Extracción de terpenos mediante ultrasonidos
Se ha demostrado que la extracción ultrasónica de terpenos permite obtener altos rendimientos del terpeno óxido de cariofileno, por ejemplo, a partir de cannabis y lúpulo. El óxido de cariofileno es un terpeno presente en el cannabis, el lúpulo, la pimienta, la albahaca y el romero. Como compuesto activo, el terpeno óxido de cariofileno extraído se utiliza como aditivo aromatizante y suplemento para la salud.
Uso del óxido de cariofileno extraído
El óxido de cariofileno se distingue por su olor y sabor aromáticos (a hierbas). Debido a la intensidad de su olor y sabor aromáticos, se utiliza con frecuencia como aditivo aromatizante en alimentos y como componente de fragancias. Además, tiene la capacidad de unirse a los receptores endocrinos CB2 del cuerpo humano, lo que lo convierte en un componente de interés farmacéutico.
Extracción ultrasónica de óxido de cariofileno
La extracción ultrasónica del terpeno óxido de cariofileno es una técnica excelente para obtener altos rendimientos, por ejemplo, a partir de cannabis y lúpulo. ¡Lea más sobre la cavitación acústica, el principio activo de la extracción ultrasónica!
Por ejemplo, se extrajo óxido de β-cariofileno mediante ultrasonidos con el equipo ultrasónico UP100H (100 W, 30 kHz) a partir de conos de lúpulo secos.
Los datos del análisis por cromatografía de gases (GC) muestran el rendimiento de extracción del óxido de β-cariofileno, extraído con el equipo de Hielscher UP100H a partir de lúpulo.
UP400St – potente procesador ultrasónico de 400 W para la extracción de terpenos con agitador
Análisis por cromatografía de gases del extracto de lúpulo obtenido mediante ultrasonidos: óxido de β-cariofileno, α-cariofileno, α-pineno, mycrene, limoneno, α-caryophylene y óxido de cariofileno, entre otros.
Además del óxido de β-cariofileno, se extrajeron con éxito otros terpenos, como α-cariofileno, α-pineno, mycrene, limoneno y α-caryophylene, entre otros.
¿Cómo se extraen los terpenos de las plantas mediante sonicación con sonda? ¡Instrucciones paso a paso!
- Primero, el material vegetal se muele o se corta en pequeños trozos para aumentar la superficie disponible para la extracción.
- A continuación, el material vegetal se mezcla con un disolvente (como etanol o agua) para extraer los terpenos.
- Después, se utiliza la sonicación con sonda para favorecer el proceso de extracción mediante la aplicación a la suspensión de ondas ultrasónicas de alta intensidad y baja frecuencia, de aproximadamente 20 kHz. Esto provoca cavitación acústica y una rápida vibración del disolvente, lo que favorece la desintegración y la ruptura de las células vegetales y la liberación de los terpenos.
- A continuación, la mezcla se filtra para separar el material vegetal sólido del líquido que contiene los terpenos extraídos.
- Después, el líquido se evapora o se somete a un procesamiento adicional para eliminar el disolvente y concentrar los terpenos.
- El producto final es un extracto rico en terpenos que puede utilizarse en diversas aplicaciones, como complementos alimenticios, alimentos funcionales y cosméticos.
Protocolo de extracción ultrasónica de terpenos
El lúpulo se molió con un molinillo de café convencional para obtener un tamaño de partícula más homogéneo en la muestra de lúpulo.
Se introdujeron 4,5 mg de lúpulo en un vial y, a continuación, se añadieron 5 mL de etanol. El vial se colocó en un vaso de precipitados con agua y hielo para disipar el calor. Después, la muestra se sonicó con un UP100H, equipado con el sonotrodo MS7, con un ajuste de amplitud del 50% durante 90sec.
Análisis por cromatografía de gases del extracto de lúpulo obtenido mediante ultrasonidos:
La sonicación garantiza una elevada transferencia de masa entre la matriz celular y el disolvente, lo que permite obtener un rendimiento muy alto de extracto de alta calidad.
- extractos de terpenos de alta calidad (sin degradación térmica)
- altos rendimientos
- procedimiento rápido
- rápido retorno de la inversión
- disolventes menos agresivos
- menor consumo de disolvente
- funcionamiento seguro y sencillo
- poco mantenimiento
- extracción de terpenos ecológica y respetuosa con el medio ambiente
La extracción ultrasónica de terpenos destaca como un método de extracción ecológico que permite acelerar considerablemente el procedimiento de extracción de terpenos y requiere menos energía que otros métodos de extracción convencionales (como el CO2 supercrítico, Soxhlet etc.). Otras ventajas asociadas al uso de la extracción ultrasónica de terpenos son el manejo sencillo del extractor ultrasónico, la rapidez del proceso, la ausencia de residuos químicos, el alto rendimiento, el respeto por el medio ambiente, la mejora de la calidad gracias a las condiciones suaves de procesamiento y la prevención de la degradación térmica.
Extractores ultrasónicos para terpenos
La siguiente tabla le orienta sobre qué equipo ultrasónico podría ser el más adecuado para sus necesidades de extracción de terpenos.
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografía/Referencias
- 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
Información de interés
Cariofileno
El cariofileno, o (−)-β-cariofileno, es un sesquiterpeno bicíclico natural presente en muchos aceites esenciales. Las siguientes plantas se conocen como buenas fuentes de cariofileno: cannabis, cáñamo (Cannabis sativa), alcaravea negra (Carum nigrum), clavo (Syzygium aromaticum), lúpulo (Humulus lupulus), albahaca (Ocimum spp.), orégano (Origanum vulgare), pimienta negra (Piper nigrum), lavanda (Lavandula angustifolia), romero (Rosmarinus officinali, y aceite de copaiba (Copaifera spp.). El β-cariofileno es un fitocannabinoide con una fuerte afinidad por el receptor cannabinoide de tipo 2 (CB 2), pero no por el receptor cannabinoide de tipo 1 (CB 1).
Óxido de cariofileno
El óxido de cariofileno (también óxido de β-cariofileno) es el derivado de oxidación del β-cariofileno y es un sólido cristalino blanco en polvo con un punto de fusión de aproximadamente 62 °C.
Se valora por sus efectos antiinflamatorios, anestésicos locales y antioxidantes. Las primeras investigaciones sugieren que el óxido de cariofileno también podría ser un fármaco potencial para el tratamiento del cáncer. El óxido de cariofileno forma parte del anillo de ciclobutano, que ya se utiliza en la investigación médica para sintetizar el carboplatino, un fármaco de quimioterapia de uso extendido.
El óxido de cariofileno, en el que la olefina del cariofileno se ha convertido en un epóxido, es un componente autorizado para la aromatización de alimentos.
Tanto el β-cariofileno como el óxido de β-cariofileno presentan una baja solubilidad en agua, lo que dificulta su absorción por las células. Para utilizar estos sesquiterpenos como fármacos o complementos nutricionales, la encapsulación en liposomas permite superar la escasa solubilidad de estos sesquiterpenos en líquidos acuosos y garantiza su biodisponibilidad y bioactividad. ¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la encapsulación ultrasónica de compuestos bioactivos!
Óxido de cariofileno en el cannabis
En la planta cannabis sativa, el óxido de cariofileno se encuentra como un sesquiterpeno que consta de tres unidades de isopreno. El óxido de cariofileno es uno de los terpenos de mayor tamaño y más abundantes de la planta de cannabis y es responsable de su aroma y olor característicos. La extracción ultrasónica se aplica con éxito para producir aceites de cannabidiol de espectro completo, de modo que se obtiene el efecto séquito de los diversos compuestos.
Cavitación ultrasónica para la extracción
Cuando se introducen ondas ultrasónicas de alta potencia en un líquido, se producen ciclos de compresión y expansión (rarefacción) en el fluido. Durante la rarefacción se generan cavidades en el líquido, también llamadas burbujas de cavitación. Estas burbujas de cavitación, que son diminutas burbujas de vacío, se forman cuando actúa una presión negativa que supera la resistencia local a la tracción del líquido. Las burbujas de vacío crecen a lo largo de varios ciclos de compresión / rarefacción hasta que ya no pueden absorber más energía y la burbuja de cavitación sufre un colapso implosivo. Este fenómeno se conoce como cavitación. Según la investigación del Prof. Suslick (1990), en las burbujas de cavitación se dan condiciones extremas, con temperaturas de hasta 5000 K, presiones de 1000 atmósferas, una tasa de calentamiento y enfriamiento superior a 1010 K/s y chorros de líquido con velocidades de hasta 280 m/s, que se manifiestan como fuerzas de cizallamiento muy elevadas y turbulencias en la zona de cavitación. La combinación de estos factores (presión, calor, cizallamiento y turbulencia) se utiliza para acelerar la transferencia de masa en el proceso de extracción. Además, estas condiciones locales también se aprovechan en procesos ultrasónicos como la homogeneización, la emulsificación o la dispersión.
La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámico
Extracción ultrasónica de terpenos
El principio de la extracción ultrasónica se basa en dos efectos que se producen cuando se acoplan ondas ultrasónicas de alta potencia a un líquido o una suspensión:
En primer lugar, el disolvente (el medio líquido circundante) es impulsado hacia el interior de la matriz celular. En función de la amplitud y la intensidad de la cavitación, la presión del líquido perfora o rompe la pared celular.
En segundo lugar, durante el ciclo de rarefacción, el contenido celular (es decir, el material intracelular) es arrastrado fuera de la célula. Tras la extracción ultrasónica, los compuestos de interés se encuentran en el disolvente y pueden separarse de él (por ejemplo, mediante su evaporación), de modo que finalmente se obtiene un extracto puro.
La composición de la materia prima (como el contenido de humedad, el grado de maceración / molienda y el tamaño de partícula, y el disolvente seleccionado son factores muy importantes para obtener un proceso de extracción ultrasónica eficiente y eficaz. Los parámetros del proceso ultrasónico también son esenciales: la amplitud, la presión, la temperatura y el tiempo de sonicación deben establecerse y optimizarse para obtener los mejores resultados.