Hielscher – Ultraschall-Technologie

Ultraschall Cannabisöl Nanoemulsionen

  • Die Cannabionoide THC, CBD etc. sind lipophil (= hydrophob) und lassen sich daher kaum in wasserbasierte Formulierungen dispergieren.
  • Ultraschall-Homogenisatoren sind leistungsstarke Emulgiersysteme. Ultraschall wird daher als bevorzugte Methode verwendet, um Cannabinoide zu einer stabilen Nano-Emulsion in Wasser bzw. eine wässrige Phase zu verarbeiten.
  • Bei der ultraschall-gestützte Produktion von Cannabis-Öl-Emulsionen (o/w) handelt es sich um ein einfaches und schnelles Verfahren, mit dem hervorragende Ergebnisse erzielt werden.

Cannabisöl-Wasser-Emulsion

Der Ultraschallprozessor UP400St eignet sich hervorragend für die Emulgierung von bis zu 5L. Wenn Sie eine Durchflusszelle verwenden, verarbeitet die UP400St problemlos ca.10-50L pro Stunde.Cannabisöl-Emulsionen werden hergestellt, um Cannabinoid-Suspensionen für Cannabis-, Hanf-, THC- und CBD-basierte Produkte, z.B. Kapseln, Tinkturen, Lotionen und e-Zigarette Vape Patronen, zu formulieren. Cannabinoide sind nicht wasserlöslich; sie weisen stattdessen eine gute Löslichkeit in unpolaren Lösungsmitteln wie Ölen und Fetten auf. Um eine Vermischung von Cannabinoiden in Wasser zu erreichen, ist ein geeignetes Emulgierverfahren erforderlich. Bei der Ultraschallkavitation handelt es sich um eine bekannte und bewährte Technologie, mit der feine, stabile Emulsionen (o/w, w/o, w/o/w, o/w/o Mikro- und Nanoemulsionen) produziert werden.

Öl: Pflanzenöle wie Oliven- oder Kokosöl unterstützen die Aufnahme der Cannabiswirkstoffe über das Verdauungssystem. Cannabinoide wie CBD und THC können vom Körper ohne Öl oder Fett kaum aufgenommen werden. Um eine optimale Absorption zu erreichen, werden Cannabis-Extrakte meist in ein Öl eingemischt, welches anschließend zu einer Emulsion weiterverarbeitet wird.
Emulgator: Lecithin ist ein Emulgator, welcher sowohl für Lebensmittel als auch medizinische Produkte zugelassen ist. Es ist in Pulver-, Granulat- sowie flüssiger Form erhältlich. Für Cannabis-Öl-Emulsionen ist Lecithin einer der am häufigsten verwendeten Emulgatoren. Mit Gummiarabikum oder stärkebasierten Emulgatoren lassen sich ebenfalls gute Effekte erzielen.

Die Herstellung einer Cannabis-Emulsion mit Ultraschall

Um stabile CBD-Nanoemulsionen herzustellen, funktioniert eine Mischung aus Polysorbat 80 und Lecithin sehr gut. Es ist nicht notwendig, überteuerte Vormischungen zu kaufen, da beide Zusatzstoffe in Lebensmittelqualität leicht erhältlich sind.

  • Polysorbat 80auch bekannt/verkauft als Alkest TW 80, Scattics, Canarcel, Poegasorb 80, Montanox 80, Tween 80.
  • Lecitin: Lipoid ist ein Hersteller von hochwertigem Lecithin.

Für 2wt% CDB Öl im Wasser verwenden: 2 Gew.-% CBD-Öl, 2 Gew.-% Polysorbat 80, 1 Gew.-% Lecithin, 95 Gew.-% Wasser
Für 5wt% CDB Öl im Wasser verwenden: 5 Gew.-% CBD-Öl, 3,3 Gew.-% Polysorbat 80, 1,7 Gew.-% Lecithin, 90 Gew.-% Wasser

Ultraschallenergiebedarf: ca. 300 bis 400Ws/g Schallenergie bei Amplituden von 40 bis 70 Mikron.

Schritt für Schritt:

  1. Ölmischung: Für die Zubereitung wird das Haschischöl (z.B. BHO) vor der Zubereitung der Emulsion mit Olivenöl vorgemischt. Dazu werden ca. 10mL Haschischöl mit 40mL Olivenöl vermischt.
  2. O/W-Emulsion: Um die Cannabisöl-Emulsion vorzubereiten, nehmen Sie einen Becher mit ca. 100mL Wasser. Als Emulgator werden ca. 10-15 Gramm flüssiges Sojalecithin zugegeben. Das Wasser sollte Raumtemperatur haben. Stellen Sie den Wasserbecher in ein Wasserbad, um die Temperatur während der Ultraschallbehandlung zu kontrollieren. Die Sonotrode der UP400St wird in das Becherglas mit dem Wasser eingetaucht. Für den Emulgierungsprozess wird Amplitudeneinstellung über das Touch-Display des Ultraschallgerätes auf 50% geregelt. Das Haschischöl/Olivenöl-Mischung wird langsam den 1000mL Wasser hinzugefügt, wobei die Wasser-Öl-Mischung beschallt wird, um eine Emulsion zu erzeugen. Noch bessere Ergebnisse werden erzielt, wenn das Öl mit einer Pipette direkt unterhalb der Sonotrode in die Ultraschall-"Hot Zone" pipettiert wird.

Für größere Anlagen ist die Verwendung eines InsertMPC48 wird empfohlen, das CBD-Öl direkt in den Kavitationsbereich einzuspritzen.

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Nano-Emulsionen

Ultraschallkavitation ist eine äußerst zuverlässige Methode, um qualitativ hochwertige Nanoemulsionen herzustellen. Trübe Emulsionen (Mikroemulsionen, ca. 150-100nm) werden durch die Beschallung mit Ultraschall klar und transparent oder sogar transluzent, da die Tropfengröße durch die Ultraschall-Emulgierung auf ca. 10nm reduziert wird. Dadurch verbessert sich gleichzeitig die Emulsionsstabilität deutlich. Mittels Ultraschall erzeugte Nanoemulsionen sind oftmals auch ohne Zugabe von Emulgatoren oder Tensiden stabil.
Bei Cannabis-Öl weisen Nano-Emulsionen neben der Emulsionsstabilität den zusätzlichen Vorteil auf, dass die Cannabinoide vom Körper besser aufgenommen werden können und dadurch ihre Wirkung besser entfalten können. Dies bedeutet, dass ein Cannabis-Produkt niedriger dosiert werden kann und trotzdem die gleiche Wirkung erzielt.

UP400St - leistungsstarker Ultraschall-Extraktor. (Zum Vergrößern anklicken!)

Ultraschall-Prozessor UP400St für CBD-Ölemulsionen.

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Cannabis-Öl-Emulsion - mit dem Ultraschallprozessor UP400St zu einer Emulsion verarbeitet. (Zum Vergrößern anklicken!)

Cannabis-Öl-Emulsion

Liposomale Emulsionen

Ultraschall ist eine weit verbreitete Methode, um Liposomen herzustellen, welche als Vesikel für pharmazeutische und kosmetische Wirkstoffe dienen. Liposomen sind lipid-basierte Nanocarrier für Wirkstoffsubstanzen, welche die Bioverfügbarkeit und die therapeutische Wirkung der Wirkstoffe wie CBD und THC verbessern. Da es sich bei Cannabinoiden um sehr empfindliche Moleküle handelt, sind sie anfällig für oxidative sowie enzymatische Zersetzung. Wenn die Cannabinoide in Liposomen verkapselt sind, wirkt die Liposomenhülle als Schutzmantel vor einer Zersetzung der Moleküle geschützt.
Mittels Power-Ultraschall können Cannabinoide effektiv in Liposomen verkapselt werden.
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Emulsionsstabilität

Um langzeit-stabile Öl-in-Wasser-Nanoemulsionen (o/w) herzustellen, ist es notwendig, ein geeignetes Tensid zu verwenden oder Liposomen zu produzieren, so dass die lipophilen bioaktiven Cannabis-Substanzen in ein Trägeröl verkapselt werden. Für die Herstellung eines Cannabis-Öls sollte das Trägeröl Lebensmittelqualität haben und keine störenden Eigenschaften (z.B. Nebengeschmack) haben. Kokosöl und Olivenöl haben sich als Trägeröle für Cannabinoide bewährt.
Trägeröle spielen für die Herstellung von stabilen Emulsionen eine wichtige Rolle, da sie die Ostwald Reifung in Emulsionen beeinflussen. Die Ostwald-Reifung ist der treibende Faktor, der eine Emulsion durch die Vergröberung der Tropfen destabilisiert. Nanoemulsionen mit langkettigen Triglyzeriden sind langzeitstabil gegen Ostwald-Reifung. Olivenöl und Kokosöl enthalten langkettige Triglyceride, so dass sich sowohl Olivenöl als Kokosöl sehr gut als Trägeröle eignen.

Ultraschallgeräte

Hielscher Ultrasonics ist der führende Anbieter für leistungsstarke und zuverlässige Ultraschallsysteme – von Labor- und Benchtop-Geräten bis zur industriellen Komplettlösung für die Verarbeitung großer Mengen unter anspruchsvollen Bedingungen. Unsere Ultraschallgeräte werden eingesetzt zur Emulgierung, Homogenisierung und Extraktion in der Nahrungsmittel- & Getränke-Herstellung ebenso wie in der pharmazeutischen & kosmetischen Industrie.

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

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
0,5 bis 1,5 ml n.a. VialTweeter
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0.2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Wissenswertes

Nanoemulsionen

Nanoemulsionen, auch als Miniemulsionen oder Submikron-Emulsionen bezeichnet, sind Emulsionen mit einer Tröpfchengröße zwischen 20-500nm. Eine Nanoemulsion ist ein thermodynamisch stabiles isotropes System, bestehend aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten (z.B. Öl und Wasser). Eines der beiden nicht mischbaren Flüssigkeiten ist sehr fein in der zweiten Phase verteilt, so dass eine homogene Phase gebildet wird. Emulgatoren, wie z.B. Tenside und Cotenside werden hinzugefügt, um die Emulsion gegen eine Koaleszenz der Tropfen zu stabilisieren. Der wesentliche Unterschied zwischen einer Emulsion und eine Nanoemulsion liegt in der Größe und Form der Tropfen, welche in der kontinuierlichen Phase dispergiert sind. Die Ostwald-Reifung ist Hauptmechanismus, der die Destabilisierung einer Nanoemulsion hervorruft. Die Ostwald-Reifung ist ein Diffusionsprozess, durch den sich eine inhomogene Struktur (z.B. eine Emulsion) im Laufe der Zeit verändert. Die Tropfen der Emulsion vergrößern sich im Laufe der Zeit, da die kleineren Tröpfchen zu größeren Tropfen zusammenwachsen.
Die Zusammensetzung des Öls beeinflusst die Intensität und Geschwindigkeit der Ostwald-Reifung. Durch die Wahl eines geeigneten Öls kann die Emulsionsstabilität erheblich verbessert werden.
Mittels Nanoemulsionen kann eine deutlich bessere Wirkstoffabsorption erreicht werden (z.B. Medikamente).

Butan-Haschischöl (BHO)

Haschischöl wird durch Lösungsmittelextraktion, z.B. Ultraschall-Extraktion, ultraschall-gestützte überkritischen C02 Extraktion etc. gewonnen. Für die Herstellung von Haschischöl wird vorzugsweise trockenes, decarboxyliertes Pflanzenmaterial verwendet. Als Lösungsmittel für die Extraktion werden folgende Flüssigkeiten häufig verwendet: Chloroform, Dichlormethan, Petrolether, Naphtha, Benzol, Butan, Methanol, Ethanol, Isopropanol und Olivenöl. Durch den Einsatz von unpolaren Lösungsmitteln wie Benzol, Chloroform und Petrolether können nicht die wasserlöslichen Bestandteile aus Marihuana bzw. Haschisch extrahiert werden. D.h., dass mit unpolaren Lösungsmitteln Öle mit höherem Cannabinoid-Gehalt und somit stärkerer Wirkung gewonnen werden. Cannabis-Extrakte, die mit unpolaren Lösungsmitteln extrahiert wurden, haben oftmals einen besseren Geschmack als Extrakte, welche mit polaren Lösungsmitteln extrahiert wurden. Cannabis-Extrakte werden oftmals mit Alkali gewaschen, um Geruch und Geschmack zu verbessern.
Haschöl sollte dunkel und in einem luftdichten Behälter gelagert werden. Durch Luft, Wärme und Licht verliert das Öl rasch Geschmack und seine psychoaktive Wirkung (vor allem, wenn die Formulierung keine ohne Antioxidantien enthält).

Über Cannabinoide

Es gibt mindestens 113 identifizierte Arten von Cannabinoiden, welche in der Cannabis-Pflanze vorkommen. Cannabinoide sind phytochemisch aktive Substanzen, die aufgrund ihrer psychoaktiven bzw. medizinischen Wirkungen verwendet werden. THC bzw. Tetrahydrocannabinol ist wichtigste psychoaktive Wirkstoff in Cannabis. CBD bzw. Cannabidiol ist ein weiterer wichtiger Bestandteil, welcher für seine medizinisch-therapeutische Wirkung verwendet wird. Bei den Cannabinoiden handelt es sich um lipophile und potenziell säure-empfindliche Verbindungen. Cannabinoide sind in Wasser unlöslich, aber sie lösen sich sehr gut in unpolaren Lösungsmitteln (z.B. Fett und Öl). Um die Aufnahme der Cannabinoide zu verbessern, werden Cannabis-Extrakte meist in ein Trägeröl gemischt.