoide. Trägeröle sind ein sehr wichtiger Faktor für die Herstellung einer physikalisch-chemisch stabilen Emulsion, da sie dazu beitragen können, die Emulsion vor Ostwald-Reifung zu schützen. Die Ostwald-Reifung ist die treibende Kraft, die eine Emulsion durch Tröpfchenvergröberung destabilisiert. Nanoemulsionen aus langkettigen Triglyceriden sind langzeitstabil gegen Ostwald-Reifung. Olivenöl und Kokosöl enthalten langkettige Triglyceride, sodass sowohl Olivenöl als auch Kokosöl geeignete Trägeröle für THC oder CBD sind.
Ultraschallgeräte zur Nanoemulgierung
Mit einem Ultraschallemulgiergerät können Sie eine CBD-Nanoemulsion im Chargenbetrieb oder im kontinuierlichen Betrieb herstellen. Die Ultraschallhomogenisatoren von Hielscher sind leistungsstarke Emulgatoren zur Herstellung stabiler CBD-Nanoemulsionen. Die Herstellung von Cannabisölemulsionen (o/w) mittels Ultraschall ist ein einfaches und schnelles Verfahren, das durch optimale Ergebnisse überzeugt.
Hielscher Ultrasonics ist der führende Anbieter leistungsstarker und zuverlässiger Ultraschallsysteme. Das Angebot deckt das gesamte Spektrum von Labor- und Tischgeräten bis hin zu Industrieanlagen zur Verarbeitung großer Volumina unter anspruchsvollen Bedingungen ab. Zu den gängigen Anwendungen der Ultraschallgeräte von Hielscher gehören Emulgierung, Homogenisierung und Extraktion für Lebensmittel und Getränke sowie in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie.
| Chargenvolumen der Emulsion | Volumenstrom der Emulsion | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 bis 500 mL | 10 bis 200 mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000 mL | 20 bis 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20 L | 0,2 bis 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 L | 2 bis 10 L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 bis 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | höher | Verbund aus UIP16000 |
Ultraschallextraktion
Die Ultraschallextraktion ist ein bekanntes und seit Langem etabliertes Verfahren zur Gewinnung wertvoller Verbindungen aus pflanzlichen Rohstoffen. Daher ist die Beschallung die ideale Technik zur Herstellung hochwertiger CBD-Öle. Durch präzise steuerbare Ultraschallkavitation werden Pflanzenzellen perforiert und das Lösungsmittel wird in die Zelle gedrückt, wo es intrazelluläre Verbindungen wie Cannabinoide, Terpene, Flavonoide usw. aufnimmt.
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Wissenswertes
THC- und CBD-Nanoemulsionen
Nanoemulsionen werden auch als Miniemulsionen oder Submikronemulsionen bezeichnet. Nanoemulsionen sind Emulsionen mit einer Tröpfchengröße zwischen 20 und 500 nm. Eine Nanoemulsion ist ein thermodynamisch stabiles, isotropes System, das aus zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten besteht (z. B. Öl und Wasser). Eine der beiden nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten wird sehr fein in der zweiten Phase dispergiert, um eine einzige Phase zu bilden. Die Zugabe von Emulgatoren, z. B. Tensiden und Cotensiden, stabilisiert die Emulsionen, indem sie die Koaleszenz der Tröpfchen verhindert. Größe und Form der in der kontinuierlichen Phase dispergierten Partikel/Tröpfchen bestimmen den wesentlichen Unterschied zwischen einer Emulsion und einer Nanoemulsion. Die Ostwald-Reifung ist der wichtigste Destabilisierungsmechanismus bei THC- oder CBD-Nanoemulsionen. Die Ostwald-Reifung ist ein diffusionsbedingter Abbauprozess, bei dem sich eine inhomogene Struktur wie eine Emulsion im Laufe der Zeit verändert. Die Emulsionströpfchen werden mit der Zeit größer, da sich die kleineren Tröpfchen auflösen und ihr Material an den größeren Tröpfchen wieder ablagern. Die Art des Öls hat einen wesentlichen Einfluss auf das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Ostwald-Reifung. Das bedeutet, dass die Wahl eines geeigneten Öls die Emulsionsstabilität erheblich beeinflussen kann. Nanoemulsionen ermöglichen eine verbesserte Wirkstoffabgabe (z. B. von Arzneistoffen).
Über Butan-Haschischöl (BHO)
Haschischöl wird durch Lösungsmittelextraktion hergestellt, z. B. durch Ultraschallextraktion oder ultraschallunterstützte Extraktion mit überkritischem C02. Zur Herstellung von Haschischöl wird vorzugsweise trockenes, decarboxyliertes Pflanzenmaterial verwendet. Die folgenden Flüssigkeiten werden häufig als Lösungsmittel für die Haschischölextraktion eingesetzt: Ethanol, Chloroform, Dichlormethan, Petrolether, Naphtha, Benzol, Butan, Methanol, Isopropanol und Olivenöl. Unpolare Lösungsmittel wie Benzol, Chloroform und Petrolether können die wasserlöslichen Bestandteile von Marihuana oder Haschisch nicht extrahieren. Dies trägt dazu bei, ein potenteres Haschischöl zu erhalten. Die Gewinnung von Cannabisextrakten mit unpolaren Lösungsmitteln ergibt ein geschmacklich besseres Produkt als die Extraktion mit polaren Lösungsmitteln. Das Waschen der Extrakte mit einer Lauge kann den Geruch und Geschmack des Haschischöls verbessern.
Bewahren Sie Haschischöl in einem luftdichten Behälter auf und schützen Sie es vor Lichteinwirkung. Durch die Einwirkung von Luft, Wärme und Licht verliert das Öl infolge von Alterung seinen Geschmack und seine psychoaktive Wirkung. Der Zusatz von Antioxidantien zur Haschischölformulierung kann diesen negativen Effekt verringern.
Über Cannabinoide
In Cannabis wurden mindestens 113 Arten von Cannabinoiden identifiziert. Cannabinoide sind wirksame sekundäre Pflanzenstoffe mit psychoaktiven und/oder medizinischen Wirkungen. THC oder Tetrahydrocannabinol ist die wichtigste psychoaktive Verbindung in Cannabis. CBD oder Cannabidiol ist ein weiterer wichtiger Inhaltsstoff mit therapeutischen Wirkungen. Cannabinoide sind lipophile und potenziell säurelabile Verbindungen. Cannabinoide sind in Wasser unlöslich, lösen sich jedoch sehr gut in unpolaren Lösungsmitteln (z. B. Fett und Öl). Um die Verdauung von Cannabinoiden zu verbessern, werden Cannabisextrakte in Trägeröle eingemischt und anschließend mittels Ultraschall zu Nanoemulsionen verarbeitet.