המסת קנבינואידים במשקאות אלכוהוליים באמצעות ננו-אמולסיפיקציה קולי
הפקו משקאות קנאביס צלולים ויציבים המכילים CBD, THC, CBG ומגוון רחב של רכיבים, באמצעות ננו-אמולסיפיקציה קוליית הניתנת להרחבה. קנבינואידים הם תרכובות מסיסות בשמן ועשויים לגרום לעכירות, לצלילים, לשקיעה, לטעם לא טוב ולמינון לא אחיד כאשר אינם מפוזרים כראוי במערכות משקאות אלכוהוליים או בעלי אחוז אלכוהול נמוך. Hielscher Ultrasonics’ מערבלי אולטרה-סאונד בעלי ביצועים גבוהים מייצרים ננו-אמולסיות קנבינואידים עדינות, המעניקות למראה שקוף, יציבות פיזית לטווח ארוך ופיזור פעיל שניתן לשחזר.
מפיתוח מתכונים ועד לייצור רציף בקו הייצור, מכשירי האולטרסאונד של Hielscher מסייעים ליצרני משקאות לשלוט בגודל הטיפות, בשימוש בחומרים מתחלב, בטמפרטורה, בזמן השהייה ובתפוקה. השתמשו במערכות האמולסיפיקציה האולטראסוניות של Hielscher לייצור משקאות אלכוהוליים מבוססי CBD, קוקטיילים המכילים THC, משקאות מוגזים מבוססי קנאביס, ביטרס, אפריטיפים, משקאות קנאביס ללא אלכוהול ותרכובות משקאות פונקציונליים.
לייצר משקאות בננו-אמולסיה בעזרת מכשיר ה-Sonicator UP400St
מדוע קשה לשלב קנבינואידים במשקאות
קנבינואידים מתמוססים היטב באלכוהול בעל אחוז אלכוהול גבוה מאוד. עם זאת, אלכוהול בעל 190% אלכוהול, המכיל כ-92.4% אתנול לפי משקל, אינו מתאים לרוב משקאות הצריכה בשל השפעתו הפיזיולוגית החזקה, טעמו החריף והגמישות המוגבלת בהכנת התרכובות. רוב משקאות הקנאביס המסחריים, כולל משקאות חריפים, קוקטיילים מוכנים לשתייה, משקאות מוגזים ומוצרים בעלי אחוז אלכוהול נמוך, 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 משקאות, יש לפרק את השלב השומני המכיל קנבינואידים לטיפות זעירות ביותר ולייצב אותו באמצעות חומר מתחלב תואם בדרגת מזון. ננו-אמולסיפיקציה אולטראסונית יוצרת כוחות גזירה חזקים מאוד המפזרים את שלב השמן לתוך מטריצת המשקה האלכוהולי או האלכוהולי-מימי. תהליך זה מייצר משקאות קנבינואידים צלולים או בעלי פיזור עדין, בעלי יציבות משופרת, פיזור פעיל אחיד ומראה אסתטי.
ננו-אמולסיפיקציה באמצעות אולטרסאונד לייצור משקאות שקופים המכילים CBD ו-THC
מעבדי האולטראסאונד של Hielscher יוצרים קוויטציה אקוסטית בנוזלים. הכוחות הגבוהים הנוצרים כתוצאה מכך – גזירה, זרימה מיקרוסקופית ותנודות בלחץ – מפרקים את שלבי השמן המכילים קנבינואידים לטיפות בגודל ננומטרי ומפזרים אותן באופן אחיד בכל המשקה. בשילוב עם מתחלב מתאים בדרגת מזון, האולטרסאונד מסייע ביצירת ננו-אמולסיות שקופות או שקופות למחצה עבור משקאות אלכוהוליים ולא אלכוהוליים המכילים קנאביס.
עקומת הפצה צרה של ננו-תחליב שמן קנבוס במים שהוכן עם האולטרה-סוניקטור UP400St.
- הומוגניזציה יעילה ומהירה בתנאי גזירה גבוהה
- מראה צלול או שקוף של המשקה
- גודל טיפות עדין לשיפור יציבות הפיזור
- חלוקה פעילה הניתנת לשחזור, לצורך מינון עקבי
- מתאים לתמציות CBD, THC, CBG ותמציות ספקטרום מלא
- מתאים לשימוש עם מערכות מתחלב שונות המיועדות למזון
- ניתן להרחבה, החל מתהליכי פיתוח במעבדה ועד לייצור תעשייתי בקו ייצור רציף
- תפעול קל עם בקרה מדויקת על התהליך
תהליך העבודה של טכנאי משקאות
תהליך העבודה הבא מסייע לחברות משקאות R&צוותי D וטכנאי הייצור מפתחים נוסחאות יציבות למשקאות קנבינואידים ומעבירים אותן מהמעבדה לייצור סדרתי.
| שלב התהליך | התמקדות בטכנאים | מטרה |
|---|---|---|
| 1. הגדירו את טבלת המשקאות | אלכוהול בנפח, רמת חומציות, תכולת סוכר, תוספת פחמן דו-חמצני, מערכת טעמים, חומרים משמרים | יש לזהות את מגבלות התאימות לפני הוספת קנבינואידים |
| 2. הכנת שלב הקנבינואידים | CBD, THC, CBG, תמצית ספקטרום מלא, שמן נשא, פרופיל טרפנים | יצירת שלב פעיל מבוקר לצורך מינון מדויק |
| 3. בחר את חומר ההקצפה | מתאים למזון, תווית נקייה, מתאים לשימוש עם אלכוהול, ללא טעם | לייצב את הננו-אמולסיה ולשמור על צלילות המשקה |
| 4. תערובת מוכנה | תחליב גס, רצף הוספה מבוקר, ללא כניסת אוויר | הכן את התמיסה לקראת טיפול יעיל באולטרסאונד |
| 5. סוניקט | משרעת, הספק כניסה, קצב זרימה, זמן שהייה, טמפרטורה | להקטין את גודל הטיפות ולהומוגניזציה של שלב הקנבינואידים |
| 6. בקרת איכות | גודל טיפות, עכירות, פיזור פעיל, יציבות שלב | יש לוודא שהמשקה עומד במפרט |
| 7. בדיקת חיי מדף | מחזורי חום/קור, חשיפה לאור, משך האחסון, יציבות הגזים | לבדוק את היציבות בתנאי שוק מציאותיים |
| 8. הרחבה | פעולה אצווה, פעולה עם מחזור חוזר או פעולה רציפה בקו הייצור | להעביר את התרכובת לייצור מסחרי |
פרמטרים מרכזיים בייצור משקאות קנבינואידים יציבים
הצלחת ייצור משקאות קנבינואידים תלויה באינטראקציה בין איכות התמצית, הרכב הכימי של חומר ההקצפה, תכולת האלכוהול ופרמטרי התהליך האולטראסוני. במהלך פיתוח המתכון, על טכנאי המשקאות לתעד את המשתנים הבאים:
- גודל טיפה: טיפות קטנות יותר תורמות לשקיפות, ליציבות פיזית ולפיזור אחיד של הקנבינואידים.
- ריכוז חומר מתחלב: חומר ההמסה חייב להיות בכמות מספקת כדי לייצב את הממשק בין השמן למים או בין השמן לאלכוהול, מבלי לגרום לטעם לוואי או להקצפה מוגזמת.
- תכולת אלכוהול: אתנול בעל ריכוז אלכוהול גבוה ממיס קנבינואידים ביתר קלות, בעוד שמשקאות בעלי ריכוז אלכוהול נמוך דורשים בדרך כלל תהליך של תחליב וייצוב חזק יותר.
- טמפרטורה: הזנת אנרגיית אולטרה-סאונד עלולה להעלות את טמפרטורת הנוזל. עבור פורמולות רגישות לטעם, ייתכן שיהיה צורך בקירור או בחילופי חום מובנים.
- זמן שהייה וקצב זרימה: שיטת האולטרסאונד המקביל מאפשרת שליטה מדויקת על כמות האנרגיה הנכנסת ליחידת נפח.
- מספר המעברים: מחזור חוזר או מספר מחזורי זרימה יכולים להקטין עוד יותר את גודל הטיפות, במידת הצורך.
- מטריצת משקאות: סוכר, חומצות, גזים, צבעי מאכל, חומרי טעם וריח וחומרים משמרים עשויים להשפיע על צלילות הנוזל ועל יציבותו של התמיסה לאורך זמן.
טיפים לשיפור ננו-אמולסיות המשקאות הקנבינואידים שלכם
| בעיה | הסיבה הסבירה | השינוי המוצע |
|---|---|---|
| ערפל או עננות | טיפות גדולות מדי; חומר מתחלב שאינו מתאים; עומס יתר בשלב השמן | הגברת עוצמת הקול האולטראסוני, אופטימיזציה של יחס המתחלב או הפחתת ריכוז הקנבינואידים |
| היווצרות טבעת | שלב השמן לא התייצב לחלוטין | יש לשפר את בחירת חומר ההמסה, לשפר את איכות הערבוב המוקדם או לבצע מחזור נוסף של טיפול באולטרסאונד |
| שיקוע | להסיר זיהומים, שעוות או תמיסה לא יציבה | השתמשו בתמצית נקייה יותר, שפרו את הסינון ומיטבו את תנאי הטיפול באולטרסאונד |
| טעם מר או בעל טעם חזק של קנאביס | פרופיל תמצית, ריכוז טרפנים או ריכוז THC גבוה/ספקטרום מלא | השתמשו בטכניקות להסוואת הטעם, הפחיתו את המינון למנה או בחרו בתמצית בעלת טעם נקי יותר |
| היווצרות קצף במהלך העיבוד | מערכת חומר פעילי שטח, תנאי כניסת האוויר או תנאי פעולת המשאבה | צמצום כניסת אוויר, ייעול מילוי תא הזרימה והתאמת מהירות המשאבה |
| עליית חום | צריכת אנרגיה גבוהה או קירור לא מספיק | השתמש בקירור מובנה, קצר את זמן המחזור או שלוט בזמן השהייה |
| עוצמה לא עקבית | ערבוב לקוי, הפרדת שלבים או דגימה לא מספקת | יש לוודא את ההומוגניות, לדגום ברמות שונות במיכל ולשפר את הפיזור בתהליך הייצור |
קנבינואידים המומסים בננו-חלקיקים לשיפור הפיזור והזמינות הביולוגית
קנבינואידים הם חומרים בעלי מסיסות נמוכה במים והם הידרופוביים מטבעם. במשקאות, תכונה זו יוצרת קשיים בכל הקשור לצלילות, ליציבות ולמינון עקבי. ננו-אמולסיות, ליפוזומים ומנשאי שומנים מוצקים משמשים בתעשיית התרופות, בתוספי התזונה ובמזון פונקציונלי כדי לשפר את פיזורם של תרכובות ביו-אקטיביות ליפופילית ולתמוך בזמינותן.
ננו-אמולסיפיקציה באמצעות אולטרסאונד מגדילה את שטח הפנים של השלב המכיל קנבינואידים על ידי צמצום גודל הטיפות לגודל זעיר. תהליך זה משפר את פיזור החומר במטריצת המשקה ועשוי לתרום להתנהגות התמוססות משופרת במהלך הצריכה. על יצרני המשקאות לאמת את הזמינות הביולוגית, את הטענות לגבי תחילת ההשפעה ואת הטענות לגבי המינון, בהתאם לדרישות האנליטיות והרגולטוריות החלות בשווקים אליהם הם פונים.
משקאות חריפים המכילים THC ומשקאות קנאביס מוכנים לשתייה
פיתוח משקאות המכילים THC הוא תהליך תובעני במיוחד. ל-THC פרופיל טעם עז, ומותגי משקאות רבים דורשים טעם נקי ועדין, בנוסף לפיזור יציב ומינון עקבי. ננו-אמולסיפיקציה אולטראסונית מסייעת בפיזור תמציות המכילות THC לתוך משקאות חריפים, קוקטיילים, סלטזרים, ביטרס ובסיסים אחרים למשקאות. עם זאת, איכות הטעם תלויה גם בבחירת התמצית, בפרופיל הטרפנים, בבחירת חומר ההמסה, במינון ובמערכת הטעמים של המשקה.
בכל הנוגע למשקאות המכילים THC, CBD וקנאביס בספקטרום מלא, על היצרנים לוודא את דרישות ההרכב, המינון, הסימון, האריזה וההפצה בתחומי השיפוט הרלוונטיים. התקנות החלות על קנאביס, אלכוהול ומוצרים המשלבים קנאביס ואלכוהול עשויות להשתנות באופן משמעותי בין השווקים השונים.
יישומים בתחום המשקאות
- משקאות אלכוהוליים המכילים CBD ו-THC
- תערובות וודקה, וויסקי, רום וג'ין
- משקאות מרירים ואפריטיפים, כגון אמארו
- קוקטיילים ומשקאות מעורבים מוכנים לשתייה
- משקאות מוגזים חריפים ומים מוגזים אלכוהוליים
- משקאות על בסיס בירה ועל בסיס מאלט
- לימונדות אלכוהוליות ומשקאות מוגזים
- מיצי פירות, לימונדות ומשקאות קנאביס ללא אלכוהול
- משקאות פונקציונליים המכילים CBD, CBG או תמציות בספקטרום מלא
הוספת טעמים באמצעות אולטרסאונד וחליטת צמחים
ניתן להשתמש במיצוי קולי גם לייצור משקאות המכילים קנאביס, אלכוהוליים ולא אלכוהוליים, עם תוספת של תרכובות טעם צמחיות. לדוגמה, ניתן להשתמש בסוניקציה כדי להוסיף למשקה קנאביס עשבי תיבול, תבלינים, קליפות הדרים, צמחים מרים או מרכיבי טעם אחרים. הדבר יכול לשפר את הפרופיל החושי ולתמוך בפיתוח מוצרי משקאות ייחודיים.
מעבדים קוליים בעלי גזירה גבוהה להמסה ותחליב
חברת Hielscher Ultrasonics מציעה מגוון רחב של מכשירי אולטרסאונד בעלי ביצועים גבוהים ליצירת ננו-אמולסיות של קנבינואידים במשקאות אלכוהוליים ולא אלכוהוליים. ניתן לייצר משקאות, אפריטיפים, משקאות חריפים וקוקטיילים המכילים קנאביס על ידי ערבוב פיטוקנבינואידים כגון CBD, THC, CBG או תמציות קנאביס בספקטרום מלא לתוך נוזלים הניתנים לשתייה.
מעבדי הקול האולטראסוניים התעשייתיים של Hielscher מסוגלים לייצר משרעת גבוהה מאוד. משרעת של עד 200µניתן להפעיל את המכשיר ברציפות בייצור 24/7. עבור משרעת גבוהה עוד יותר, ניתן להשיג סונוטרודים קולי מותאמים אישית.
איזה מכשיר אולטראסוניק של Hielscher מתאים לתהליך ייצור המשקאות שלכם?
בחירת מערכת האולטראסאונד המתאימה תלויה בגודל האצווה, בקצב הזרימה הרצוי, בצמיגות, בתכולת האלכוהול, בגודל הטיפות הנדרש ובלוח הזמנים של הייצור. יש להתחיל בניסויים מעבדתיים כדי לאמת את יציבות התרכובת, ולאחר מכן לעבור לעיבוד פיילוט או לעיבוד תעשייתי מקוון תוך שימוש באותו עיקרון של תהליך האולטראסאונד.
| שלב הייצור | נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|---|
| פורמולציה במעבדה | 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| פיתוח מתכונים וייצור בכמויות קטנות | 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| ניסויים ראשוניים וייצור מלאכה | 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| ייצור תעשייתי בקו ייצור | 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| ייצור רציף בהיקפים גדולים | נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000hdT |
| קווי ייצור גדולים מאוד | נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000hdT |
שאלות נפוצות: ננו-אמולסיות של קנבינואידים במשקאות אלכוהוליים
מדוע קשה להמיס קנבינואידים במשקאות אלכוהוליים?
קנבינואידים כגון CBD, THC, CBG ותמציות קנאביס בספקטרום מלא הם הידרופוביים, כלומר הם אינם מתמוססים היטב במשקאות על בסיס מים. אתנול בעל אחוז אלכוהול גבוה יכול להמיס קנבינואידים בקלות רבה יותר, אך ברוב המשקאות הצרכניים רמות האלכוהול נמוכות בהרבה. במשקאות בעלי אחוז אלכוהול נמוך, קוקטיילים, סודה ומשקאות מוכנים לשתייה, יש לערבב את הקנבינואידים היטב כדי שיישארו מפוזרים באופן אחיד ויציבים מבחינה ויזואלית.
כיצד עוזר האולטרסאונד להמיס קנבינואידים במשקאות?
מעבדים אולטראסוניים מייצרים כוחות קוויטציה עוצמתיים בנוזלים. כוחות אלה מפרקים את שלבי השמן המכילים קנבינואידים לטיפות זעירות ומפזרים אותם באופן אחיד במטריצת המשקה. בעזרת חומר מתחלב מתאים בדרגת מזון, ננו-אמולסיפיקציה אולטראסונית יכולה לייצר משקאות קנבינואידים צלולים או בעלי פיזור עדין, בעלי יציבות פיזית משופרת.
האם ניתן להשתמש באמולסיפיקציה באמצעות אולטרסאונד לייצור משקאות המכילים CBD ו-THC?
כן. ניתן להשתמש באמולסיפיקציה אולטראסונית עבור תמציות קנאביס מסוג CBD, THC, CBG ותמציות קנאביס בספקטרום מלא. התהליך מתאים ליצרני משקאות המפתחים משקאות חריפים המכילים קנאביס, קוקטיילים מוכנים לשתייה, משקאות מוגזים חריפים, ביטרס, אפריטיפים, משקאות קנאביס ללא אלכוהול ומוצרי משקאות פונקציונליים אחרים. על היצרנים לוודא כי הרכב המוצר, תכולת הקנבינואידים, הסימון על התווית וערוצי המכירה עומדים בתקנות המקומיות החלות.
מה הופך משקה קנבינואידי לצלול ויציב?
בהירות ויציבות תלויות בגודל הטיפות, בבחירת חומר ההקצפה, בריכוז הקנבינואידים, בתכולת האלכוהול, בתכולת הסוכר, ב-pH, בטמפרטורה ובתנאי האחסון. ננו-אמולסיפיקציה באמצעות אולטרסאונד מסייעת בהפחתת גודל הטיפות ובשיפור הפיזור, דבר שעשוי להפחית עכירות, היווצרות שכבת שמנת, שקיעה והפרדת שלבים.
אילו חומרים מתחלב ניתן להשתמש בהם ליצירת ננו-תחליבים של משקאות קנבינואידים?
בפיתוח מתכונים למשקאות המכילים קנבינואידים נדרשים בדרך כלל חומרים מתחלב או מייצבים בדרגת מזון, התואמים למטריצת המשקה ולדרישות הרגולטוריות. בחירת החומר המתחלב המתאים ביותר תלויה בתמצית הקנבינואידים, בפרופיל הטעם הרצוי, בתכולת האלכוהול, בדרישות התווית ובדרגת הצלילות הרצויה. ניתן לבחון את מערכות האולטראסאונד של Hielscher עם מערכות מתחלב שונות במהלך פיתוח המתכון.
האם עיבוד באמצעות גלי קול משנה את טעמם של משקאות קנאביס?
עיבוד קולי משפר את הפיזור, אך אינו מסיר באופן אוטומטי את הטעם האופייני לתמציות קנאביס. איכות הטעם תלויה בתמצית, בפרופיל הטרפנים, בחומר המתחלב, במינון ובבסיס המשקה. עבור תמציות THC ותמציות ספקטרום מלא, ייתכן שיהיה צורך בהסתרת הטעם או בשילוב טעמים קפדני.
האם ננו-אמולסיפיקציה באמצעות אולטרסאונד מתאימה לייצור משקאות תעשייתי?
כן. חברת Hielscher מספקת מערכות אולטראסוניות, החל ממעבדה ועד לייצור פיילוט וייצור תעשייתי בקו ייצור. יצרני משקאות יכולים להתחיל בניסויי פורמולציה בקנה מידה קטן, לייעל את פרמטרי התהליך ולהרחיב את אותו תהליך אולטראסוני לייצור רציף באמצעות תאי זרימה ומעבדים אולטראסוניים תעשייתיים.
על אילו פרמטרים בתהליך צריכים טכנאי המשקאות לפקח?
הפרמטרים החשובים כוללים משרעת, הספק כניסת האולטרסאונד, קצב הזרימה, זמן השהייה, הטמפרטורה, הלחץ, ריכוז חומר ההקצפה, ריכוז הקנבינואידים ומספר מחזורי המעבר. לצורך בקרת איכות, על טכנאי המשקאות לעקוב אחר גודל הטיפות, העכירות, יציבות השלבים, פיזור הקנבינואידים, הטעם ותוחלת החיים של המוצר.
האם ניתן לשלב מערכות אולטראסוניות בקו ייצור משקאות קיים?
כן. ניתן להגדיר מעבדי אולטרה-סאונד תעשייתיים לעיבוד מקוון ולשלב אותם עם משאבות, מיכלים, מחליפי חום, תאי זרימה וציוד קיים לייצור משקאות. עיבוד אולטרה-סאונד מקוון מועיל במיוחד להרחבת הייצור בצורה מבוקרת, לאיכות ניתנת לשחזור ולייצור רציף.
כיצד לבחור את מכשיר האולטראסוניק של Hielscher המתאים למשקאות קנבינואידים?
הבחירה במערכת המתאימה תלויה בגודל האצווה, בקצב הזרימה הרצוי, בצמיגות, בתכולת האלכוהול, בגודל הטיפות הנדרש ובלוח הזמנים של הייצור. מכשירי אולטרה-סאונד קטנים מתאימים לפיתוח פורמולות במעבדה ולבדיקות היתכנות, בעוד שמערכות Hielscher התעשייתיות משמשות לניסויים פיילוט, לייצור בוטיק ולייצור רציף בקו 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 עוצמתי בהספק של 4000 וואט, לייצור רציף של משקאות קנאביס המכילים ננו-חלקיקים ומועשרים בננו-אמולסיות.
אולטראסוניקה בעלת ביצועים גבוהים: מגוון המוצרים של Hielscher מכסה את כל הטווח, החל ממכשירי אולטראסוניקה קומפקטיים למעבדה ויחידות שולחניות ועד למערכות אולטראסוניקה תעשייתיות מלאות.