Extracción por ultrasonidos con cáñamo como materia prima
- En el caso de la planta de cannabis sativa, se pueden diferenciar dos especies: la marihuana y el cáñamo.
- Los ultrasonidos son bien conocidos como método superior para aislar los cannabinoides tanto de la marihuana como del cáñamo.
Cáñamo frente a marihuana
El cannabis es una familia de plantas que pueden clasificarse en C. Indica y C. Sativa. El cáñamo y la marihuana son especies de Cannabis Sativa.
Cuando se compara el cáñamo con la marihuana, hay una gran diferencia; mientras que el cáñamo contiene una concentración muy baja de THC (0,3% o menos), la marihuana es abundante en THC con concentraciones entre el 15% y el 40%.
Por lo tanto, hasta hace poco el cáñamo se cultivaba principalmente con fines industriales. Hoy en día, el cáñamo también se valora por su producción de CBD. El CBD es un cannabinoide no psicoactivo que tiene propiedades antiinflamatorias y ansiolíticas. La marihuana se cultiva principalmente por su contenido en THC, que se utiliza con fines recreativos y medicinales.
El aceite de cáñamo y el CBD, el principal cannabinoide que se encuentra en el cáñamo, son sustancias prometedoras que se administran para ayudar con afecciones médicas como la ansiedad, la inflamación crónica, las enfermedades autoinmunes, el dolor, los dolores de cabeza y la migraña, los trastornos gastrointestinales, además de otras.
Extracción ultrasónica de cannabinoides
La tecnología de extracción por ultrasonidos es muy eficaz para liberar los compuestos activos (es decir, los cannabinoides (CBDTHC, CBG), aceites esenciales, terpenos etc.) del material vegetal, como brotes, hojas y tallos.
La extracción por ultrasonidos supera a las técnicas de extracción convencionales debido a diversas ventajas:
La extracción asistida por ultrasonidos (EAU) es bien conocida como una técnica de intensificación del proceso, que mejora la transferencia de masa y libera mayor rendimiento de compuestos bioactivos como cannabinoides, terpenos, etc.
La ultrasonicación produce extractos de alta calidad ya que la extracción ultrasónica no requiere el uso de disolventes fuertes y tóxicos para liberar los cannabinoides. La extracción por ultrasonidos puede realizarse con agua, una mezcla de agua y alcohol, alcohol o aceite (de oliva o de coco), según se desee. Disolventespor ejemplo. Esto hace que la extracción asistida por ultrasonidos (EAU) sea significativamente más respetuoso con el medio ambiente.
Las suaves condiciones de extracción de la EAU dan como resultado un extracto que ofrece las mismas propiedades, pero intensificadas, de la materia prima (por ejemplo, cáñamo, marihuana), con efectos superiores sobre la salud, el sabor y el olor.
Los extractores ultrasónicos de Hielscher pueden controlarse con precisión. Gracias al control total de los parámetros del proceso, como la intensidad y la temperatura, se puede obtener una calidad de extracto excepcionalmente alta. Dado que la sonicación es un no térmico se evita la degradación térmica de los componentes sensibles al calor. Las temperaturas de extracción entre 0-60°C son óptimas para obtener extractos superiores.
Otra ventaja de los EAU es la proceso rápido: El proceso de extracción completo sólo tarda unos minutos en liberar los cannabinoides de las células de la planta, mientras que otras técnicas de extracción requieren horas o incluso días de procesamiento.
Tanto los costes de inversión como los operativos son mínimos en comparación con otros extractores alternativos, como el de CO2 extractores. Los sistemas de extracción por ultrasonidos tienen un RoI muy rápido.
UP400St para la extracción de cannabinoides del cáñamo
Extractores ultrasónicos de alto rendimiento
Hielscher Ultrasonics’ ofrece pequeño, tamaño medio y Uso industrial procesadores por ultrasonidos, que pueden funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana. Dependiendo de su materia prima y del volumen del proceso, podemos ofrecerle un sistema de extracción por ultrasonidos que se adapte a sus necesidades. Puede elegir entre extracción por lotes o continua. El escalado posterior a mayores capacidades de proceso puede realizarse fácilmente, ya que los procesos ultrasónicos pueden escalarse linealmente.
Los sistemas piloto e industriales de Hielscher pueden ofrecer amplitudes muy elevadas – que permiten trabajar con amplitudes de hasta 200µm de forma fiable y continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite realizar operaciones con grandes cargas y en entornos exigentes.
Como fabricante de extractores ultrasónicos de alta potencia con una larga experiencia, Hielscher es su socio de confianza para una extracción sofisticada. Nosotros consulte y ayudar a nuestros clientes con nuestros conocimientos y guiarles desde las pruebas de viabilidad hasta la instalación industrial.
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- Extractos de alta calidad
- Extracción más completa
- Elevada tasa de extracción
- Extracto de espectro completo
- Utilización de diversos disolventes
- No tóxico
- Método no térmico (en frío)
- Proceso de extracción rápida
- Seguro y fácil de usar
- escalabilidad lineal
Instalación de Hielscher UIP4000hdTun extractor ultrasónico de 4kW, para extracción industrial.
Literatura/Referencias
- Uzma Altaf, A Rouf, Varsha Kanojia, Qudsiya Ayaz, Imtiyaz Zargar (2018): Tratamiento por ultrasonidos: Una novedosa técnica de procesamiento para la conservación de alimentos. The Pharma Innovation Journal 2018; 7(2): 234-241.
- Renata Vardanega, Diego T. Santos, M. Angela A. Meireles (2014): Intensificación de la extracción de compuestos bioactivos de plantas medicinales utilizando irradiación ultrasónica. Pharmacogn Rev. 2014 Jul-Dic; 8(16): 88-95.
Información interesante
La extracción por ultrasonidos se ha convertido en la técnica más eficaz y fácil de utilizar para extraer compuestos bioactivos de productos botánicos. El ejemplo más destacado de extracción con éxito podría ser el aislamiento del CBD y otros cannabinoides del cannabis.
Métodos de extracción por ultrasonidos frente a los convencionales
El remojo en etanol es un método sencillo, pero requiere mucho tiempo, la capacidad del proceso es limitada y los costes de disolvente y energía son elevados. Los residuos de disolvente en el producto final interfieren con el objetivo de producir un extracto de alta calidad.
La extracción mediante un sistema cerrado de hidrocarburos requiere el uso de combustibles fósiles, por lo que en el producto final pueden encontrarse sustancias cancerígenas como el benceno.
CO supercrítico2 tienen un coste de inversión y un consumo energético elevados. El CO2 requieren personal bien formado para su funcionamiento, ya que el CO2 son peligrosos. Cuando el CO2 fugas puede provocar la muerte por asfixia de los trabajadores presentes.
La extracción con agua crítica es una alternativa respetuosa con el medio ambiente, que es lenta y sólo libera una pequeña fracción de los compuestos bioactivos.
Extracción ultrasónica
La extracción por ultrasonidos es una técnica de extracción intensiva que puede utilizarse en combinación con agua (sin disolventes) así como con Disolventes como etanol, etanol-agua, glicerina, metanol, aceites vegetales u otros disolventes de elección. La extracción ultrasónica favorece la transferencia de masa, de modo que rendimiento del extracto del 95-99 se pueden obtener. La sonicación puede ampliarse fácilmente y produce extractos de alta calidad.
Un extractor ultrasónico a pequeña escala como el UIP400St (400W) es capaz de procesar un lote de hasta 10L en 5-15min (dependiendo de los parámetros del proceso como materia prima (fresca o seca; cogollos, hojas, tallos), disolvente, temperatura). El potente extractor ultrasónico de 2 kW UIP2000hdT puede funcionar como sistema en línea. En el modo de flujo continuo, el UIP2000hdT procesa fácilmente de 200 a 800 L/h (también en función de los parámetros del proceso).
El coste de inversión de un procesador ultrasónico es bajo en comparación con un procesador de CO2 extractor. Además, los costes energéticos de funcionamiento son despreciables. Los extractores ultrasónicos son muy seguros de utilizar, fáciles de limpiar y requieren muy poco mantenimiento.
cannabis
Los compuestos bioactivos de la planta de cannabis (cáñamo y marihuana) han sido objeto de gran atención en los últimos años. Especialmente en el caso del cannabinoide cannabidiol (CBD), se han demostrado numerosos beneficios para la salud, que van desde la lucha contra el cáncer y las propiedades antiinflamatorias hasta los efectos analgésicos y antidepresivos. Además del cannabidiol, la planta de cannabis contiene otros muchos cannabinoides, como el THC (tetrahidrocannabinol), el cannabinol (CBN), el cannabigerol (CBG), el cannabicromeno (CBC) y el cannabinodiol (CBND). Los cannabinoides han demostrado un inmenso potencial terapéutico y son objeto de numerosos estudios de investigación.
La interacción de los distintos cannabinoides y otros compuestos bioactivos, como terpenos, polifenoles, flavonoides y alcaloides, parece producir beneficios aún mejores para la salud. La interacción de diferentes terpenos, diferentes cannabinoides y otros compuestos de la planta se denomina “efecto séquito”. Debido a estos efectos en cadena, los extractos de espectro completo, que pueden obtenerse con éxito mediante extracción asistida por ultrasonidos (EAU), son conocidos por sus excepcionales efectos terapéuticos.
Terpenos del cannabis
Los terpenoides son componentes de aceites esenciales que se pueden encontrar en productos botánicos. La planta de cannabis es muy rica en terpenos. En el cannabis, los terpenos se producen en los tricomas de la planta. Los tricomas son los cristales brillantes y pegajosos que se adhieren a las hojas y los cogollos. Estos tricomas son el mecanismo de defensa natural de la planta de cannabis, que la protege contra insectos y animales. Debido a su olor fragante, los terpenos actúan como repelente. Para nosotros los humanos, la característica más notable de los terpenos del cannabis es su olor. Estos terpenos contribuyen a los múltiples beneficios para la salud de la planta de cannabis (cáñamo y marihuana).
Además de su aroma y olor, las moléculas de terpeno son potentes sustancias botánicas que ofrecen diversos beneficios médicos.
Tanto la marihuana como el cáñamo del género Cannabis Sativa contienen una cantidad excepcional de terpenoides y contienen más de 100 tipos diferentes de estas sustancias.
Cada terpeno tiene propiedades únicas que van de sedantes a estimulantes. Por ejemplo, el nerolidol tiene efectos sedantes y ansiolíticos, el linalol ayuda a controlar los síntomas de la ansiedad y la artritis, mientras que el mirceno es conocido por aliviar el dolor crónico. Los terpenos β-mirceno, Ɣ-pineno y humuleno reducen la inflamación y tienen efectos analgésicos.
Varios terpenos son exclusivos del cannabis, pero muchos de los terpenos del cannabis también están presentes en otras plantas. El cariofileno se encuentra, por ejemplo, en las verduras de hoja verde, lúpulo así como en el romero y el orégano. El limoneno es el principal terpeno que se encuentra en cítricos como los limones y las naranjas.
El efecto séquito
Cada terpeno es conocido por sus efectos terapéuticos específicos. Sin embargo, se sabe que los terpenos y otros compuestos botánicos como los polifenoles y los flavonoides presentan efectos sinérgicos excepcionales, que dan lugar a una simbiosis mejorada entre los cannabinoides. Esta interacción de varios compuestos bioactivos se conoce como “efecto séquito“.
El efecto séquito hace que los terpenos sean más biodisponibles y ayudan al cuerpo a absorber los cannabinoides de forma más eficaz.
Tipos de compuestos bioactivos
El número, la concentración y la variedad de los compuestos bioactivos son responsables de las propiedades medicinales de un extracto botánico. Estos compuestos bioactivos se sintetizan como metabolitos secundarios, que no contribuyen al crecimiento ni a la fotosíntesis en las plantas. Sin embargo, son cruciales para que las plantas’ supervivencia e interacción con su entorno. Los compuestos bioactivos botánicos pueden clasificarse en tres clases: terpenos y terpenoides, alcaloides y compuestos fenólicos. Los compuestos fenólicos son el grupo de metabolitos secundarios más ampliamente distribuido en el reino vegetal y son bien conocidos y valorados por sus efectos antioxidantes. Otra clase importante de compuestos fenólicos de bajo peso molecular son los flavonoides, que también presentan efectos antioxidantes muy potentes.
La gama de compuestos fenólicos incluye ácidos fenólicos como los ácidos benzoico e hidroxicinámico, flavonoides como flavonas y flavonoles, lignanos y estilbenos. Un extracto de espectro completo (por ejemplo, obtenido por extracción ultrasónica del cannabis) incluye todos estos compuestos botánicos diferentes, que presentan los efectos más variados sobre la salud.
Principio de funcionamiento de la extracción por ultrasonidos
La extracción por ultrasonidos se basa en ondas acústicas (ultrasonidos) acopladas a un medio líquido. Las ondas ultrasónicas intensas generan ciclos de alta presión/baja presión. Debido a los diferenciales de presión durante la propagación de las ondas ultrasónicas a través del líquido, se producen burbujas de cavitación. La implosión de estas burbujas de cavitación da lugar a condiciones de alta densidad energética.
La extracción por ultrasonidos de compuestos activos y aceites esenciales se basa en el principio de funcionamiento de cavitación acústica. La figura anterior muestra el efecto del colapso de una burbuja de cavitación y la consiguiente liberación de aceite esencial del material vegetal
fuente: Altaf et al. 2018
Las condiciones en la proximidad de burbujas de cavitación implosivas pueden ser extremas – produciendo temperaturas de hasta 4500°C y presiones de hasta 100 MPa. La imlosión y los diferenciales de represión resultantes dan lugar a fuerzas de cizallamiento y turbulencias muy elevadas en el punto caliente de cavitación. La combinación de estos factores de diferenciales de presión, diferenciales de calor y cizallamiento favorece la transferencia de masa y, por tanto, los procesos de extracción. Debido a las intensas fuerzas de cavitación ultrasónica, las células (por ejemplo, de plantas, bacterias o tejidos) se rompen y el material intracelular (como aceites, lípidos, proteínas y compuestos activos) se libera en el disolvente circundante.
Por ello, la extracción por ultrasonidos es el método preferido para intensificar los procesos de extracción.
La extracción por ultrasonidos se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas
Extractores ultrasónicos de alta potencia desde el laboratorio hasta la escala piloto e industrial.