Extracción de cannabidiol (CBD) del cannabis de alta eficiencia
Los extractores ultrasónicos de Hielscher representan la tecnología más avanzada para la extracción fiable y eficiente de aceites de cáñamo y CBD. La ultrasonicación es una técnica de extracción reconocida por su gran eficacia para liberar compuestos valiosos de materias primas vegetales. En comparación con otros métodos de extracción, como la extracción con CO2 supercrítico, la técnica ultrasónica ofrece mayor eficiencia, facilidad de uso y versatilidad.
Extracción ultrasónica
La extracción ultrasónica es un proceso ampliamente conocido y consolidado desde hace tiempo para extraer compuestos valiosos de materias primas vegetales. Por ello, la sonificación es la técnica ideal para producir aceites de CBD de alta calidad. Mediante la cavitación ultrasónica, que puede controlarse con precisión, se perforan las células vegetales y se impulsa el disolvente hacia su interior, donde incorpora compuestos intracelulares como cannabinoides, terpenos, flavonoides, etc.
Una gran ventaja de la ultrasonicación es el intervalo de temperaturas en el que puede realizarse la extracción. La extracción ultrasónica puede realizarse con etanol caliente o templado e incluso con etanol criogénico (-70 °C). Esto permite aislar selectivamente los compuestos deseados. La sonicación en etanol criogénico permite obtener principalmente cannabinoides y terpenos, mientras que la extracción con etanol templado o caliente proporciona una amplia variedad de compuestos fitoquímicos (p. ej., aldehídos, ésteres, etilos y cetonas). Los extractos de espectro completo contienen numerosos cannabinoides, terpenos y otros compuestos fitoquímicos. Según el efecto séquito, los compuestos fitoquímicos (p. ej., los cannabinoides) tienen efectos sinérgicos y, por tanto, actúan mejor junto con otros compuestos químicos vegetales. Esto significa que un aceite de CBD que contenga CBD junto con otros cannabinoides, terpenos y compuestos fitoquímicos tendrá un efecto terapéutico significativamente mayor que un aceite que contenga únicamente CBD. Sin embargo, se evita la extracción de clorofila, ya que confiere al extracto un sabor desagradable.
Paso a paso
- Extracción ultrasónica: La extracción ultrasónica puede realizarse fácilmente por lotes o en flujo continuo –según el volumen de su proceso–. El proceso de extracción es muy rápido y proporciona una gran cantidad de compuestos activos.
- Filtración: Filtre la mezcla de material vegetal y líquido mediante un filtro de papel o una bolsa filtrante para separar del líquido las partes vegetales sólidas.
- Evaporación: Para separar el aceite de CBD del disolvente, normalmente se utiliza un evaporador rotatorio. El disolvente, por ejemplo el etanol, puede recuperarse y reutilizarse.
- Nanoemulsificación: Mediante sonicación, el aceite de CBD purificado puede transformarse en una nanoemulsión estable que ofrece una excelente biodisponibilidad.
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Alta tasa de extracción
Los extractores ultrasónicos de Hielscher pueden ajustarse con precisión a las condiciones óptimas de extracción –para obtener la máxima cantidad y calidad a partir de su materia prima (hojas, cogollos y tallos de cannabis, etc.)–. La intensidad de los ultrasonidos es fundamental para extraer compuestos vegetales, como aceite de CBD de alta calidad a partir del cannabis. Nuestros ultrasonicadores UP400St, UIP500hdt, UIP1000hdt y UIP2000hdt están equipados con un control preciso de la amplitud, un sensor de temperatura y un control del tiempo para que pueda trabajar en condiciones óptimas. La pantalla táctil en color y el control mediante navegador permiten un manejo y una supervisión sencillos y fiables.
Extracción ultrasónica de CBD del cannabis en un lote de 120 L con UIP2000hdT y agitador
UP400St para la extracción de cannabinoides del cannabis
Disolventes para la extracción ultrasónica
El etanol se utiliza ampliamente como disolvente para la extracción de cannabinoides. Los ultrasonicadores de Hielscher amplían considerablemente sus opciones de disolventes: mezcla de agua y etanol, etanol criogénico, etanol, alcohol de alta graduación, glicerina, etc.
El etanol es un disolvente muy popular porque disuelve tanto sustancias polares (hidrófilas) como apolares (hidrófobas/lipófilas). También pueden utilizarse mezclas de etanol y agua en distintas proporciones para la extracción ultrasónica. Las ventajas de las mezclas de etanol y agua incluyen menores costes (al utilizar menos etanol) y mayor seguridad, ya que son menos inflamables. La extracción ultrasónica con etanol criogénico (aprox. -70 °C) proporciona un rendimiento y una calidad muy elevados.
Manejo sencillo y seguro
Nuestros dispositivos ultrasónicos están diseñados para ofrecer la máxima facilidad de uso, de modo que nuestros extractores ultrasónicos puedan manejarse de forma sencilla y segura. Nos complace ayudar a nuestros clientes durante la puesta en marcha y ofrecerles recomendaciones sobre los ajustes y parámetros ultrasónicos. Le ofrecemos el dispositivo más adecuado –para el procesamiento por lotes y en línea–.
Ventajas frente al CO2 en la extracción
Los extractores de CO2 supercrítico son costosos de adquirir y operar. La extracción con CO2 es complicada y requiere un experto que conozca las presiones y temperaturas adecuadas para obtener los cannabinoides y terpenos deseados. Las altas presiones y temperaturas contribuyen significativamente al aumento de los costes en comparación con la extracción convencional con líquidos. En comparación, los equipos de extracción ultrasónica son económicos de adquirir y operar, y proporcionan un alto rendimiento de extracción en pocos minutos. Dado que la sonicación se realiza a presión ambiente (o ligeramente elevada) y a bajas temperaturas, la extracción ultrasónica es sencilla y segura. Los sonicadores de Hielscher son reconocidos y preferidos por su alta tasa de extracción, su compatibilidad con distintos disolventes, su facilidad de uso y su escalabilidad lineal.
Nanoemulsiones
Para obtener una elevada biodisponibilidad y los mejores efectos del CBD, las gotas de aceite de CBD deben administrarse en forma nanométrica.
El atractivo de los sonicadores de Hielscher reside en su versatilidad: nuestros sistemas ultrasónicos pueden utilizarse para la extracción de cannabis Y para la producción de nanoemulsiones. Solo necesita adquirir un dispositivo para extraer el CBD del cannabis y transformar posteriormente el aceite de CBD en una nanoemulsión estable de alta biodisponibilidad.
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Sistemas ultrasónicos de alta potencia desde la escala de laboratorio hasta las escalas piloto e industrial.
Extractores ultrasónicos de alto rendimiento
Hielscher Ultrasonics suministra equipos de extracción ultrasónica para la extracción de cannabis y la emulsificación de nanoformulaciones.
Además de su capacidad de control preciso y su facilidad de uso, todos nuestros dispositivos ultrasónicos están diseñados para funcionar 24/7. Nuestros sistemas pueden proporcionar amplitudes desde bajas hasta muy altas. Para la extracción de cannabinoides y terpenos, ofrecemos sonotrodos ultrasónicos especiales (también conocidos como sondas o bocinas ultrasónicas), optimizados para aislar con delicadeza sustancias activas de alta calidad. Todos nuestros sistemas pueden utilizarse para la extracción y la posterior emulsificación de cannabinoides.
La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher permite el funcionamiento 24/7 con cargas de trabajo intensivas y en entornos exigentes.
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- Extractos de alta calidad
- Extracción más completa
- Alta tasa de extracción
- Extracto de espectro completo
- Uso de distintos disolventes
- No tóxica
- Método no térmico (en frío)
- Proceso de extracción rápido
- Segura y fácil de usar
- Escalabilidad lineal
Bibliografía / Referencias
- Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
- Espinoza-Silva, Clara, Pascual, Erika, Delgadillo, Yacnehs, Flores, Omar R., Artica, Luis M., Marmolejo, Doris and Baños-Medina, Lilian (2023): Optimization of extraction using surface response methodology and quantification of cannabinoids in female inflorescences of marijuana (Cannabis sativa L.) at three altitudinal floors of Peru. Open Agriculture, Vol. 8, No. 1, 2023.
- Brenneisen R. (2007): Chemistry and Analysis of Phytocannabinoids and Other Cannabis Constituents. In: ElSohly M.A. (eds) Marijuana and the Cannabinoids. Forensic Science and Medicine.
Información de interés
Ventajas de la extracción por ultrasonidos
La extracción ultrasónica se basa en el principio de la cavitación acústica. La cavitación se produce como resultado de la aplicación de ultrasonidos de alto rendimiento en un líquido y se caracteriza por efectos mecánicos de alta densidad energética que tienen lugar en los denominados puntos calientes.
Extracción ultrasónica – Efectos de cavitación
Cuando las ondas de ultrasonidos de potencia se acoplan a un líquido (p. ej., una suspensión de material vegetal en un disolvente), las ondas ultrasónicas se propagan por el líquido y generan ciclos alternos de alta presión / baja presión. Durante los ciclos de baja presión, se crean diminutas burbujas de vacío (denominadas burbujas de cavitación), que crecen a lo largo de varios ciclos de presión. Al alcanzar un determinado tamaño, cuando ya no pueden absorber más energía, las burbujas implosionan violentamente durante un ciclo de alta presión. La implosión de las burbujas se caracteriza por intensas fuerzas de cavitación, que incluyen microturbulencias y corrientes de líquido con velocidades de hasta 100 m/s. Estos efectos de cizallamiento por cavitación también se conocen como efectos sonomecánicos. La extracción ultrasónica de moléculas bioactivas se debe principalmente a efectos sonomecánicos:
Las condiciones extraordinarias de la cavitación ultrasónica perforan y/o rompen las paredes y membranas celulares y permiten una mayor penetración del disolvente en la muestra. Por tanto, la extracción ultrasónica permite aislar los compuestos muy rápidamente –superando a los métodos de extracción convencionales con un menor tiempo de proceso, un mayor rendimiento y temperaturas más bajas–. Como tratamiento (sono)mecánico suave, la extracción por ultrasonidos evita la degradación térmica de los compuestos bioactivos y supera a otras técnicas, como la extracción convencional con disolventes, la hidrodestilación o la extracción Soxhlet, conocidas por destruir moléculas sensibles al calor. Estas ventajas hacen que la extracción ultrasónica sea la técnica preferida para liberar compuestos activos sensibles a la temperatura de materias primas vegetales.
Por tanto, la extracción ultrasónica es la técnica preferida para extraer moléculas bioactivas como polifenoles, terpenos, aceites esenciales y cannabinoides de los materiales vegetales.
Las condiciones extraordinarias de la cavitación ultrasónica perforan y/o rompen las paredes y membranas celulares y permiten una mayor penetración del disolvente en la muestra. Por tanto, la extracción ultrasónica permite aislar los compuestos muy rápidamente –superando a los métodos de extracción convencionales con un menor tiempo de proceso, un mayor rendimiento y temperaturas más bajas–. Como tratamiento mecánico suave, la extracción por ultrasonidos evita la degradación térmica de los compuestos bioactivos y supera a otras técnicas, como la extracción convencional con disolventes, la hidrodestilación o la extracción Soxhlet, conocidas por destruir moléculas sensibles al calor. Estas ventajas hacen que la extracción ultrasónica sea la técnica preferida para liberar compuestos activos sensibles a la temperatura de materias primas vegetales.
Extracción ultrasónica de células vegetales: la sección transversal microscópica (TS) muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de las células (aumento de 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]
Cannabinoides
Los cannabinoides son compuestos naturales presentes en la planta Cannabis sativa. La planta de cannabis contiene más de 480 compuestos diferentes. El cannabis (también llamado marihuana) es una planta medicinal extraordinariamente potente. De la amplia variedad de compuestos con actividad terapéutica, 85 compuestos fitoquímicos se denominan cannabinoides (y podrían detectarse más). El CBD y el THC (tetrahidrocannabinol / Δ9-THC) son los cannabinoides más destacados. La característica distintiva más importante es que el CBD no es psicotrópico, mientras que el THC presenta efectos psicoactivos.
Los cannabinoides se consumen con fines recreativos y médicos.
Datos farmacocinéticos del CBD:
biodisponibilidad – Oral: 13–19%, por inhalación: 11–45% (media del 31%)
semivida de eliminación: 9 horas
En los Estados Unidos, los productos de CBD que contienen menos de .03% de THC, extraídos de semillas o tallos de cáñamo industrial, son legales a nivel federal y pueden adquirirse legalmente en todos los estados, independientemente de sus leyes sobre la marihuana.
Datos farmacocinéticos del THC:
biodisponibilidad – Oral: 6–20%, por inhalación: 10–35%
semivida de eliminación: 1,6–59 horas, 25–36 horas (dronabinol administrado por vía oral)
Nanoformulaciones
Los nanocannabinoides son aceites de cannabis formulados como una emulsión de aceite en agua de tamaño nanométrico, que ofrece una elevada biodisponibilidad (absorción más rápida y mayores efectos sobre la salud) y, por tanto, puede administrarse en dosis más bajas. Además, las nanoemulsiones de cannabis pueden incorporarse fácilmente a productos médicos, bebidas, alimentos y productos cosméticos (p. ej., cremas y lociones). Dado que las nanoemulsiones suelen ser translúcidas, pueden incorporarse fácilmente a otros productos sin afectar a su aspecto.
Para obtener una nanoemulsión de alta calidad, el tamaño de las gotas y el índice de polidispersidad (PDI) son factores importantes que influyen considerablemente en su estabilidad. Un índice de polidispersidad elevado indica la presencia de gotas grandes, que desestabilizan la emulsión mediante coalescencia y maduración de Ostwald. Por tanto, una distribución estrecha de tamaños de gota pequeños es un factor importante para la estabilidad y una mayor vida útil de la (nano- / micro-) emulsión.
Nanoemulsiones de cannabis: Para las nanoemulsiones de aceite de cáñamo o CBD, el aceite de cáñamo / CBD se mezcla con un aceite de alta calidad apto para uso alimentario. Los aceites vegetales habituales son el aceite MCT, el aceite de coco, el aceite de aguacate, el aceite de oliva, el aceite de linaza, el aceite de almendras dulces y el aceite de nuez. Como emulsionantes (tensioactivos, agentes humectantes y estabilizantes) se han utilizado con éxito polisorbato 80, lecitina, saponinas de quillaja, lecitina de soja y corteza de quillay. También pueden añadirse goma xantana, pectina o proteína de suero lácteo para mejorar la reología y la estabilidad de la emulsión.
CO2 para la extracción
La extracción con CO2 puede realizarse de dos formas: extracción supercrítica y subcrítica. Cuando el CO2 se utiliza como disolvente, presenta distintas características que dependen de su estado fluido. El CO2 subcrítico se define como CO2 en un estado con una temperatura de entre 5-10 °C (278,15-283,15K, 41-50 °F) y una presión de entre 800-1500 psi (54,43-102,06atm, 5,51-10,24 MPa). A esta temperatura y presión, el CO2 se comporta como un fluido denso. Cuando la temperatura y la presión aumentan y superan la temperatura crítica (304,25 K, 31,10 °C, 87,98 °F) y la presión crítica (72,9atm, 7,39 MPa, 1.071 psi), el CO2 se expande en el recipiente como un gas, pero con una densidad similar a la de un líquido. Esto se conoce como dióxido de carbono supercrítico (sCO2 o SC-CO2)).
La extracción con CO2 subcrítico utiliza bajas temperaturas y presiones y, por tanto, requiere más tiempo. La extracción con CO2 subcrítico proporciona menores rendimientos y puede conservar algunos terpenos y aceites. Para la extracción con CO2 supercrítico se aplican temperaturas y presiones más altas, que pueden dañar los terpenos y otros compuestos fitoquímicos. Para las extracciones con CO2 supercrítico, se requiere un proceso posterior –conocido como winterización– para eliminar compuestos no deseados, como lípidos y clorofila. Durante la etapa de winterización, el extracto bruto se congela en etanol para separar los cannabinoides y terpenos puros de otros subproductos extraídos durante la extracción.