המסת קנבינואידים במשקאות אלכוהוליים באמצעות ננו-תחלוב אולטרסוני
ייצרו משקאות צלולים ויציבים המכילים CBD, THC, CBG וקנאביס בספקטרום מלא באמצעות ננו-תחלוב אולטרסוני הניתן להתאמה להיקפי ייצור שונים. קנבינואידים הם תרכובות מסיסות בשמן ועלולים לגרום לעכירות, להיווצרות טבעת, לשקיעה, לטעם לא נעים ולמינון לא אחיד כאשר אינם מפוזרים כראוי במערכות משקה אלכוהוליות או דלות אלכוהול. המתחלבים האולטרסוניים עתירי הביצועים של Hielscher Ultrasonics יוצרים ננו-תחליבים עדינים של קנבינואידים לקבלת מראה שקוף, יציבות פיזיקלית ארוכת טווח ופיזור הדיר של החומרים הפעילים.
מפיתוח מתכונים ועד לייצור רציף בקו, מכשירי הסוניקציה של Hielscher מסייעים ליצרני משקאות לשלוט בגודל הטיפות, בשימוש בחומר מתחלב, בטמפרטורה, בזמן השהייה ובתפוקה. השתמשו במערכות התחלוב האולטרסוניות של Hielscher להכנת משקאות חריפים המכילים CBD, קוקטיילים מועשרים ב-THC, משקאות סודה עם קנאביס, ביטרים, אפריטיפים, משקאות קנאביס ללא אלכוהול ופורמולציות של משקאות פונקציונליים.
ייצרו משקאות שעברו ננו-תחלוב באמצעות מכשיר הסוניקציה UP400St
מדוע קשה לשלב קנבינואידים בפורמולציות של משקאות
קנבינואידים מתמוססים היטב באלכוהול בריכוז גבוה מאוד. עם זאת, אלכוהול בחוזק 190-proof, המכיל כ-92.4% אתנול לפי משקל, אינו מתאים לרוב המשקאות לצרכנים בשל השפעתו הפיזיולוגית החזקה, טעמו החריף והגמישות המוגבלת שהוא מאפשר בפיתוח פורמולציות. רוב משקאות הקנאביס המסחריים, ובהם משקאות חריפים, קוקטיילים מוכנים לשתייה (RTD), משקאות סודה ומוצרים בעלי אחוז אלכוהול נמוך בנפח (ABV), דורשים רמות אלכוהול נמוכות יותר, פרופיל טעם נעים ומראה יציב.
כדי לשלב תמציות קנאביס כגון CBD, THC, CBG ותמציות המפ או קנאביס בספקטרום מלא במוצרי משקה, יש לפרק את הפאזה השמנית המכילה קנבינואידים לטיפות קטנות מאוד ולייצב אותן באמצעות חומר מתחלב מתאים באיכות מזון. ננו-תחלוב אולטרסוני יוצר כוחות גזירה חזקים בעוצמה גבוהה, המפזרים את הפאזה השמנית במטריצת המשקה האלכוהולית או המימית-אלכוהולית. כך מתקבלים משקאות קנבינואידים צלולים או בעלי פיזור עדין, עם יציבות משופרת, פיזור אחיד של החומרים הפעילים ומראה חזותי מושך.
ננו-תחלוב אולטרסוני למשקאות CBD ו-THC צלולים
מעבדים אולטרסוניים של Hielscher יוצרים קוויטציה אקוסטית בנוזלים. כוחות הגזירה הגבוהים, המיקרו-זרימה ותנודות הלחץ הנוצרים בתהליך מפרקים פאזות שמניות המכילות קנבינואידים לטיפות בגודל ננומטרי ומפזרים אותן באופן אחיד בכל המשקה. בשילוב עם חומר מתחלב מתאים באיכות מזון, אולטרסאונד מסייע ליצור ננו-תחליבים שקופים או שקופים למחצה למשקאות אלכוהוליים ולא אלכוהוליים המועשרים בקנאביס.
עקומת התפלגות צרה של ננו-תחליב שמן המפ במים שהוכן באמצעות המכשיר האולטרסוני UP400St.
- הומוגניזציה יעילה ומהירה בכוחות גזירה גבוהים
- מראה צלול או שקוף של המשקה
- טיפות קטנות לשיפור יציבות הפיזור
- פיזור הדיר של החומרים הפעילים לקבלת מינון אחיד
- מתאים ל-CBD, ל-THC, ל-CBG ולתמציות בספקטרום מלא
- תואם למערכות שונות של חומרים מתחלבים באיכות מזון
- ניתן להתאמה מפיתוח פורמולציות במעבדה ועד לייצור תעשייתי בקו
- תפעול קל עם בקרת תהליך מדויקת
רצף שלבי התהליך לטכנאי משקאות
רצף שלבי התהליך הבא מסייע לצוותי מחקר ופיתוח בתחום המשקאות ולטכנאי ייצור לפתח פורמולציות יציבות של משקאות קנבינואידים ולהעביר אותן מהמעבדה לייצור בקו.
| שלב בתהליך | מוקדי תשומת הלב של הטכנאי | מטרה |
|---|---|---|
| 1. הגדירו את מטריצת המשקה | אחוז אלכוהול בנפח (ABV), pH, תכולת סוכר, הגזה, מערכת הטעמים, חומרים משמרים | זהו מגבלות תאימות לפני הוספת קנבינואידים |
| 2. הכינו את הפאזה המכילה קנבינואידים | CBD, THC, CBG, תמצית בספקטרום מלא, שמן נשא, פרופיל טרפנים | צרו פאזה מבוקרת של חומרים פעילים למינון מדויק |
| 3. בחרו את החומר המתחלב | באיכות מזון, מתאים לתווית נקייה, תואם לאלכוהול, ניטרלי בטעם | ייצבו את הננו-תחליב וסייעו לשמור על צלילות המשקה |
| 4. בצעו ערבוב מקדים | אמולסיה גסה, סדר הוספה מבוקר, ללא חדירת אוויר | הכנת הפורמולציה לסוניקציה יעילה |
| 5. ביצוע סוניקציה | אמפליטודה, הספק מושקע, ספיקת זרימה, זמן שהייה, טמפרטורה | הקטנת גודל הטיפות וביצוע הומוגניזציה של הפאזה המכילה קנבינואידים |
| 6. בקרת איכות | גודל טיפות, עכירות, התפלגות החומרים הפעילים, יציבות הפאזות | אישור שהמשקה עומד במפרט |
| 7. בדיקת חיי מדף | מחזורי חימום וקירור, חשיפה לאור, זמן אחסון, יציבות ההגזה | אימות היציבות בתנאי שוק מציאותיים |
| 8. הגדלת קנה המידה | עיבוד באצווה, בסחרור חוזר או ברציפות בקו | העברת הפורמולציה לייצור מסחרי |
פרמטרים מרכזיים בפורמולציה של משקאות קנבינואידים יציבים
ייצור מוצלח של משקאות קנבינואידים תלוי ביחסי הגומלין בין איכות התמצית, הכימיה של המתחלב, תכולת האלכוהול והפרמטרים של התהליך האולטרסוני. במהלך פיתוח המתכון, על טכנאי המשקאות לתעד את המשתנים הבאים:
- גודל הטיפות: טיפות קטנות יותר תורמות לצלילות, ליציבות פיזיקלית ולהתפלגות אחידה של הקנבינואידים.
- ריכוז המתחלב: כמות המתחלב חייבת להספיק לייצוב הממשק בין השמן למים או בין השמן לאלכוהול, מבלי לגרום לטעם לוואי או להקצפה מוגזמת.
- תכולת האלכוהול: אתנול בריכוז גבוה ממיס קנבינואידים ביתר קלות, ואילו משקאות בעלי אחוז אלכוהול נמוך בנפח דורשים בדרך כלל תחלוב וייצוב חזקים יותר.
- טמפרטורה: השקעת אנרגיה אולטרסונית יכולה להעלות את טמפרטורת הנוזל. ייתכן שיידרשו קירור או חילוף חום בקו עבור פורמולציות שטעמן רגיש לחום.
- זמן שהייה וספיקת זרימה: סוניקציה בקו מאפשרת שליטה מדויקת באנרגיה המושקעת ליחידת נפח.
- מספר המעברים: סחרור חוזר או מעברים מרובים יכולים להקטין עוד יותר את גודל הטיפות בעת הצורך.
- מטריצת המשקה: סוכר, חומצות, הגזה, צבעים, חומרי טעם וחומרים משמרים יכולים להשפיע על הצלילות ועל יציבות האמולסיה לאורך זמן.
טיפים לשיפור הננו־אמולסיות במשקאות הקנבינואידים שלכם
| בעיה | גורם סביר | התאמה מוצעת |
|---|---|---|
| ערפול או עכירות | טיפות גדולות מדי; מתחלב שאינו תואם; עומס יתר בפאזה השומנית | הגבירו את העוצמה האולטרסונית, מטבו את יחס המתחלב או הפחיתו את עומס הקנבינואידים |
| היווצרות טבעת | הפאזה השומנית אינה מיוצבת במלואה | שפרו את בחירת המתחלב, העלו את איכות הערבוב המקדים או בצעו מעבר סוניקציה נוסף |
| שקיעה | זיהומים בתמצית, שעוות או פיזור לא יציב | השתמשו בתמצית נקייה יותר, שפרו את הסינון ומטבו את תנאי הסוניקציה |
| טעם מר או טעם קנאביס דומיננטי | פרופיל התמצית, עומס טרפנים או ריכוז גבוה של THC או של תמצית בספקטרום מלא | השתמשו במיסוך טעמים, הפחיתו את המינון למנת הגשה או בחרו בתמצית נקייה יותר |
| הקצפה במהלך העיבוד | מערכת החומרים הפעילים על פני השטח, חדירת אוויר או תנאי המשאבה | הפחיתו את לכידת האוויר בנוזל, מטבו את מילוי תא הזרימה והתאימו את מהירות המשאבה |
| עלייה בטמפרטורה | השקעת אנרגיה גבוהה או קירור בלתי מספיק | השתמשו בקירור בקו, קצרו את זמן הסחרור החוזר או בקרו את זמן השהייה |
| עוצמת פעילות לא עקבית | ערבוב לקוי, הפרדת פאזות או דגימה בלתי מספקת | אמתו את ההומוגניות, דגמו בגבהים שונים במכל ושפרו את הפיזור בקו |
קנבינואידים מומסים ברמת הננו לשיפור הפיזור והזמינות הביולוגית
לקנבינואידים מסיסות נמוכה במים, והם הידרופוביים מטבעם. במשקאות, תכונות אלה מציבות אתגרים בשמירה על צלילות, יציבות ומינון עקבי. ננו־אמולסיות, ליפוזומים ונשאים ליפידיים מוצקים משמשים ביישומים של תרופות, תוספי תזונה ומזון פונקציונלי כדי לשפר את הפיזור ולתמוך בזמינות של תרכובות ליפופיליות בעלות פעילות ביולוגית.
ננו־תחלוב אולטרסוני מגדיל את שטח הפנים של הפאזה המכילה קנבינואידים באמצעות הקטנת הטיפות לגדלים קטנים מאוד. הדבר משפר את ההתפלגות במטריצת המשקה ויכול לתרום לשיפור התנהגות ההתמוססות במהלך הצריכה. על יצרני משקאות לאמת את הזמינות הביולוגית ואת הטענות בדבר תחילת ההשפעה והמינון בהתאם לדרישות האנליטיות והרגולטוריות החלות בשוקי היעד שלהם.
משקאות חריפים מועשרים ב־THC ומשקאות קנאביס מוכנים לשתייה
גיבוש פורמולציות של משקאות המכילים THC תובעני במיוחד. ל-THC פרופיל טעם עז, ומותגי משקאות רבים דורשים טעם נקי ועדין לצד פיזור יציב ומינון עקבי. ננו-תחלוב אולטרסוני מסייע לפזר תמציות המכילות THC במשקאות חריפים, בקוקטיילים, במשקאות סלצר, בביטרים ובבסיסים אחרים למשקאות. עם זאת, איכות הטעם תלויה גם בבחירת התמצית, בפרופיל הטרפנים, בבחירת המתחלב, במינון ובמערכת הטעמים של המשקה.
במשקאות המכילים THC, CBD ותמציות קנאביס בספקטרום מלא, על היצרנים לבדוק את הדרישות הנוגעות לפורמולציה, למינון, לסימון, לאריזה ולהפצה בתחום השיפוט הרלוונטי. התקנות הנוגעות לקנאביס, לאלכוהול ולמוצרים המשלבים קנאביס ואלכוהול עשויות להשתנות במידה ניכרת בין שווקים.
יישומים בתחום המשקאות
- משקאות חריפים המכילים CBD ו-THC
- פורמולציות של וודקה, ויסקי, רום וג'ין
- ביטרים ואפריטיפים, כגון אמרו
- קוקטיילים מוכנים לשתייה ומשקאות מעורבבים
- משקאות סלצר אלכוהוליים ומים מוגזים אלכוהוליים
- משקאות על בסיס בירה ועל בסיס לתת
- לימונדות ומשקאות קלים מוגזים המכילים אלכוהול
- מיצי פירות, לימונדות ומשקאות קנאביס ללא אלכוהול
- משקאות פונקציונליים המכילים CBD, CBG או תמציות בספקטרום מלא
הוספת טעמים והחדרת רכיבים צמחיים באמצעות אולטרסאונד
ניתן להשתמש במיצוי אולטרסוני גם לייצור משקאות קנאביס ללא אלכוהול ועם אלכוהול, המכילים תרכובות טעם צמחיות נוספות. לדוגמה, ניתן להשתמש בסוניקציה כדי להחדיר למשקה קנאביס רכיבים מעשבי תיבול, מתבלינים, מקליפות הדרים, מצמחים המשמשים להכנת ביטרים או ממרכיבי טעם אחרים. הדבר יכול לשפר את הפרופיל החושי ולתמוך בפיתוח מוצרי משקאות בעלי מאפיינים ייחודיים.
מעבדים אולטרסוניים בעלי כוחות גזירה גבוהים להמסה ולתחלוב
Hielscher Ultrasonics מציעה מגוון רחב של מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לננו-תחלוב של קנבינואידים במשקאות אלכוהוליים ולא אלכוהוליים. ניתן לגבש פורמולציות של משקאות קנאביס, אפריטיפים, משקאות חריפים וקוקטיילים באמצעות ערבוב פיטוקנבינואידים כגון CBD, THC, CBG או תמציות קנאביס בספקטרום מלא בנוזלים הראויים לשתייה.
המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. ניתן לפעול ברציפות באמפליטודות של עד 200µm בייצור 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות אף יותר, זמינות סונוטרודות אולטרסוניות המותאמות אישית.
איזה מכשיר אולטרסוני של Hielscher מתאים לתהליך ייצור המשקאות שלכם?
המערכת האולטרסונית המתאימה תלויה בגודל האצווה, בספיקת הזרימה הרצויה, בצמיגות, בתכולת האלכוהול, בגודל הטיפות הנדרש ובלוח הזמנים של הייצור. התחילו בניסויי מעבדה כדי לאשר את יציבות הפורמולציה, ולאחר מכן הגדילו את קנה המידה לעיבוד בקו פיילוט או בקו ייצור תעשייתי תוך שימוש באותו עיקרון של תהליך אולטרסוני.
| שלב הייצור | נפח האצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|---|
| גיבוש פורמולציה במעבדה | 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| פיתוח מתכונים ואצוות קטנות | 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| ניסויי פיילוט וייצור בוטיק | 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| ייצור תעשייתי בקו | 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| ייצור רציף בנפח גבוה | n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000hdT |
| קווי ייצור גדולים מאוד | n.a. | גבוהה יותר | אשכול של UIP16000hdT |
שאלות נפוצות: ננו-תחליבי קנבינואידים במשקאות אלכוהוליים
מדוע קשה להמיס קנבינואידים במשקאות אלכוהוליים?
קנבינואידים כגון CBD, THC, CBG ותמציות קנאביס בספקטרום מלא הם הידרופוביים, כלומר אינם מתמוססים היטב במערכות משקאות על בסיס מים. אתנול בריכוז גבוה יכול להמיס קנבינואידים ביתר קלות, אך ברוב המשקאות המיועדים לצרכנים רמות האלכוהול נמוכות בהרבה. במשקאות בעלי תכולת אלכוהול נפחית נמוכה, בקוקטיילים, במשקאות סלצר ובמשקאות מוכנים לשתייה, יש לתחלב את הקנבינואידים לטיפות זעירות כדי שיישארו מפוזרים באופן אחיד ויציבים מבחינה חזותית.
כיצד אולטרסאונד מסייע להמיס קנבינואידים במשקאות?
מעבדים אולטרסוניים יוצרים כוחות קוויטציה עזים בנוזלים. כוחות אלה מפרקים פאזות שמן המכילות קנבינואידים לטיפות קטנות מאוד ומפזרים אותן באופן אחיד במטריצת המשקה. בשילוב עם מתחלב מתאים באיכות מזון, ננו־תחלוב אולטרסוני יכול להפיק משקאות קנבינואידים צלולים או בעלי פיזור עדין, עם יציבות פיזיקלית משופרת.
האם ניתן להשתמש בתחלוב אולטרסוני למשקאות CBD ו־THC?
כן. ניתן להשתמש בתחלוב אולטרסוני עבור CBD, THC, CBG ותמציות קנאביס בספקטרום מלא. התהליך מתאים ליצרני משקאות המפתחים משקאות חריפים מועשרים בקנאביס, קוקטיילים מוכנים לשתייה, משקאות סודה אלכוהוליים, ביטרים, אפריטיפים, משקאות קנאביס ללא אלכוהול ומוצרי משקה פונקציונליים אחרים. היצרנים חייבים לוודא שהפורמולציה, תכולת הקנבינואידים, הסימון וערוצי המכירה שלהם עומדים בתקנות המקומיות החלות.
מה הופך משקה קנבינואידים לצלול ויציב?
הצלילות והיציבות תלויות בגודל הטיפות, בבחירת המתחלב, בריכוז הקנבינואידים, בתכולת האלכוהול, בתכולת הסוכר, ב־pH, בטמפרטורה ובתנאי האחסון. ננו־תחלוב אולטרסוני מסייע להקטין את גודל הטיפות ולשפר את הפיזור, ובכך עשוי להפחית עכירות, הקרמה, שקיעה והפרדת פאזות.
באילו מתחלבים ניתן להשתמש לננו־אמולסיות של משקאות קנבינואידים?
פורמולציות של משקאות קנבינואידים דורשות בדרך כלל מתחלבים או מייצבים באיכות מזון, התואמים למטריצת המשקה ולדרישות הרגולטוריות. המתחלב הטוב ביותר תלוי בתמצית הקנבינואידים, בפרופיל הטעם הרצוי, בתכולת האלכוהול, בדרישות התווית וביעד הצלילות. ניתן לבדוק מערכות אולטרסוניות של Hielscher עם מערכות מתחלבים שונות במהלך פיתוח הפורמולציה.
האם עיבוד אולטרסוני משנה את טעמם של משקאות קנאביס?
עיבוד אולטרסוני משפר את הפיזור, אך אינו מסיר באופן אוטומטי את הטעם האופייני של תמציות קנאביס. איכות הטעם תלויה בתמצית, בפרופיל הטרפנים, במתחלב, במינון ובבסיס המשקה. עבור THC ותמציות בספקטרום מלא, ייתכן שיידרשו מיסוך טעמים או התאמה קפדנית בין טעמים.
האם ננו־תחלוב אולטרסוני מתאים לייצור תעשייתי של משקאות?
כן. Hielscher מספקת מערכות אולטרסוניות מקנה מידה מעבדתי ועד לייצור בקנה מידה פיילוט ולייצור תעשייתי בתוך קו הייצור. יצרני משקאות יכולים להתחיל בניסויי פורמולציה קטנים, למטב את פרמטרי התהליך ולהגדיל את קנה המידה של אותו תהליך אולטרסוני לייצור רציף באמצעות תאי זרימה ומעבדים אולטרסוניים תעשייתיים.
באילו פרמטרים של התהליך צריכים טכנאי משקאות לשלוט?
פרמטרים חשובים כוללים משרעת, הספק אולטרסוני מושקע, ספיקת זרימה, זמן שהייה, טמפרטורה, לחץ, ריכוז המתחלב, ריכוז הקנבינואידים ומספר המעברים. לצורך בקרת איכות, טכנאי משקאות צריכים לנטר את גודל הטיפות, העכירות, יציבות הפאזות, פיזור הקנבינואידים, הטעם וביצועי המוצר לאורך חיי המדף.
האם ניתן לשלב מערכות אולטרסוניות בקו ייצור משקאות קיים?
כן. ניתן להגדיר מעבדים אולטרסוניים תעשייתיים לעיבוד בתוך קו הייצור ולשלבם עם משאבות, מכלים, מחליפי חום, תאי זרימה וציוד קיים לייצור משקאות. סוניקציה בתוך קו הייצור שימושית במיוחד להגדלה מבוקרת של קנה המידה, לאיכות הדירה ולייצור רציף.
כיצד אבחר את המכשיר האולטרסוני המתאים של Hielscher למשקאות קנבינואידים?
המערכת המתאימה תלויה בגודל האצווה, בספיקת הזרימה הרצויה, בצמיגות, בתכולת האלכוהול, בגודל הטיפות הנדרש ובלוח הזמנים של הייצור. מכשירים אולטרסוניים קטנים מתאימים לפיתוח פורמולציות במעבדה ולבדיקות היתכנות, ואילו מערכות תעשייתיות של Hielscher משמשות לניסויי פיילוט, לייצור ארטיזנלי ולייצור רציף בתוך קו הייצור.
ספרות / מקורות
- Huestis, Marilyn A. (2007): Human Cannabinoid Pharmacokinetics. Chem Biodivers. 2007 August; 4(8): 1770–1804.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
UIP4000hdT, מכשיר סוניקציה תעשייתי רב־עוצמה בהספק של 4000 ואט, לייצור בתוך קו הייצור של משקאות קנאביס המועשרים בטכנולוגיית ננו ומיוצרים בננו־תחלוב.
טכנולוגיה אולטרסונית עתירת ביצועים: מגוון המוצרים של Hielscher מכסה את כל הקשת, ממכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קומפקטיים ויחידות שולחניות ועד מערכות אולטרסוניות תעשייתיות מלאות.