Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Extracción ultrasónica de terpenos

  • El óxido de cariofileno es un terpeno que se encuentra en el cannabis, el lúpulo, la pimienta, la albahaca y el romero.
  • Como compuesto activo, el óxido de terpeno cariofileno se utiliza como aditivo aromatizante y suplemento para la salud.
  • Se ha comprobado que la extracción por ultrasonidos proporciona altos rendimientos de óxido de cariofileno, por ejemplo, de cannabis y lúpulo.

Uso de óxido de cariofileno

El óxido de cariofileno se distingue por su olor y sabor aromáticos (es decir, hierbas). Debido a su intenso olor y sabor aromático, se utiliza a menudo como aditivo aromatizante en los alimentos y como componente de fragancia. Además, también tiene la capacidad de unirse con los receptores endocrinos CB2 en el cuerpo humano, lo que lo convierte en un interesante componente farmacéutico.

Extracción ultrasónica de lúpulo

Extracción ultrasónica de óxido de cariofileno

La extracción por ultrasonidos es una técnica excelente para producir altos rendimientos de óxido de cariofileno, por ejemplo, a partir de canabis y saltos. Más información sobre la cavitación acústicael principio activo de la extracción ultrasónica!
Como ejemplo, β-caryophyllene oxide fue extraído ultrasónicamente con el dispositivo ultrasónico UP100H (100W, 30kHz) de los brotes de lúpulo seco.
Los datos del análisis de GC muestran el rendimiento de extracción del óxido de cariofileno β, extraído con el método de Hielscher. UP100H de los lúpulos.

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Análisis de GC del extracto de óxido de cariofileno ultrasónico de las yemas de lúpulo

Análisis por cromatografía de gases del extracto de lúpulo ultrasónico: β-caryophyllene oxide, α-caryophyllene, α-pinene, mycrene, limonene, α-caryophylene, and caryophyllene oxide and others.

Además de β-caryophyllene oxide, otros terpenos como α-caryophyllene, α-pinene, mycrene, limonene, y α-caryophylene entre otros fueron extraídos con éxito.

Protocolo de extracción por ultrasonidos:

El lúpulo se molió con un molino de café convencional para obtener un tamaño de partícula más homogéneo de la muestra de lúpulo.
4.5mg de lúpulo fue puesto en un vial, luego agregando 5mL de etanol. La ampolla se colocó en un vaso con agua helada para disipar el calor. Luego, la muestra fue sondeada con un UP100Hequipado con sonotrodo MS7, con un ajuste de amplitud del 50% durante 90 segundos.

Datos analíticos de CG para extractos de lúpulo (extraídos por sonicación)

Análisis por cromatografía de gases del extracto de lúpulo por ultrasonidos:

La sonicación asegura una alta transferencia de masa entre la matriz celular y el disolvente, de modo que se obtiene un rendimiento muy alto de extracto de alta calidad.

Ventajas de extracción por ultrasonidos

  • extractos de alta calidad (sin degradación térmica)
  • altos rendimientos
  • procedimiento rápido
  • RoI rápido
  • disolventes más suaves
  • menor uso de disolventes
  • seguro y fácil de operar
  • Bajo mantenimiento
  • Extracción ecológica y respetuosa con el medio ambiente

La extracción por ultrasonidos se distingue por ser un método de extracción ecológico, que permite acelerar el proceso de extracción de forma significativa y, al mismo tiempo, requiere menos energía que otros métodos de extracción convencionales (es decir, CO2 supercrítico), Soxhlet etc.). Otras ventajas relacionadas con el uso de la extracción por ultrasonidos son el fácil manejo del extractor por ultrasonidos, el proceso rápido, la ausencia de residuos químicos, el alto rendimiento, el respeto al medio ambiente, la mejora de la calidad debido a las condiciones de procesamiento suaves y la prevención de la degradación térmica.

Extractores por ultrasonidos

La siguiente tabla le da una indicación de qué dispositivo ultrasónico puede ser el más adecuado para sus necesidades de proceso.

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos 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. mayor Grupo de UIP16000

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Hielscher Ultrasonics fabrica ultrasonicadores de alto rendimiento.

Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a escala industrial.

Literatura/Referencias

  • Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Avances recientes en la extracción de antioxidantes de las industrias de procesamiento de subproductos vegetales. Calidad y seguridad alimentaria, 2017, 1, 61-81.
  • Suslick, K.S. (1990): Sonoquímica. Ciencia 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445


Información interesante

Cariofileno

Caryophyllene o (-)-β-caryophyllene, es un sesquiterpene bicíclico natural que se puede encontrar en muchos aceites esenciales. Las siguientes hierbas son conocidas como una buena fuente de cariofileno: canabiscáñamo (Cannabis sativa), alcaravea negra (Carum nigrum), clavo (Syzygium aromaticum), lúpulo (Humulus lupulus), albahaca (Ocimum spp.), orégano (Origanum vulgare), pimienta negra (Piper nigrum)La lavanda (Lavandula angustifolia), romero (Rosmarinus officinali) y aceite de copaiba (Copaifera spp.). β-caryophyllene es un fitocannabinoide con fuerte afinidad al receptor cannabinoide tipo 2 (CB 2), pero no al receptor cannabinoide tipo 1 (CB 1).

Óxido de cariofileno

El óxido de cariofileno (también β-caryophyllene oxide) es el derivado de la oxidación de β-caryophyllene y es un polvo sólido cristalino blanco con un punto de fusión de aproximadamente 62°C.
Se valora por sus efectos antiinflamatorios, anestésicos locales y antioxidantes. La primera investigación sugiere que el óxido de cariofileno también podría ser un medicamento potencial para el tratamiento del cáncer. El óxido de cariofileno es parte del anillo de ciclobutano, que ya se utiliza en la investigación médica para sintetizar el fármaco quimioterapéutico ampliamente utilizado, el carboplatino.
El óxido de cariofileno, en el que la olefina de la cariofilina se ha convertido en un epóxido, es un componente aprobado para la aromatización de alimentos.
Ambos, β-caryophyllene y β-caryophyllene oxide exhiben baja solubilidad en agua, lo que impide su absorción en la célula. Para utilizar estos sesquiterpenos como medicamentos o suplementos nutricionales, la encapsulación en liposomas superar la escasa solubilidad de estos sesquiterpenos en fluidos acuosos y asegurar su biodisponibilidad y bioactividad. Haga clic aquí para saber más sobre la encapsulación ultrasónica de compuestos bioactivos!

Óxido de cariofileno en el cannabis

En la planta de cannabis sativa, el óxido de cariofileno se encuentra como sesquiterpeno, que consta de tres unidades de isopreno. El óxido de cariofileno es uno de los terpenos más grandes y abundantes de la planta de cannabis y es responsable del aroma y el olor característicos del cannabis. La extracción por ultrasonidos se aplica con éxito para producir espectro completo de aceites de cannabidiolde forma que se obtenga el efecto de entorno de los compuestos múltiples.

cavitación ultrasónica

Cuando se introducen ondas de ultrasonido de alta potencia en un líquido, se producen ciclos de compresión y expansión (rarefacción) en el fluido. Durante la rarefacción se generan vacíos o las llamadas burbujas de cavitación en un líquido. Estas burbujas de cavitación, que son diminutas burbujas de vacío, se producen cuando la presión negativa se ejerce, de modo que se supera la resistencia a la tracción local del líquido. Las burbujas de vacío crecen a lo largo de varios ciclos de compresión / rarefacción hasta que 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 prevalecen condiciones extremas con temperaturas de hasta 5000 K, presiones de 1000 atmósferas, tasas de calentamiento-enfriamiento superiores a 1010 K/s y chorros de líquidos con velocidades de hasta 280m/s, que aparecen como una fuerza de cizallamiento muy alta 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 utilizan en procesos ultrasónicos, como la homogeneización, la emulsificación o la dispersión.

Ultrasónica / cavitación acústica crea fuerzas de gran intensidad que promueve los procesos de cristalización y precipitación (click para ampliar!)

La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas.

extracción ultrasónica

El principio de la extracción ultrasónica se basa en dos efectos, que se producen cuando las ondas de ultrasonido de alta potencia se acoplan en un líquido o lodo:
En primer lugar, el disolvente (medio líquido circundante) se introduce en la matriz celular. Dependiendo de la amplitud y la fuerza de la cavitación, la pared celular es perforada o interrumpida por la presión del líquido.
En segundo lugar, durante el ciclo de rarefacción, el contenido de la célula (es decir, el material intracelular) se elimina de la célula interna. Después de la extracción ultrasónica, los compuestos en cuestión se encuentran en el disolvente y pueden separarse del disolvente (por ejemplo, mediante la evaporación del disolvente), de modo que finalmente se obtiene un extracto puro.
La composición de la materia prima (contenido de humedad, grado de maceración / molienda y tamaño de partícula) y el disolvente seleccionado son factores muy importantes para obtener un proceso de extracción por ultrasonidos eficiente y efectivo. Los parámetros ultrasónicos del proceso también son esenciales: la amplitud, la presión, la temperatura y el tiempo de sonicación deben ser establecidos y optimizados para obtener los mejores resultados.