استخراج فراصوتی با استفاده از شاهدانه به‌عنوان مادهٔ اولیه
- برای گیاه cannabis sativa می‌توان دو گونه را از هم متمایز کرد: ماری‌جوانا و شاهدانه.
- فراصوت به‌عنوان روشی برتر برای جداسازی کانابینوئیدها از هر دو گیاه ماری‌جوانا و شاهدانه شناخته شده است.
استخراج فراصوتی کانابینوئیدها
فناوری استخراج فراصوتی برای آزادسازی ترکیبات فعال (یعنی کانابینوئیدها (CBD، THC، CBG)، اسانس‌ها, ترپن‌ها و غیره) از مواد گیاهی مانند غنچه‌ها، برگ‌ها و ساقه‌ها بسیار کارآمد است.
استخراج فراصوتی به‌دلیل مزایای متعدد، از روش‌های متداول استخراج عملکرد بهتری دارد:
استخراج به کمک فراصوت (UAE) به‌عنوان روشی برای تشدید فرایند شناخته شده است که انتقال جرم را بهبود می‌بخشد و ترکیبات زیست‌فعال مانند کانابینوئیدها، ترپن‌ها و غیره را با بازده بیشتری آزاد می‌کند.
فراصوت‌دهی عصاره‌هایی با کیفیت بالا تولید می‌کند، زیرا استخراج فراصوتی برای آزادسازی کانابینوئیدها به استفاده از حلال‌های قوی و سمی نیاز ندارد. برای مثال، استخراج فراصوتی را می‌توان با استفاده از آب، مخلوط آب و الکل، الکل یا روغن (زیتون، نارگیل) به‌عنوان حلال انجام داد. این ویژگی استخراج به کمک فراصوت (UAE) را به‌طور چشمگیری سازگارتر با محیط‌زیست می‌کند.
دربارهٔ انتخاب صحیح حلال‌ها برای استخراج فراصوتی بیشتر بخوانید!
شرایط ملایم استخراج در فراصوت‌دهی، عصاره‌ای به دست می‌دهد که همان ویژگی‌های مادهٔ اولیه (برای مثال شاهدانه، ماری‌جوانا) را با شدت بیشتر دارد – و اثرات سلامت‌بخش، طعم و بوی بهتری ارائه می‌کند.
استخراج‌کننده‌های فراصوتی Hielscher را می‌توان با دقت کنترل کرد. با کنترل کامل پارامترهای فرایند مانند شدت و دما، می‌توان به کیفیت فوق‌العاده بالای عصاره دست یافت. از آنجا که فراصوت‌دهی روشی غیرحرارتی برای پردازش است، از تخریب حرارتی اجزای حساس به گرما جلوگیری می‌شود. دماهای استخراج در محدودهٔ 0-60°C برای دستیابی به عصاره‌های برتر بهینه هستند.
مزیت دیگر استخراج فراصوتی، سرعت فرایند است: کل فرایند استخراج برای آزادسازی کانابینوئیدها از سلول‌های گیاهی تنها چند دقیقه طول می‌کشد، در حالی که سایر روش‌های استخراج به ساعت‌ها یا حتی روزها زمان پردازش نیاز دارند.
هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری در مقایسه با استخراج‌کننده‌های جایگزین، مانند استخراج‌کننده‌های CO2 فوق‌بحرانی، بسیار اندک هستند. سامانه‌های استخراج فراصوتی بازگشت سرمایهٔ (RoI) بسیار سریعی فراهم می‌کنند.
UP400St برای استخراج کانابینوئیدها از شاهدانه
- عصاره‌های باکیفیت
- استخراج کامل‌تر
- نرخ بالای استخراج
- عصارهٔ تمام‌طیف
- استفاده از حلال‌های گوناگون
- غیرسمی
- روش غیرحرارتی (سرد)
- فرایند سریع استخراج
- ایمن و آسان برای استفاده
- مقیاس‌پذیری خطی
مقایسهٔ شاهدانه و ماری‌جوانا
کانابیس خانواده‌ای از گیاهان است که می‌توان آن را به این گروه‌ها تقسیم کرد: C. Indica و C. Sativa. شاهدانه و ماری‌جوانا گونه‌هایی از Cannabis Sativa هستند.
در مقایسهٔ شاهدانه و ماری‌جوانا، تفاوت بسیار بزرگی وجود دارد؛ شاهدانه دارای غلظت بسیار کمی از THC است (0٫3% یا کمتر)، در حالی که ماری‌جوانا سرشار از THC با غلظت‌هایی بین 15% تا 40% است.
بنابراین تا همین اواخر، شاهدانه عمدتاً برای مصارف صنعتی کشت می‌شد. امروزه شاهدانه به‌خاطر بازده CBD آن نیز ارزشمند است. CBD یک کانابینوئید غیرروان‌گردان با خواص ضدالتهابی و ضداضطراب است. ماری‌جوانا عمدتاً به‌خاطر محتوای THC آن کشت می‌شود که برای مصارف تفریحی و پزشکی به کار می‌رود.
روغن شاهدانه و CBD، کانابینوئید اصلی موجود در شاهدانه، موادی امیدبخش هستند که برای کمک به بهبود عارضه‌هایی مانند اضطراب، التهاب مزمن، بیماری‌های خودایمنی، درد، سردرد و میگرن، اختلالات گوارشی و موارد دیگر تجویز می‌شوند.
دستورالعمل سادهٔ استخراج فراصوتی کانابیس با استفاده از بچ‌های متوسط 120L را ببینید!
سونیکاتور پروبی UP400St یک استخراج‌کنندهٔ فراصوتی پرطرفدار است که برای جداسازی CBD، THC، CBG، CBN، سایر کانابینوئیدها و همچنین ترپن‌ها از شاهدانه و ماری‌جوانا استفاده می‌شود.
استخراج‌کننده‌های فراصوتی با عملکرد بالا
Hielscher Ultrasonics عرضه‌کنندهٔ دستگاه‌هایی در مقیاس‌های کوچک, متوسط و صنعتی برای پردازش فراصوتی است که می‌توانند به‌صورت 24/7 کار کنند. بسته به مادهٔ اولیه و حجم فرایند شما، می‌توانیم سامانهٔ استخراج فراصوتی متناسب با نیازهایتان ارائه دهیم. می‌توانید بین استخراج بچ و پیوسته انتخاب کنید. افزایش مقیاس در آینده برای دستیابی به ظرفیت‌های بالاتر فرایند به‌آسانی امکان‌پذیر است، زیرا فرایندهای فراصوتی را می‌توان به‌صورت خطی مقیاس‌بندی کرد.
سامانه‌های پایلوت و صنعتی Hielscher می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی ایجاد کنند – به‌طوری که کار با دامنه‌های تا 200µm به‌صورت مطمئن و پیوسته در بهره‌برداری 24/7 امکان‌پذیر است. برای دامنه‌های حتی بالاتر، سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی موجود هستند. استحکام سونیکاتورهای Hielscher امکان کار در شرایط سنگین و محیط‌های دشوار را فراهم می‌کند.
Hielscher، به‌عنوان سازنده‌ای با سال‌ها تجربه در تولید استخراج‌کننده‌های فراصوتی پرتوان، شریک قابل‌اعتماد شما برای استخراج پیشرفته است. ما به مشتریان خود مشاوره می‌دهیم و با دانش خود از آن‌ها پشتیبانی می‌کنیم و از آزمون‌های امکان‌سنجی تا نصب صنعتی راهنمای آن‌ها هستیم.
همین حالا با ما تماس بگیرید! خوشحال می‌شویم دربارهٔ نیازهای استخراج شما گفت‌وگو کنیم!
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
نصب Hielscher UIP4000hdT، یک استخراج‌کنندهٔ فراصوتی 4kW، برای استخراج صنعتی.
منابع علمی / مراجع
- 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.
نکات دانستنی
استخراج فراصوتی به مؤثرترین و کاربرپسندترین روش برای استخراج ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی تبدیل شده است. شاید برجسته‌ترین نمونهٔ استخراج موفق، جداسازی CBD و سایر کانابینوئیدها از کانابیس باشد.
مقایسهٔ استخراج فراصوتی با روش‌های متداول استخراج
خیساندن در اتانول روشی ساده است، اما بسیار زمان‌بر است، ظرفیت فرایند محدود است و هزینه‌های حلال و انرژی بالا هستند. حلال باقی‌مانده در محصول نهایی با هدف تولید عصاره‌ای باکیفیت تداخل دارد.
استخراج با استفاده از سامانهٔ بستهٔ هیدروکربنی مستلزم استفاده از سوخت‌های فسیلی است؛ در نتیجه ممکن است مواد سرطان‌زایی مانند بنزن در محصول نهایی وجود داشته باشند.
سامانه‌های استخراج با CO2 فوق‌بحرانی، هم هزینهٔ سرمایه‌گذاری بالایی دارند و هم مصرف انرژی زیادی. استخراج‌کننده‌های CO2 فوق‌بحرانی برای بهره‌برداری به کارکنان کاملاً آموزش‌دیده نیاز دارند، زیرا کار با سامانه‌های CO2 تحت فشار بالا خطرناک است. نشت CO2 می‌تواند باعث مرگ کارکنان حاضر بر اثر خفگی شود.
استخراج با آب در شرایط بحرانی، جایگزینی سازگار با محیط‌زیست است که کند است و تنها بخش کوچکی از ترکیبات زیست‌فعال را آزاد می‌کند.
استخراج فراصوتی
استخراج فراصوتی روشی برای تشدید استخراج است که می‌توان آن را در ترکیب با آب (بدون حلال) و همچنین با حلال‌ها مانند اتانول، اتانول و آب، گلیسیرین، متانول، روغن‌های گیاهی یا سایر حلال‌های انتخابی به کار برد. استخراج فراصوتی انتقال جرم را تقویت می‌کند، به‌طوری که بازده استخراج 95-99% قابل دستیابی است. فراصوت‌دهی را می‌توان به‌آسانی به مقیاس بالاتر برد و با آن عصاره‌هایی با کیفیت بالا تولید کرد.
یک استخراج‌کنندهٔ فراصوتی در مقیاس کوچک مانند UP400St (400W) می‌تواند یک بچ با حجم حداکثر 10L را ظرف 5-15min پردازش کند (بسته به پارامترهای فرایند مانند مادهٔ اولیه (تازه یا خشک؛ غنچه‌ها، برگ‌ها، ساقه‌ها)، حلال و دما).
استخراج‌کنندهٔ فراصوتی قدرتمند UIP2000hdT با توان 2kW می‌تواند به‌صورت سامانهٔ درون‌خطی کار کند. در حالت جریان عبوری، UIP2000hdT به‌آسانی 200 تا 800L/hr را پردازش می‌کند (این مقدار نیز به پارامترهای فرایند بستگی دارد).
هزینهٔ سرمایه‌گذاری برای یک پردازشگر فراصوتی در مقایسه با استخراج‌کنندهٔ CO2 پایین است. هزینه‌های انرژی برای بهره‌برداری نیز ناچیز هستند. کار با استخراج‌کننده‌های فراصوتی بسیار ایمن است، تمیز کردن آن‌ها آسان است و به نگهداری بسیار کمی نیاز دارند.
کانابیس
ترکیبات زیست‌فعال گیاه کانابیس (هم شاهدانه و هم ماری‌جوانا) در سال‌های اخیر توجه زیادی جلب کرده‌اند. به‌ویژه برای کانابینوئید کانابیدیول (CBD)، فواید سلامت‌بخش متعددی نشان داده شده است که از خواص مبارزه با سرطان و ضدالتهابی تا تسکین درد و اثرات ضدافسردگی را در بر می‌گیرند. گیاه کانابیس، علاوه بر کانابیدیول، حاوی انواع گوناگونی از کانابینوئیدهای دیگر مانند THC (تتراهیدروکانابینول)، کانابینول (CBN)، کانابیگرول (CBG)، کانابی‌کرومن (CBC) و کانابینودیول (CBND) است. کانابینوئیدها ظرفیت درمانی عظیمی نشان داده‌اند و کانون توجه مطالعات پژوهشی بسیاری هستند.
به نظر می‌رسد برهم‌کنش کانابینوئیدهای گوناگون و سایر ترکیبات زیست‌فعال مانند ترپن‌ها، پلی‌فنول‌ها، فلاونوئیدها و آلکالوئیدها به فواید سلامت‌بخش حتی بهتری منجر می‌شود. برهم‌کنش ترپن‌های مختلف، کانابینوئیدهای مختلف و سایر ترکیبات گیاهی «اثر همراهی» نامیده می‌شود. به‌دلیل این اثرات همراهی، عصاره‌های تمام‌طیف، که می‌توان آن‌ها را با موفقیت از طریق استخراج به کمک فراصوت (UAE) به دست آورد، به اثرات درمانی استثنایی شناخته می‌شوند.
ترپن‌های کانابیس
ترپنوئیدها از اجزای اسانس‌ها هستند که در مواد گیاهی یافت می‌شوند. گیاه کانابیس بسیار غنی از ترپن‌ها است. در کانابیس، ترپن‌ها در تریکوم‌های گیاه ساخته می‌شوند. تریکوم‌ها بلورهای درخشان و چسبناکی هستند که به برگ‌ها و غنچه‌ها می‌چسبند. این تریکوم‌ها سازوکار دفاعی طبیعی گیاه کانابیس هستند که از گیاه در برابر حشرات و جانوران محافظت می‌کند. ترپن‌ها به‌دلیل بوی معطر خود به‌عنوان مادهٔ دافع عمل می‌کنند. برای ما انسان‌ها، محسوس‌ترین ویژگی ترپن‌های کانابیس بوی آن‌هاست. این ترپن‌ها در فواید متعدد گیاه کانابیس (شاهدانه و ماری‌جوانا) برای سلامت نقش دارند.
مولکول‌های ترپن، علاوه بر عطر و بوی خود، مواد گیاهی قدرتمندی هستند که فواید پزشکی گوناگونی ارائه می‌کنند.
ماری‌جوانا و شاهدانه، هر دو از سردهٔ Cannabis Sativa، حاوی مقدار فوق‌العاده زیادی ترپنوئید هستند و بیش از 100 نوع مختلف از این مواد را در خود دارند.
هر ترپن دارای خواص منحصربه‌فردی است که از آرام‌بخشی تا نشاط‌آوری را در بر می‌گیرد. برای مثال، نرولیدول اثرات آرام‌بخش و ضداضطراب دارد، لینالول به کنترل علائم اضطراب و آرتریت کمک می‌کند، و میرسن به تسکین درد مزمن شناخته می‌شود. ترپن‌های β-Myrcene، Ɣ-pinene و هومولن التهاب را کاهش می‌دهند و اثرات ضددرد دارند.
ترپن‌های گوناگونی مختص کانابیس هستند، اما بسیاری از ترپن‌های موجود در کانابیس در چندین گیاه دیگر نیز وجود دارند. برای مثال، کاریوفیلن در سبزیجات برگ‌سبز، رازک و همچنین در رزماری و اورگانو یافت می‌شود. لیمونن ترپن اصلی موجود در مرکباتی مانند لیمو و پرتقال است.
اثر همراهی
هر ترپن به اثرات درمانی مشخصی شناخته می‌شود. با این حال، ترپن‌ها و سایر ترکیبات گیاهی مانند پلی‌فنول‌ها و فلاونوئیدها به بروز اثرات هم‌افزایی استثنایی شناخته می‌شوند که به همزیستی بهتر میان کانابینوئیدها منجر می‌شوند. این برهم‌کنش ترکیبات زیست‌فعال گوناگون با عنوان «اثر همراهی» شناخته می‌شود.
اثر همراهی، فراهمی زیستی ترپن‌ها را افزایش می‌دهد و به بدن کمک می‌کند کانابینوئیدها را کارآمدتر جذب کند.
انواع ترکیبات زیست‌فعال
تعداد، غلظت و تنوع ترکیبات زیست‌فعال تعیین‌کنندهٔ خواص دارویی یک عصارهٔ گیاهی هستند. این ترکیبات زیست‌فعال به‌صورت متابولیت‌های ثانویه سنتز می‌شوند که در رشد یا فتوسنتز گیاهان نقشی ندارند. با این حال، برای بقای گیاهان و تعامل آن‌ها با محیط ضروری هستند. ترکیبات زیست‌فعال گیاهی را می‌توان به‌طور کلی در سه دستهٔ ترپن‌ها و ترپنوئیدها، آلکالوئیدها و ترکیبات فنولی طبقه‌بندی کرد. ترکیبات فنولی گسترده‌ترین گروه متابولیت‌های ثانویه در قلمرو گیاهان هستند و به‌دلیل اثرات آنتی‌اکسیدانی خود شناخته‌شده و ارزشمندند. فلاونوئیدها دستهٔ مهم دیگری از ترکیبات فنولی با وزن مولکولی پایین هستند که آن‌ها نیز اثرات آنتی‌اکسیدانی بسیار قوی دارند.
طیف ترکیبات فنولی شامل اسیدهای فنولی مانند اسیدهای بنزوئیک و هیدروکسی‌سینامیک، فلاونوئیدهایی مانند فلاون‌ها و فلاونول‌ها، لیگنان‌ها و استیلبن‌هاست. یک عصارهٔ تمام‌طیف (برای مثال، حاصل از استخراج فراصوتی از کانابیس) حاوی همهٔ این ترکیبات گیاهی مختلف است که گسترده‌ترین طیف اثرات سلامت‌بخش را نشان می‌دهند.
اصل عملکرد استخراج فراصوتی
استخراج فراصوتی بر پایهٔ امواج صوتی (فراصوت) است که انرژی آن‌ها به یک محیط مایع منتقل می‌شود. امواج فراصوت شدید، چرخه‌های فشار بالا / فشار پایین ایجاد می‌کنند. به‌دلیل اختلاف فشار هنگام انتشار امواج فراصوت در مایع، حباب‌های کاویتاسیون تشکیل می‌شوند. فروریزش این حباب‌های کاویتاسیون شرایطی با چگالی انرژی بالا ایجاد می‌کند.
استخراج فراصوتی ترکیبات فعال و اسانس‌ها بر پایهٔ اصل عملکرد کاویتاسیون آکوستیک است. شکل بالا اثر فروریزش یک حباب کاویتاسیون و آزادسازی اسانس از مواد گیاهی در نتیجهٔ آن را نشان می‌دهد
منبع: Altaf et al. 2018
شرایط در مجاورت حباب‌های کاویتاسیونِ در حال فروریزش می‌تواند بسیار شدید باشد – دماهایی تا 4500°C و فشارهایی تا 100 MPa ایجاد می‌شود. فروریزش و اختلاف فشار ناشی از آن، نیروهای برشی و آشفتگی‌های بسیار شدیدی در نقطهٔ داغ کاویتاسیون ایجاد می‌کنند. ترکیب این عوامل، یعنی اختلاف فشار، اختلاف حرارت و برش، انتقال جرم و در نتیجه فرایندهای استخراج را تقویت می‌کند. نیروهای شدید کاویتاسیون فراصوتی، سلول‌ها (برای مثال سلول‌های گیاهی، باکتریایی یا بافتی) را تخریب می‌کنند و مواد درون‌سلولی (مانند روغن‌ها، لیپیدها، پروتئین‌ها و ترکیبات فعال) در حلال پیرامون آزاد می‌شوند.
بنابراین استخراج فراصوتی روش ترجیحی برای تشدید فرایندهای استخراج است.
استخراج فراصوتی بر پایهٔ کاویتاسیون آکوستیک و نیروهای برشی هیدرودینامیکی آن است
استخراج‌کننده‌های فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی.