Extracción ultrasónica utilizando cáñamo como materia prima
- En la planta cannabis sativa se pueden distinguir dos especies: la marihuana y el cáñamo.
- Los ultrasonidos son bien conocidos como un método superior para aislar cannabinoides tanto de la marihuana como del cáñamo.
Extracción ultrasónica de cannabinoides
La tecnología de extracción ultrasónica es muy eficiente para liberar los compuestos activos (es decir, cannabinoides (CBD, THC, CBG), aceites esenciales, terpenos etc.) del material vegetal, como cogollos, hojas y tallos.
La extracción ultrasónica supera a las técnicas de extracción convencionales gracias a diversas ventajas:
La extracción asistida por ultrasonidos (UAE) es bien conocida como una técnica de intensificación de procesos que mejora la transferencia de masa y permite obtener mayores rendimientos 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 agresivos y tóxicos para liberar los cannabinoides. La extracción ultrasónica puede realizarse utilizando como disolventes, por ejemplo, agua, una mezcla de agua y alcohol, alcohol o aceite (de oliva o de coco). Esto hace que la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) sea considerablemente más respetuosa con el medio ambiente.
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Las condiciones suaves de extracción mediante ultrasonicación dan lugar a un extracto que ofrece las mismas propiedades de la materia prima (por ejemplo, cáñamo o marihuana), pero intensificadas – con mejores efectos sobre la salud, sabor y olor.
Los extractores ultrasónicos de Hielscher pueden controlarse con precisión. El control completo de los parámetros del proceso, como la intensidad y la temperatura, permite obtener extractos de una calidad excepcionalmente alta. Dado que la sonicación es un método de procesamiento 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 de calidad superior.
Otra ventaja de la extracción ultrasónica es la rapidez del proceso: todo el proceso de extracción tarda solo unos minutos en liberar los cannabinoides de las células vegetales, mientras que otras técnicas de extracción requieren horas o incluso días de procesamiento.
Tanto los costes de inversión como los de funcionamiento son mínimos en comparación con los de otros extractores, por ejemplo, los extractores de CO2 supercrítico. Los sistemas de extracción ultrasónica ofrecen un retorno de la inversión muy rápido.
UP400St para la extracción de cannabinoides del cáñamo
- Extractos de alta calidad
- Extracción más completa
- Alta velocidad de extracción
- Extracto de espectro completo
- Uso de diversos disolventes
- No tóxica
- Método no térmico (en frío)
- Proceso de extracción rápido
- Segura y fácil de usar
- Escalabilidad lineal
Cáñamo frente a marihuana
El cannabis es una familia de plantas que se pueden clasificar en C. Indica y C. Sativa. El cáñamo y la marihuana son especies de Cannabis Sativa.
Al comparar el cáñamo con la marihuana, existe una gran diferencia: mientras que el cáñamo contiene una concentración muy baja de THC (0,3% o menos), la marihuana es rica en THC, con concentraciones entre 15% y 40%.
Por ello, hasta hace poco el cáñamo se cultivaba principalmente con fines industriales. Hoy en día, el cáñamo también se valora por su rendimiento de CBD. El CBD es un cannabinoide no psicoactivo que tiene propiedades antiinflamatorias y ansiolíticas. La marihuana se cultiva principalmente por su contenido de THC, que se utiliza con fines recreativos y medicinales.
El aceite de cáñamo y el CBD, el principal cannabinoide presente en el cáñamo, son sustancias prometedoras que se administran para ayudar a tratar afecciones como la ansiedad, la inflamación crónica, las enfermedades autoinmunes, el dolor, las cefaleas y la migraña, y los trastornos gastrointestinales, entre otras.
El sonicador de sonda UP400St es un popular extractor ultrasónico utilizado para aislar CBD, THC, CBG, CBN, otros cannabinoides y terpenos del cáñamo y la marihuana.
Extractores ultrasónicos de alto rendimiento
Hielscher Ultrasonics ofrece pequeños, medianos e industriales procesadores ultrasónicos que pueden funcionar 24/7. En función de su materia prima y del volumen del proceso, podemos ofrecerle un sistema de extracción ultrasónica que se adapte a sus necesidades. Puede elegir entre extracción por lotes y extracción continua. La ampliación posterior a mayores capacidades de procesamiento puede realizarse fácilmente, ya que los procesos ultrasónicos pueden escalarse de forma lineal.
Los sistemas piloto e industriales de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy elevadas – permiten trabajar de forma fiable con amplitudes de hasta 200 µm y funcionar de manera continua 24/7. Para amplitudes aún mayores, se ofrecen sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los sonicadores de Hielscher permite su funcionamiento en condiciones de trabajo intensivo y entornos exigentes.
Como fabricante con muchos años de experiencia en extractores ultrasónicos de alta potencia, Hielscher es su socio de confianza para procesos de extracción sofisticados. Asesoramos y ayudamos a nuestros clientes con nuestros conocimientos y los acompañamos desde las pruebas de viabilidad hasta la instalación industrial.
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Instalación del Hielscher UIP4000hdT, un extractor ultrasónico de 4 kW, para la extracción industrial.
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.
- Uzma Altaf, A Rouf, Varsha Kanojia, Qudsiya Ayaz, Imtiyaz Zargar (2018): Ultrasound treatment: A novel processing technique for food preservation. The Pharma Innovation Journal 2018; 7(2): 234-241.
- Renata Vardanega, Diego T. Santos, M. Angela A. Meireles (2014): Intensification of bioactive compounds extraction from medicinal plants using ultrasonic irradiation. Pharmacogn Rev. 2014 Jul-Dec; 8(16): 88–95.
Información de interés
La extracción ultrasónica se ha consolidado como la técnica más eficaz y fácil de usar para extraer compuestos bioactivos de materiales vegetales. El ejemplo más destacado de una extracción exitosa podría ser el aislamiento del CBD y otros cannabinoides del cannabis.
Extracción ultrasónica frente a métodos de extracción convencionales
La maceración en etanol es un método sencillo, pero requiere mucho tiempo, la capacidad de procesamiento es limitada y los costes de disolventes y energía son elevados. Los restos de disolvente en el producto final dificultan 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 pueden encontrarse sustancias cancerígenas, como el benceno, en el producto final.
Los sistemas de extracción con CO2 supercrítico tienen un coste de inversión y un consumo energético elevados. Los extractores de CO2 supercrítico requieren personal bien formado para su funcionamiento, ya que los sistemas de CO2 a alta presión son peligrosos de manejar. Una fuga de CO2 puede causar la muerte por asfixia de los trabajadores presentes.
La extracción con agua en condiciones críticas es una alternativa respetuosa con el medio ambiente que es lenta y libera solo una pequeña fracción de los compuestos bioactivos.
Extracción ultrasónica
La extracción ultrasónica es una técnica que intensifica la extracción y puede utilizarse en combinación con agua (sin disolventes) así como con disolventes como etanol, mezclas de etanol y agua, glicerina, metanol, aceites vegetales u otros disolventes de su elección. La extracción ultrasónica favorece la transferencia de masa, lo que permite obtener rendimientos de extracción del 95-99% . La sonicación puede escalarse fácilmente y produce extractos de alta calidad.
Un extractor ultrasónico a pequeña escala, como el UP400St (400 W), puede procesar un lote de hasta 10 L en 5-15 min (según los parámetros del proceso, como la materia prima (fresca o seca; cogollos, hojas, tallos), el disolvente y la temperatura).
El potente extractor ultrasónico UIP2000hdT de 2 kW puede funcionar como un sistema en línea. En modo de flujo continuo, el UIP2000hdT procesa fácilmente de 200 a 800 L/hr (también en función de los parámetros del proceso).
El coste de inversión de un procesador ultrasónico es bajo en comparación con el de un extractor de CO2. Los costes energéticos de funcionamiento también son insignificantes. Los extractores ultrasónicos son muy seguros de manejar, fáciles de limpiar y requieren muy poco mantenimiento.
Cannabis
Los compuestos bioactivos de la planta de cannabis (tanto del cáñamo como de la marihuana) han recibido mucha atención en los últimos tiempos. En particular, se han demostrado numerosos beneficios para la salud del cannabinoide cannabidiol (CBD), que van desde propiedades anticancerígenas y antiinflamatorias hasta efectos analgésicos y antidepresivos. Además del cannabidiol, la planta de cannabis contiene numerosos otros cannabinoides, como THC (tetrahidrocannabinol), cannabinol (CBN), cannabigerol (CBG), cannabicromeno (CBC) y cannabinodiol (CBND). Los cannabinoides han demostrado un enorme 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 dar lugar a beneficios para la salud aún mayores. La interacción entre diferentes terpenos, diferentes cannabinoides y otros compuestos vegetales se denomina «efecto séquito». Debido a este efecto séquito, los extractos de espectro completo, que pueden obtenerse con éxito mediante extracción asistida por ultrasonidos (UAE), son conocidos por sus excepcionales efectos terapéuticos.
Terpenos del cannabis
Los terpenoides son componentes de los aceites esenciales que se encuentran en los materiales vegetales. 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 constituyen el mecanismo de defensa natural de la planta de cannabis, que la protege de insectos y animales. Debido a su olor fragante, los terpenos actúan como repelentes. Para los seres humanos, la característica más perceptible de los terpenos del cannabis es su olor. Estos terpenos contribuyen a los numerosos beneficios para la salud de la planta de cannabis (cáñamo y marihuana).
Además de su aroma y olor, las moléculas de terpenos son potentes sustancias vegetales que ofrecen diversos beneficios medicinales.
Tanto la marihuana como el cáñamo del género Cannabis Sativa contienen una cantidad excepcional de terpenoides y más de 100 tipos diferentes de estas sustancias.
Cada terpeno tiene propiedades únicas, que van desde efectos sedantes hasta estimulantes. Por ejemplo, el nerolidol tiene efectos sedantes y ansiolíticos, el linalool ayuda a controlar los síntomas de ansiedad y 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 presentes en el cannabis también se encuentran en otras plantas. El cariofileno se encuentra, por ejemplo, en verduras de hoja verde, el lúpulo así como en el romero y el orégano. El limoneno es el principal terpeno presente en los 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 vegetales, como los polifenoles y los flavonoides, presentan efectos sinérgicos excepcionales que mejoran la simbiosis entre los cannabinoides. Esta interacción de diversos compuestos bioactivos se conoce como «efecto séquito«.
El efecto séquito aumenta la biodisponibilidad de los terpenos y ayuda al organismo a absorber los cannabinoides de forma más eficiente.
Tipos de compuestos bioactivos
El número, la concentración y la variedad de compuestos bioactivos determinan las propiedades medicinales de un extracto vegetal. Estos compuestos bioactivos se sintetizan como metabolitos secundarios, que no contribuyen al crecimiento ni a la fotosíntesis de las plantas. Sin embargo, son cruciales para la supervivencia de las plantas y su interacción con el entorno. Los compuestos bioactivos vegetales pueden clasificarse, a grandes rasgos, 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 variedad de compuestos fenólicos incluye ácidos fenólicos, como los ácidos benzoico e hidroxicinámicos; flavonoides, como flavonas y flavonoles; lignanos y estilbenos. Un extracto de espectro completo (por ejemplo, obtenido mediante extracción ultrasónica del cannabis) incluye todos estos diferentes compuestos vegetales, que presentan efectos muy diversos sobre la salud.
Principio de funcionamiento de la extracción ultrasónica
La extracción ultrasónica se basa en ondas acústicas (ultrasonidos) acopladas a un medio líquido. Las ondas ultrasónicas intensas generan ciclos de alta presión / baja presión. Debido a las diferencias de presión durante la propagación de las ondas ultrasónicas a través del líquido, se forman burbujas de cavitación. La implosión de estas burbujas de cavitación genera condiciones de alta densidad energética.
La extracción ultrasónica de compuestos activos y aceites esenciales se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica. La figura de arriba 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 cerca de las burbujas de cavitación que implosionan pueden ser extremas – se generan temperaturas de hasta 4500 °C y presiones de hasta 100 MPa. La implosión y las diferencias de presión resultantes generan fuerzas de cizallamiento y turbulencias muy elevadas en el punto caliente de cavitación. La combinación de estos factores, las diferencias de presión, las diferencias térmicas y el cizallamiento, favorece la transferencia de masa y, con ello, los procesos de extracción. Las intensas fuerzas de cavitación ultrasónica provocan la ruptura de las células (por ejemplo, de plantas, bacterias o tejidos) y la liberación del material intracelular (como aceites, lípidos, proteínas y compuestos activos) al disolvente circundante.
Por ello, la extracción ultrasónica es el método preferido para intensificar los procesos de extracción.
La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámico
Extractores ultrasónicos de alta potencia, desde la escala de laboratorio hasta las escalas piloto e industrial.