Terpenextraktion mit Ultraschall
Die Ultraschallterpen-Extraktion liefert nachweislich hohe Ausbeuten an Terpen-Caryophyllenoxid, z.B. aus Cannabis und Hopfen. Caryophyllenoxid ist ein Terpen, das in Cannabis, Hopfen, Pfeffer, Basilikum und Rosmarin vorkommt. Als Wirkstoff wird extrahiertes Terpen-Caryophyllenoxid als Aromazusatz und Nahrungsergänzungsmittel verwendet.
Verwendung von extrahiertem Caryophyllenoxid
Caryophyllenoxid zeichnet sich durch seinen aromatischen Geruch und Geschmack (z.B. Kräuter) aus. Aufgrund seines intensiven aromatischen Geruchs und Geschmacks wird es häufig als Aromazusatz in Lebensmitteln sowie als Duftkomponente eingesetzt. Darüber hinaus hat es auch die Fähigkeit, sich mit den endokrinen CB2-Rezeptoren im menschlichen Körper zu verbinden, was es zu einer interessanten pharmazeutischen Komponente macht.
Ultraschallextraktion von Caryophyllenoxid
Die Ultraschallextraktion von Terpen-Caryophyllenoxid ist eine ausgezeichnete Technik, um hohe Ausbeuten zu erzielen, z.B. aus Cannabis und Hopfen. Lesen Sie mehr über akustische Kavitationdas aktive Prinzip der Ultraschallextraktion!
Als Beispiel wurde β-Caryophyllenoxid mit dem Ultraschallgerät UP100H (100W, 30kHz) aus getrockneten Hopfenknospen extrahiert.
Die GC-Analysedaten zeigen die Extraktionsausbeute von β-Caryophyllenoxid, extrahiert mit Hielscher's UP100H aus dem Hopfen.
Neben β-Caryophyllenoxid wurden weitere Terpene wie α-Caryophyllen, α-Pinen, Mycrol, Limonen und α-Caryophylen erfolgreich extrahiert.
Wie werden Terpene mit Hilfe der Sonden-Ultraschalltechnik aus Pflanzen extrahiert? Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung!
- Zunächst wird das Pflanzenmaterial gemahlen oder in kleine Stücke gehackt, um die Oberfläche für die Extraktion zu vergrößern.
- Das Pflanzenmaterial wird dann mit einem Lösungsmittel (wie Ethanol oder Wasser) vermischt, um die Terpene zu extrahieren.
- Die Sonden-Ultraschallbehandlung wird dann zur Unterstützung des Extraktionsprozesses eingesetzt, indem hochintensive, niederfrequente Ultraschallwellen mit ca. 20 kHz auf die Aufschlämmung angewendet werden. Dies verursacht akustische Kavitation und eine schnelle Vibration des Lösungsmittels, was den Aufschluss und die Zersetzung der Pflanzenzellen und die Freisetzung der Terpene fördert.
- Das Gemisch wird dann gefiltert, um das feste Pflanzenmaterial von der Flüssigkeit zu trennen, die die extrahierten Terpene enthält.
- Die Flüssigkeit wird dann eingedampft oder einer weiteren Verarbeitung unterzogen, um das Lösungsmittel zu entfernen und die Terpene zu konzentrieren.
- Das Endprodukt ist ein terpenreicher Extrakt, der in verschiedenen Anwendungen wie Nahrungsergänzungsmitteln, funktionellen Lebensmitteln und Kosmetika eingesetzt werden kann.
Protokoll der Ultraschallterpen-Extraktion
Der Hopfen wurde mit einer herkömmlichen Kaffeemühle gemahlen, um eine homogenere Partikelgröße der Hopfenprobe zu erhalten.
4,5 mg Hopfen wurden in ein Fläschchen gegeben und dann 5 ml Ethanol hinzugefügt. Das Fläschchen wurde zur Wärmeabfuhr in ein Becherglas mit Eiswasser gestellt. Dann wurde die Probe mit einem UP100H, ausgestattet mit der Sonotrode MS7, mit einer Amplitudeneinstellung von 50% für 90 Sekunden beschallt.
Die Beschallung gewährleistet einen hohen Stoffaustausch zwischen der Zellmatrix und dem Lösungsmittel, so dass eine sehr hohe Ausbeute an hochwertigem Extrakt erreicht wird.
- Hochwertige Terpen-Extrakte (kein thermischer Abbau)
- hohe Erträge
- schnelles Verfahren
- schneller ROI
- mildere Lösungsmittel
- weniger Lösungsmittelverbrauch
- sicher und einfach zu bedienen
- Geringer Wartungsaufwand
- grüne, umweltfreundliche Terpengewinnung
Die Terpen-Ultraschall-Extraktion zeichnet sich durch eine grüne Extraktionsmethode aus, die es ermöglicht, die Terpen-Extraktion deutlich zu beschleunigen und gleichzeitig weniger Energie als andere konventionelle Extraktionsmethoden (z.B. überkritisches CO2) zu benötigen, Soxhlet etc.). Weitere Vorteile, die mit dem Einsatz der Ultraschallextraktion von Terpenen verbunden sind, sind die einfache Handhabung der Ultraschallextraktion, der schnelle Prozess, keine chemischen Abfälle, hohe Ausbeute, umweltfreundlich, verbesserte Qualität durch milde Verarbeitungsbedingungen und die Vermeidung von thermischem Abbau.
Ultraschall-Extraktionsgeräte für Terpene
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick, welches Ultraschallgerät für Ihre Terpen-Extraktionsanforderungen am besten geeignet ist.
Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
---|---|---|
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 |
Literatur
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Wissenswertes
Caryophyllene
Caryophyllen oder (-)-β-Caryophyllen ist ein natürliches bicyclisches Sesquiterpen, das in vielen ätherischen Ölen vorkommt. Die folgenden Kräuter sind als gute Quelle für Caryophyllen bekannt: CannabisHanf (Cannabis sativa), Schwarzkümmel (Carum nigrum), Nelken (Syzygium aromaticum), Hopfen (Humulus lupulus), Basilikum (Ocimum spp.), Oregano (Origanum vulgare), schwarzer Pfeffer (Piper nigrum)Lavendel (Lavandula angustifolia), Rosmarin (Rosmarinus officinali) und Copaiba-Öl (Copaifera spp.). β-Caryophyllen ist ein Phytocannabinoid mit starker Affinität zum Cannabinoidrezeptor Typ 2 (CB 2), aber nicht zum Cannabinoidrezeptor Typ 1 (CB 1).
Caryophyllenoxid
Caryophyllenoxid (auch β-Caryophyllenoxid) ist das Oxidationsderivat von β-Caryophyllen und ist ein weißes kristallines festes Pulver mit einem Schmelzpunkt von ca. 62°C.
Es wird wegen seiner entzündungshemmenden, lokalanästhetischen und antioxidativen Wirkung geschätzt. Erste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Caryophyllenoxid auch ein potenzielles Medikament für die Krebsbehandlung sein könnte. Caryophyllenoxid ist Teil des Cyclobutanrings, der in der medizinischen Forschung bereits für die Synthese des weit verbreiteten Chemotherapeutikums Carboplatin verwendet wird.
Caryophyllenoxid, bei dem das Olefin von Caryophyllen zu einem Epoxid geworden ist, ist ein zugelassener Bestandteil für Lebensmittelaromen.
Sowohl β-Caryophyllen als auch β-Caryophyllenoxid weisen eine geringe Wasserlöslichkeit auf, was ihre Aufnahme in die Zelle behindert. Um diese Sesquiterpene als Arzneimittel oder Nahrungsergänzungsmittel zu verwenden, ist die Verkapselung in Liposomen die schlechte Löslichkeit dieser Sesquiterpene in wässrigen Flüssigkeiten zu überwinden und die Bioverfügbarkeit und Bioaktivität zu gewährleisten. Klicken Sie hier, um mehr über die Ultraschallverkapselung von bioaktiven Substanzen zu erfahren!
Caryophyllen-Oxid in Cannabis
In der Cannabis sativa-Pflanze kommt Caryophyllenoxid als Sesquiterpen vor, das aus drei Isopren-Einheiten besteht. Caryophyllenoxid ist eines der größten und am häufigsten vorkommenden Terpene in der Cannabispflanze und verantwortlich für das unverwechselbare Aroma und den Geruch von Cannabis. Die Ultraschallextraktion wird erfolgreich angewandt zur Herstellung von Vollspektrum-Cannabidiol-Öle, so dass der Entourage-Effekt der vielfältigen Verbindungen gegeben ist.
Ultraschall-Kavitation zur Extraktion
Wenn Hochleistungs-Ultraschallwellen in eine Flüssigkeit eingeleitet werden, kommt es zu Kompressions- und Expansionszyklen (Verdünnung) in der Flüssigkeit. Bei der Verdünnung entstehen Hohlräume oder sogenannte Kavitationsblasen in einer Flüssigkeit. Diese Kavitationsblasen, bei denen es sich um winzige Vakuumblasen handelt, entstehen, wenn ein Unterdruck herrscht, so dass die lokale Zugfestigkeit der Flüssigkeit überwunden wird. Die Vakuumblasen wachsen über mehrere Kompressions-/Verdünnungszyklen, bis sie keine Energie mehr aufnehmen können und die Kavitationsblase implosionsartig kollabiert. Dieses Phänomen wird als Kavitation bezeichnet. Nach den Forschungen von Prof. Suslick (1990) herrschen in Kavitationsblasen extreme Bedingungen mit Temperaturen von bis zu 5000 K, Drücken von 1000 Atmosphären, Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten von über 1010 K/s und Flüssigkeitsstrahlen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 280m/s, die sich als sehr hohe Scherkräfte und Turbulenzen in der Kavitationszone bemerkbar machen. Die Kombination dieser Faktoren (Druck, Wärme, Scherkraft und Turbulenz) wird zur Beschleunigung des Stoffübergangs im Extraktionsprozess genutzt. Darüber hinaus werden diese lokal auftretenden Bedingungen auch bei Ultraschallprozessen wie Homogenisierung, Emulgierung oder Dispergierung genutzt.
Ultraschallextraktion von Terpenen
Das Prinzip der Ultraschallextraktion beruht auf zwei Effekten, die entstehen, wenn Hochleistungs-Ultraschallwellen in eine Flüssigkeit oder einen Schlamm eingekoppelt werden:
Zunächst wird das Lösungsmittel (umgebendes flüssiges Medium) in die Zellmatrix gedrückt. Je nach Amplitude und Stärke der Kavitation wird die Zellwand durch den Flüssigkeitsdruck perforiert oder zerrissen.
Zweitens wird während des Rarefaction-Zyklus der Zellinhalt (d. h. intrazelluläres Material) aus dem Zellinneren herausgespült. Nach der Ultraschallextraktion befinden sich die gewünschten Verbindungen im Lösungsmittel und können vom Lösungsmittel abgetrennt werden (z. B. durch Verdampfen des Lösungsmittels), so dass schließlich ein reiner Extrakt erhalten wird.
Die Zusammensetzung des Rohmaterials (z. B. Feuchtigkeitsgehalt, Mazerations-/Mahlgrad und Partikelgröße) und das gewählte Lösungsmittel sind sehr wichtige Faktoren, um ein effizientes und wirksames Ultraschallextraktionsverfahren zu erhalten. Auch die Parameter des Ultraschallverfahrens sind von grundlegender Bedeutung: Amplitude, Druck, Temperatur und Beschallungszeit müssen für beste Ergebnisse festgelegt und optimiert werden.