Ultraheli ekstraheerimine kanepi kui tooraine abil
- Cannabis sativa taime puhul saab eristada kahte liiki: marihuaana ja kanep.
- Ultraheli on tuntud kui parem meetod kannabinoidide isoleerimiseks nii marihuaanast kui ka kanepist.
Kannabinoidide ultraheliekstraktsioon
Ultraheliekstraktsiooni tehnoloogia on väga tõhus aktiivsete ühendite (st kannabinoidide (CBD, THC, CBG), eeterlike õlide, terpeenide jne) vabastamiseks taimsest materjalist, näiteks õisikutest, lehtedest ja vartest.
Ultraheliekstraktsioon edestab tavapäraseid ekstraktsioonitehnikaid mitmete eeliste tõttu:
Ultrahelitoega ekstraktsioon (UAE) on hästi tuntud kui protsessi intensiivistav tehnika, mis parandab massiülekannet ja vabastab bioaktiivseid ühendeid, näiteks kannabinoide, terpeene jne, suuremas saagises.
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) annab kvaliteetseid ekstrakte, sest ultraheliekstraktsioon ei nõua kannabinoidide vabastamiseks karmide, toksiliste lahustite kasutamist. Ultraheliekstraktsiooni saab teha näiteks lahustitena vee, vee-alkoholi segu, alkoholi või õliga (oliivi-, kookosõli). See muudab ultrahelitoega ekstraktsiooni (UAE) märkimisväärselt keskkonnasõbralikumaks.
Lugege lähemalt, kuidas valida ultraheliekstraktsiooniks sobivaid lahusteid!
Ultraheli töötluse (sonikeerimise) leebed ekstraktsioonitingimused annavad ekstrakti, mis säilitab tooraine (nt kanep, marihuaana) samad, kuid tugevdatud omadused – pakkudes paremat tervisemõju, maitset ja lõhna.
Hielscheri ultraheliekstraktorite tööd saab täpselt juhtida. Protsessiparameetrite, näiteks intensiivsuse ja temperatuuri täieliku kontrolli abil on võimalik saavutada erakordselt kõrge ekstrakti kvaliteet. Kuna sonikeerimine on mittetermiline töötlusmeetod, välditakse kuumustundlike komponentide termilist lagunemist. Parimate ekstraktide jaoks on optimaalsed ekstraktsioonitemperatuurid vahemikus 0–60°C.
Ultraheliekstraktsiooni teine eelis on kiire protsess: kogu ekstraktsiooniprotsess võtab kannabinoidide vabastamiseks taimerakkudest aega vaid minuteid, samas kui teised ekstraktsioonitehnikad vajavad töötlemiseks tunde või isegi päevi.
Nii investeerimis- kui ka kasutuskulud on alternatiivsete ekstraktoritega, nt ülekriitilise CO2 ekstraktoritega võrreldes minimaalsed. Ultraheliekstraktsioonisüsteemid tagavad väga kiire investeeringutasuvuse.
UP400St kannabinoidide ekstraheerimiseks kanepist
- Kõrge kvaliteediga ekstraktid
- Täielikum ekstraktsioon
- Kõrge ekstraktsioonikiirus
- Täisspektriga ekstrakt
- Mitmesuguste lahustite kasutamine
- Mittetoksiline
- Mittetermiline (külm) meetod
- Kiire ekstraktsiooniprotsess
- Ohutu ja lihtne kasutada
- Lineaarne skaleeritavus
Kanep ja marihuaana
Kanep (Cannabis) on taimede sugukond, mille võib jagada liikideks C. Indica ja C. Sativa. Kanep ja marihuaana on Cannabis Sativa liigid.
Kanepi ja marihuaana võrdlemisel on erinevus väga suur: kui kanep sisaldab väga väikest THC kontsentratsiooni (0,3% või vähem), siis marihuaanas on THC-d palju – kontsentratsioonidega 15% kuni 40%.
Seetõttu on kanepit kuni viimase ajani kasvatatud peamiselt tööstuslikel eesmärkidel. Tänapäeval hinnatakse kanepit ka CBD saagise tõttu. CBD on mittepsühhoaktiivne kannabinoid, millel on põletikuvastased ja ärevusvastased omadused. Marihuaanat kasvatatakse peamiselt selle THC sisalduse pärast, mida kasutatakse meelelahutuslikel ja meditsiinilistel eesmärkidel.
Kanepiõli ja CBD, kanepis leiduv peamine kannabinoid, on paljulubavad ained, mida manustatakse meditsiiniliste seisundite, näiteks ärevuse, kroonilise põletiku, autoimmuunhaiguste, valu, peavalude ja migreeni, seedetrakti häirete ning muu leevendamiseks.
UP400St sondtüüpi sonikaator on populaarne ultraheliekstraktor, mida kasutatakse CBD, THC, CBG, CBN ja teiste kannabinoidide ning terpeenide isoleerimiseks kanepist ja marihuaanast.
Suure jõudlusega ultraheliekstraktorid
Hielscher Ultrasonics pakub väikeseid, keskmise suurusega ja tööstuslikke ultraheli töötlusseadmeid, mida saab käitada ööpäevaringselt 24/7. Olenevalt teie toormest ja protsessi mahust saame pakkuda teile ultraheli ekstraheerimissüsteemi, mis vastab teie vajadustele. Võite valida perioodilise ja pideva ekstraheerimise vahel. Hilisem suurendamine suurematele protsessimahtudele on lihtne, kuna ultraheliprotsesse saab skaleerida lineaarselt.
Hielscheri pilootsüsteemid ja tööstuslikud süsteemid suudavad tagada väga suuri amplituude – võimaldades usaldusväärselt kasutada amplituude kuni 200 µm ning töötada pidevalt ööpäevaringses 24/7 režiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri sonikaatorite töökindlus võimaldab kasutamist raskes töörežiimis ja nõudlikes keskkondades.
Kui pikaajalise kogemusega suure võimsusega ultraheli ekstraktorite tootja on Hielscher teie usaldusväärne partner keerukaks ekstraheerimiseks. Meie nõustame ja toetame oma kliente oma teadmistega ning juhendame neid teostatavuskatsetest kuni tööstusliku paigalduseni.
Võtke meiega kohe ühendust! Arutame hea meelega teiega teie ekstraheerimisnõudeid!
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Hielscher UIP4000hdT, 4 kW ultraheli ekstraktori, paigaldus tööstuslikuks ekstraheerimiseks.
Kirjandus / viited
- 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.
Teadmist väärt fakte
Ultraheliekstraktsioon on kujunenud kõige tõhusamaks ja kasutajasõbralikumaks tehnikaks, kui tegemist on bioaktiivsete ühendite ekstraheerimisega taimsest toorainest. Edukaima ekstraheerimise kõige tuntumaks näiteks võib olla CBD ja teiste kannabinoidide eraldamine kanepist.
Ultraheliekstraktsioon vs. tavapärased ekstraheerimismeetodid
Etanoolis leotamine on lihtne meetod, kuid see on väga aeganõudev, protsessi maht on piiratud ning lahusti- ja energiakulud on kõrged. Lõpptootesse jäävad lahustijäägid takistavad kvaliteetse ekstrakti saamise eesmärki.
Suletud süsivesinikusüsteemi kasutav ekstraheerimine nõuab fossiilsete kütuste kasutamist, mistõttu võib lõpptootes leiduda vähkitekitavaid aineid, näiteks benseeni.
Superkriitilise CO2 ekstraheerimissüsteemide investeerimiskulud ja energiatarbimine on kõrged. Superkriitilise CO2 ekstraktorid nõuavad töötamiseks hästi koolitatud personali, kuna kõrgrõhu all olevate CO2 süsteemide käitamine on ohtlik. CO2 lekkimisel võib see põhjustada kohalolevate töötajate lämbumissurma.
Ekstraheerimine kriitilistes tingimustes oleva veega on keskkonnasõbralik alternatiiv, mis on aeglane ja vabastab ainult väikese osa bioaktiivsetest ühenditest.
Ultraheliekstraktsioon
Ultraheliekstraktsioon on ekstraheerimist intensiivistav tehnika, mida saab kasutada koos veega (lahustivaba) samuti koos lahustitega nagu etanool, etanool-vesi, glütseriin, metanool, taimeõlid või muud valitud lahustid. Ultraheliekstraktsioon soodustab massiülekannet, mistõttu ekstrakti saagiseid 95–99% on võimalik saavutada. Ultraheli töötlust (sonikeerimist) saab hõlpsasti suurendada ning see annab kvaliteetseid ekstrakte.
Väikesemahuline ultraheli ekstraktor, näiteks UP400St (400 W), suudab töödelda kuni 10 L partii 5–15 minutiga (olenevalt protsessi parameetritest, nagu toormaterjal (värske või kuivatatud; õisikud, lehed, varred), lahusti, temperatuur).
2 kW võimsusega ultraheli ekstraktorit UIP2000hdT saab käitada liinisüsteemina. Läbivoolurežiimis töötleb UIP2000hdT hõlpsasti 200 kuni 800 L/h (samuti olenevalt protsessi parameetritest).
Ultraheli töötlusseadme investeerimiskulu on CO2 ekstraktoriga võrreldes madal. Ka käitamise energiakulud on tühised. Ultraheli ekstraktorid on käitamisel väga ohutud, hõlpsasti puhastatavad ja vajavad väga vähe hooldust.
Kanep
Kanepitaime (nii kanep kui marihuaana) bioaktiivsed ühendid on viimasel ajal pälvinud palju tähelepanu. Eriti kannabinoid kannabidiooli (CBD) puhul on näidatud arvukaid terviseeeliseid, mis ulatuvad vähivastastest ja põletikuvastastest omadustest valu leevendavate ja antidepressantsete toimeteni. Lisaks kannabidiioolile sisaldab kanepitaim mitmeid teisi kannabinoide, nagu THC (tetrahüdrokannabinool), kannabinool (CBN), kannabigerool (CBG), kannabikromeen (CBC) ja kannabinodiool (CBND). Kannabinoididel on näidatud tohutut terapeutilist potentsiaali ning need on paljude uuringute fookuses.
Erinevate kannabinoidide ja teiste bioaktiivsete ühendite, nagu terpeenide, polüfenoolide, flavonoidide ja alkaloidide, koostoime näib andvat veelgi paremaid terviseeeliseid. Erinevate terpeenide, erinevate kannabinoidide ja teiste taimeühendite koostoimet nimetatakse „saatjaskonna efektiks“. Selle saatjaskonna efekti tõttu on täisspektriga ekstraktid, mida saab edukalt toota ultraheliga toetatud ekstraheerimise (UAE) abil, tuntud erakordsete terapeutiliste toimete poolest.
Kanepi terpeenid
Terpenoidid on eeterlike õlide komponendid, mida leidub taimsetes materjalides. Kanepitaim on väga rikas terpeenide poolest. Kanepis tekivad terpeenid taime trihhoomides. Trihhoomid on läikivad, kleepuvad kristallid, mis kleepuvad lehtedele ja õisikutele. Need trihhoomid on kanepitaime looduslik kaitsemehhanism, mis kaitseb taime putukate ja loomade eest. Lõhnava aroomi tõttu toimivad terpeenid peletava ainena. Meie, inimeste jaoks on kanepi terpeenide kõige märgatavam tunnus nende lõhn. Need terpeenid aitavad kaasa kanepitaime (kanep ja marihuaana) mitmekülgsetele terviseeelistele.
Lisaks oma aroomile ja lõhnale on terpeenimolekulid võimsad taimsed ained, mis pakuvad mitmesuguseid meditsiinilisi eeliseid.
Nii marihuaana kui ka kanep, mis kuuluvad perekonda Cannabis Sativa, sisaldavad erakordselt suurt hulka terpenoide ja rohkem kui 100 erinevat tüüpi neid aineid.
Igal terpeenil on ainulaadsed omadused, mis ulatuvad rahustavatest kuni tõstvate toimeteni. Näiteks nerolidoolil on rahustav ja ärevusvastane toime, linalool aitab leevendada ärevuse ja artriidi sümptomeid, samas kui mürtseen on tuntud kroonilise valu leevendajana. Terpeenid β-mürtseen, Ɣ-pineen ja humuleen vähendavad põletikku ning omavad valuvaigistavat toimet.
Paljud terpeenid on kanepile ainuomased, kuid paljusid kanepis leiduvaid terpeene leidub ka mitmetes teistes taimedes. Kariofülleeni leidub nt rohelistes lehtköögiviljades, humalas samuti rosmariinis ja pune. Limoneen on peamine terpeen, mida leidub tsitrusviljades, nagu sidrunid ja apelsinid.
Saatjaskonna efekt
Igal terpeenil on teada kindlad terapeutilised toimed. Siiski on teada, et terpeenid ja teised taimsed ühendid, nagu polüfenoolid ja flavonoidid, avaldavad erakordseid sünergilisi toimeid, mille tulemuseks on kannabinoidide parem sümbioos. Seda erinevate bioaktiivsete ühendite koostoimet tuntakse kui „saatjaskonna efekti“.
Saatjaskonna efekt muudab terpeenid biosaadavamaks ja aitab organismil kannabinoide tõhusamalt omastada.
Bioaktiivsete ühendite tüübid
Bioaktiivsete ühendite hulk, kontsentratsioon ja mitmekesisus määravad taimeekstrakti raviomadused. Neid bioaktiivseid ühendeid sünteesitakse sekundaarsete metaboliitidena, mis ei osale taimede kasvus ega fotosünteesis. Siiski on need taimede ellujäämise ja nende keskkonnaga suhtlemise jaoks üliolulised. Taimseid bioaktiivseid ühendeid saab laias laastus jagada kolme klassi: terpeenid ja terpenoidid, alkaloidid ning fenoolsed ühendid. Fenoolsed ühendid on taimeriigis sekundaarsete metaboliitide kõige laiemalt levinud rühm ning need on hästi tuntud ja hinnatud oma antioksüdatiivsete toimete poolest. Teine oluline madalmolekulaarsete fenoolsete ühendite klass on flavonoidid, millel on samuti väga tugev antioksüdatiivne toime.
Fenoolsete ühendite hulka kuuluvad fenoolhapped, näiteks bensoe- ja hüdroksükaneelhapped, flavonoidid, näiteks flavoonid ja flavonoolid, lignaanid ning stilbeenid. Täisspektri ekstrakt (nt saadud ultraheliekstraktsiooniga kanepist) sisaldab kõiki neid erinevaid taimseid ühendeid, millel on kõige mitmekesisemad tervisemõjud.
Ultraheliekstraktsiooni tööpõhimõte
Ultraheliekstraktsioon põhineb vedelsöötmesse sisestatud akustilistel lainetel (ultraheli). Intensiivsed ultrahelilained tekitavad kõrgsurve- ja madalsurvetsükleid. Rõhuerinevuste tõttu ultrahelilainete levimisel läbi vedeliku tekivad kavitatsioonimullid. Nende kavitatsioonimullide implosioon tekitab energiatihedad tingimused.
Aktiivsete ühendite ja eeterlike õlide ultraheliekstraktsioon põhineb akustilise kavitatsiooni tööpõhimõttel. Ülaltoodud joonis näitab kavitatsioonimulli kokkuvarisemise mõju ja sellest tulenevat eeterliku õli vabanemist taimsest materjalist
allikas: Altaf et al. 2018
Tingimused implodeerivate kavitatsioonimullide läheduses võivad olla äärmuslikud – tekivad temperatuurid kuni 4500°C ja rõhud kuni 100 MPa. Implosioon ja sellest tulenevad rõhuerinevused tekitavad kavitatsioonilises kuumas punktis väga suuri nihkejõude ja turbulentsi. Rõhuerinevuste, temperatuurierinevuste ja nihke koosmõju soodustab massiülekannet ning seeläbi ekstraktsiooniprotsesse. Intensiivsete ultraheli kavitatsioonijõudude toimel rakud (nt taimede, bakterite või kudede rakud) lõhutakse ning rakusisene materjal (näiteks õlid, lipiidid, valgud ja aktiivsed ühendid) vabaneb ümbritsevasse lahustisse.
Ultraheliekstraktsioon on seetõttu eelistatud meetod ekstraktsiooniprotsesside intensiivistamiseks.
Ultraheliekstraktsioon põhineb akustilisel kavitatsioonil ja sellega kaasnevatel hüdrodünaamilistel nihkejõududel
Suure võimsusega ultraheliekstraktorid laborist pilootmastaabini ja tööstusliku mastaabini.