Otapanje kanabinoida u alkoholnim pićima ultrazvučnom nanoemulgacijom
Proizvodite bistre, stabilne napitke s CBD-om, THC-om, CBG-om i kanabisom punog spektra primjenom skalabilne ultrazvučne nanoemulgacije. Kanabinoidi su spojevi topljivi u ulju i mogu uzrokovati zamućenje, stvaranje prstena, taloženje, loš okus i neujednačeno doziranje ako nisu pravilno dispergirani u alkoholnim napitcima ili napitcima s niskim udjelom alkohola. Visokoučinkoviti ultrazvučni emulgatori tvrtke Hielscher Ultrasonics stvaraju fine nanoemulzije kanabinoida za proziran izgled, dugoročnu fizikalnu stabilnost i ponovljivu raspodjelu djelatnih tvari.
Od razvoja recepture do kontinuirane proizvodnje u protočnom sustavu, sonikatori Hielscher pomažu proizvođačima napitaka kontrolirati veličinu kapljica, upotrebu emulgatora, temperaturu, vrijeme zadržavanja i proizvodni kapacitet. Upotrebljavajte sustave Hielscher za ultrazvučno emulgiranje za jaka alkoholna pića s CBD-om, koktele obogaćene THC-om, gazirane vode s kanabisom, bitere, aperitive, bezalkoholne napitke s kanabisom i formulacije funkcionalnih napitaka.
Proizvodite nanoemulgirane napitke uz pomoć sonikatora UP400St
Zašto je kanabinoide teško formulirati u napitcima
Kanabinoidi se dobro otapaju u alkoholu vrlo visoke jakosti. Međutim, alkohol jakosti 190 proof, s približno 92,4% masenog udjela etanola, nije prikladan za većinu napitaka namijenjenih potrošačima zbog snažnog fiziološkog učinka, oštrog okusa i ograničene fleksibilnosti pri formuliranju. Većina komercijalnih napitaka s kanabisom, uključujući jaka alkoholna pića, koktele spremne za konzumaciju (RTD), gazirane vode i proizvode s niskim volumnim udjelom alkohola (ABV), zahtijeva niži udio alkohola, ugodan profil okusa i stabilan izgled.
Kako bi se ekstrakti kanabisa, poput CBD-a, THC-a, CBG-a i ekstrakata konoplje ili kanabisa punog spektra, formulirali u napitke, uljnu fazu koja sadržava kanabinoide potrebno je usitniti u vrlo male kapljice i stabilizirati kompatibilnim emulgatorom prehrambene kvalitete. Ultrazvučna nanoemulgacija stvara intenzivne smične sile koje dispergiraju uljnu fazu u alkoholnu ili vodeno-alkoholnu matricu napitka. Tako nastaju bistri ili fino dispergirani napitci s kanabinoidima, poboljšane stabilnosti, ujednačene raspodjele djelatnih tvari i privlačnog optičkog izgleda.
Ultrazvučna nanoemulgacija za bistre napitke s CBD-om i THC-om
Ultrazvučni procesori Hielscher stvaraju akustičnu kavitaciju u tekućinama. Nastalo snažno smicanje, mikrostrujanje i fluktuacije tlaka razbijaju uljne faze koje sadržavaju kanabinoide u kapljice nanometarske veličine i ravnomjerno ih raspodjeljuju po cijelom napitku. U kombinaciji s prikladnim emulgatorom prehrambene kvalitete ultrazvuk pomaže stvarati prozirne ili poluprozirne nanoemulzije za alkoholne i bezalkoholne napitke obogaćene kanabisom.
Uska krivulja raspodjele veličine kapljica nanoemulzije konopljina ulja u vodi pripremljene ultrazvučnim uređajem UP400St.
- Učinkovita i brza homogenizacija uz snažno smicanje
- Bistar ili proziran izgled napitka
- Male kapljice za poboljšanu stabilnost disperzije
- Ponovljiva raspodjela djelatnih tvari za ujednačeno doziranje
- Prikladno za CBD, THC, CBG i ekstrakte punog spektra
- Kompatibilno s različitim sustavima emulgatora prehrambene kvalitete
- Skalabilno od laboratorijskog formuliranja do industrijske proizvodnje u protočnom sustavu
- Jednostavno rukovanje uz preciznu kontrolu procesa
Tijek procesa za tehničare u proizvodnji napitaka
Sljedeći tijek procesa pomaže timovima za istraživanje i razvoj napitaka te proizvodnim tehničarima razviti stabilne formulacije napitaka s kanabinoidima i prenijeti ih iz laboratorija u proizvodnju u protočnom sustavu.
| Korak procesa | Na što tehničar treba obratiti pozornost | Svrha |
|---|---|---|
| 1. Definirajte matricu napitka | Volumni udio alkohola (ABV), pH, udio šećera, karbonizacija, sustav aroma, konzervansi | Utvrdite granice kompatibilnosti prije dodavanja kanabinoida |
| 2. Pripremite kanabinoidnu fazu | CBD, THC, CBG, ekstrakt punog spektra, ulje nosač, terpenski profil | Stvorite kontroliranu fazu s djelatnim tvarima za precizno doziranje |
| 3. Odaberite emulgator | Prehrambene kvalitete, s čistom deklaracijom, kompatibilan s alkoholom, neutralnog okusa | Stabilizirajte nanoemulziju i pridonesite bistrini napitka |
| 4. Provedite predmiješanje | Gruba emulzija, kontrolirani redoslijed dodavanja, bez usisa zraka | Pripremiti formulaciju za učinkovitu sonikaciju |
| 5. Provesti sonikaciju | Amplituda, unos snage, protok, vrijeme zadržavanja, temperatura | Smanjiti veličinu kapljica i homogenizirati kanabinoidnu fazu |
| 6. Kontrola kvalitete | Veličina kapljica, mutnoća, raspodjela djelatnih tvari, stabilnost faza | Potvrditi da napitak zadovoljava specifikaciju |
| 7. Ispitivanje roka trajanja | Ciklusi zagrijavanja i hlađenja, izloženost svjetlu, vrijeme skladištenja, stabilnost gaziranosti | Potvrditi stabilnost u stvarnim tržišnim uvjetima |
| 8. Povećanje proizvodnog mjerila | Šaržni rad, recirkulacija ili kontinuirani rad u liniji | Prenijeti formulaciju u komercijalnu proizvodnju |
Ključni parametri formulacije za stabilne kanabinoidne napitke
Uspješna proizvodnja kanabinoidnih napitaka ovisi o međudjelovanju kvalitete ekstrakta, kemijskih svojstava emulgatora, udjela alkohola i parametara ultrazvučnog procesa. Tijekom razvoja recepture tehničari za proizvodnju napitaka trebaju dokumentirati sljedeće varijable:
- Veličina kapljica: Manje kapljice pridonose bistrini, fizičkoj stabilnosti i ravnomjernoj raspodjeli kanabinoida.
- Koncentracija emulgatora: Količina emulgatora mora biti dovoljna za stabilizaciju međupovršine ulje–voda ili ulje–alkohol bez izazivanja nepoželjnog okusa ili prekomjernog pjenjenja.
- Udio alkohola: Etanol visokog udjela alkohola lakše otapa kanabinoide, dok napitci s niskim volumnim udjelom alkohola obično zahtijevaju snažnije emulgiranje i stabilizaciju.
- Temperatura: Unos ultrazvučne energije može povisiti temperaturu tekućine. Za formulacije čije su arome osjetljive na temperaturu može biti potrebno hlađenje ili izmjena topline u liniji.
- Vrijeme zadržavanja i protok: Sonikacija u liniji omogućuje preciznu kontrolu unosa energije po jedinici volumena.
- Broj prolaza: Recirkulacija ili višestruki prolazi mogu dodatno smanjiti veličinu kapljica kada je to potrebno.
- Matrica napitka: Šećer, kiseline, gaziranost, bojila, arome i konzervansi mogu utjecati na bistrinu i dugoročnu stabilnost emulzije.
Savjeti za poboljšanje nanoemulzija kanabinoidnih napitaka
| Problem | Vjerojatni uzrok | Predložena prilagodba |
|---|---|---|
| Zamućenje ili mutnoća | Prevelike kapljice; nekompatibilan emulgator; preopterećena uljna faza | Povećati intenzitet ultrazvuka, optimizirati omjer emulgatora ili smanjiti količinu kanabinoida |
| Stvaranje prstena | Uljna faza nije potpuno stabilizirana | Poboljšati odabir emulgatora, povećati kvalitetu predmiješanja ili provesti dodatni prolaz sonikacije |
| Sedimentacija | Nečistoće u ekstraktu, voskovi ili nestabilna disperzija | Upotrijebiti čišći ekstrakt, poboljšati filtraciju i optimizirati uvjete sonikacije |
| Gorak okus ili previše izražen okus kanabisa | Profil ekstrakta, količina terpena ili visoka koncentracija THC-a ili ekstrakta punog spektra | Primijeniti prikrivanje okusa, smanjiti dozu po porciji ili odabrati čišći ekstrakt |
| Pjenjenje tijekom obrade | Sustav površinski aktivnih tvari, usis zraka ili radni uvjeti pumpe | Smanjiti uvlačenje zraka, optimizirati punjenje protočne ćelije i prilagoditi brzinu pumpe |
| Porast temperature | Visok unos energije ili nedostatno hlađenje | Primijeniti hlađenje u liniji, skratiti vrijeme recirkulacije ili kontrolirati vrijeme zadržavanja |
| Neujednačena jačina djelovanja | Loše miješanje, razdvajanje faza ili neodgovarajuće uzorkovanje | Potvrditi homogenost, uzorkovati na različitim razinama spremnika i poboljšati dispergiranje u liniji |
Kanabinoidi otopljeni na nanorazini za poboljšano dispergiranje i bioraspoloživost
Kanabinoidi su slabo topljivi u vodi i prirodno hidrofobni. U napitcima to stvara poteškoće u postizanju bistrine, stabilnosti i ujednačenog doziranja. Nanoemulzije, liposomi i čvrsti lipidni nosači upotrebljavaju se u farmaceutskim i nutraceutskim primjenama te u funkcionalnoj hrani radi poboljšanja dispergiranja i povećanja raspoloživosti lipofilnih bioaktivnih spojeva.
Ultrazvučna nanoemulgacija povećava površinu faze koja sadržava kanabinoide smanjivanjem kapljica na vrlo male veličine. Time se poboljšava raspodjela u matrici napitka i može se pridonijeti poboljšanom otapanju tijekom konzumacije. Proizvođači napitaka trebaju potvrditi bioraspoloživost, tvrdnje o početku djelovanja i tvrdnje o doziranju u skladu s primjenjivim analitičkim i regulatornim zahtjevima na svojim ciljnim tržištima.
Jaka alkoholna pića obogaćena THC-om i gotovi napitci s kanabisom
Formuliranje napitaka obogaćenih THC-om posebno je zahtjevno. THC ima intenzivan profil okusa, a mnoge robne marke napitaka uz stabilnu disperziju i ujednačeno doziranje zahtijevaju i čist, blag okus. Ultrazvučna nanoemulgacija pomaže dispergirati ekstrakte koji sadržavaju THC u jaka alkoholna pića, koktele, gazirane napitke, bitere i druge baze za napitke. Međutim, kvaliteta okusa ovisi i o odabiru ekstrakta, profilu terpena, izboru emulgatora, doziranju i sustavu aroma napitka.
Proizvođači napitaka s THC-om, CBD-om i ekstraktima kanabisa punog spektra trebaju provjeriti zahtjeve za formuliranje, doziranje, označivanje, pakiranje i distribuciju u nadležnoj jurisdikciji. Propisi za kanabis, alkohol i proizvode koji kombiniraju kanabis i alkohol mogu se znatno razlikovati ovisno o tržištu.
Primjene u proizvodnji napitaka
- jaka alkoholna pića s CBD-om i THC-om
- formulacije votke, viskija, ruma i džina
- bitere i aperitive, poput amara
- gotove koktele (RTD) i miješana pića
- alkoholne gazirane napitke i alkoholne gazirane vode
- napitke na bazi piva i slada
- alkoholne limunade i gazirana bezalkoholna pića s dodatkom alkohola
- voćne sokove, limunade i bezalkoholne napitke s kanabisom
- funkcionalne napitke s CBD-om, CBG-om ili ekstraktima punog spektra
Ultrazvučna aromatizacija i obogaćivanje biljnim sastojcima
Ultrazvučna ekstrakcija može se primijeniti i za proizvodnju bezalkoholnih i alkoholnih napitaka obogaćenih kanabisom s dodatnim biljnim aromatskim spojevima. Primjerice, sonikacija se može upotrijebiti za obogaćivanje napitka s kanabisom začinskim biljem, začinima, korama agruma, biljnim sastojcima za bitere ili drugim sastojcima za aromatizaciju. Time se može poboljšati senzorski profil i podržati razvoj napitaka koji se razlikuju od drugih proizvoda.
Ultrazvučni procesori s visokim smičnim silama za otapanje i emulgiranje
Hielscher Ultrasonics nudi širok raspon visokoučinkovitih ultrazvučnih uređaja za nanoemulgiranje kanabinoida u alkoholne i bezalkoholne napitke. Napitci obogaćeni kanabisom, aperitivi, jaka alkoholna pića i kokteli mogu se formulirati miješanjem fitokanabinoida poput CBD-a, THC-a, CBG-a ili ekstrakata kanabisa punog spektra s tekućinama prikladnima za piće.
Industrijski ultrazvučni procesori Hielscher mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se kontinuirano primjenjivati u proizvodnji koja radi 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Koji ultrazvučni uređaj Hielscher odgovara vašem procesu proizvodnje napitaka?
Odgovarajući ultrazvučni sustav ovisi o veličini šarže, ciljanom protoku, viskoznosti, udjelu alkohola, potrebnoj veličini kapljica i rasporedu proizvodnje. Započnite laboratorijskim ispitivanjima kako biste potvrdili stabilnost formulacije, a zatim povećajte mjerilo na pilotnu ili industrijsku obradu u protočnom sustavu primjenom istog načela ultrazvučnog procesa.
| Faza proizvodnje | Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|---|
| Laboratorijsko formuliranje | 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| Razvoj recepture i male šarže | 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Pilotna ispitivanja i obrtnička proizvodnja | 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| Industrijska proizvodnja u protočnom sustavu | 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| Kontinuirana proizvodnja velikih količina | n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| Vrlo velike proizvodne linije | n.a. | veći | Skupina uređaja UIP16000hdT |
Česta pitanja: nanoemulzije kanabinoida u alkoholnim pićima
Zašto se kanabinoidi teško otapaju u alkoholnim pićima?
Kanabinoidi poput CBD-a, THC-a, CBG-a i ekstrakata kanabisa punog spektra hidrofobni su, što znači da se ne otapaju dobro u sustavima napitaka na bazi vode. Etanol visoke alkoholne jakosti može lakše otopiti kanabinoide, ali većina napitaka namijenjenih potrošačima ima mnogo niži udio alkohola. U napitcima s niskim volumnim udjelom alkohola, koktelima, gaziranim napitcima i gotovim napitcima kanabinoidi moraju biti fino emulgirani kako bi ostali ravnomjerno raspoređeni i vizualno stabilni.
Kako ultrazvuk pomaže otapanju kanabinoida u napitcima?
Ultrazvučni procesori stvaraju snažne kavitacijske sile u tekućinama. Te sile razbijaju uljne faze koje sadrže kanabinoide u vrlo sitne kapljice i ravnomjerno ih raspoređuju u matrici napitka. Uz prikladan emulgator prehrambene kvalitete, ultrazvučnom nanoemulgacijom mogu se proizvesti bistri ili fino dispergirani kanabinoidni napitci s poboljšanom fizikalnom stabilnošću.
Može li se ultrazvučna emulgacija primijeniti za napitke s CBD-om i THC-om?
Da. Ultrazvučna emulgacija može se primijeniti za CBD, THC, CBG i ekstrakte kanabisa punog spektra. Postupak je prikladan za proizvođače napitaka koji razvijaju jaka alkoholna pića obogaćena kanabisom, gotove koktele spremne za konzumaciju (RTD), alkoholne gazirane vode, bitere, aperitive, bezalkoholne napitke od kanabisa i druge funkcionalne napitke. Proizvođači moraju provjeriti jesu li njihova formulacija, sadržaj kanabinoida, označivanje i prodajni kanali u skladu s primjenjivim lokalnim propisima.
Što kanabinoidni napitak čini bistrim i stabilnim?
Bistrina i stabilnost ovise o veličini kapljica, odabiru emulgatora, koncentraciji kanabinoida, udjelu alkohola, udjelu šećera, pH-vrijednosti, temperaturi i uvjetima skladištenja. Ultrazvučna nanoemulgacija pomaže smanjiti veličinu kapljica i poboljšati njihovu raspodjelu, čime se mogu smanjiti zamućenje, izdvajanje kapljica na površinu, taloženje i razdvajanje faza.
Koji se emulgatori mogu upotrebljavati za nanoemulzije kanabinoidnih napitaka?
Formulacije kanabinoidnih napitaka obično zahtijevaju emulgatore ili stabilizatore prehrambene kvalitete koji su kompatibilni s matricom napitka i regulatornim zahtjevima. Najbolji emulgator ovisi o ekstraktu kanabinoida, željenom profilu okusa, udjelu alkohola, zahtjevima za označivanje i ciljanoj bistrini. Ultrazvučni sustavi Hielscher mogu se ispitati s različitim sustavima emulgatora tijekom razvoja formulacije.
Mijenja li ultrazvučna obrada okus napitaka od kanabisa?
Ultrazvučna obrada poboljšava dispergiranje, ali ne uklanja automatski karakterističan okus ekstrakata kanabisa. Kvaliteta okusa ovisi o ekstraktu, terpenskom profilu, emulgatoru, dozi i osnovi napitka. Za THC i ekstrakte punog spektra može biti potrebno prikrivanje okusa ili pažljivo usklađivanje okusa.
Je li ultrazvučna nanoemulgacija prikladna za industrijsku proizvodnju napitaka?
Da. Hielscher isporučuje ultrazvučne sustave za rad u rasponu od laboratorijskog mjerila do pilotne i industrijske linijske proizvodnje. Proizvođači napitaka mogu započeti s ispitivanjima formulacije u malom mjerilu, optimizirati procesne parametre i povećati mjerilo istog ultrazvučnog postupka do kontinuirane proizvodnje s protočnim ćelijama i industrijskim ultrazvučnim procesorima.
Koje procesne parametre trebaju kontrolirati tehničari u proizvodnji napitaka?
Važni parametri uključuju amplitudu, unos ultrazvučne snage, protok, vrijeme zadržavanja, temperaturu, tlak, koncentraciju emulgatora, koncentraciju kanabinoida i broj prolaza. Radi kontrole kvalitete, tehničari u proizvodnji napitaka trebaju pratiti veličinu kapljica, mutnoću, stabilnost faza, raspodjelu kanabinoida, okus i svojstva tijekom roka trajanja.
Mogu li se ultrazvučni sustavi integrirati u postojeću liniju za proizvodnju napitaka?
Da. Industrijski ultrazvučni procesori mogu se konfigurirati za linijsku obradu i integrirati s pumpama, spremnicima, izmjenjivačima topline, protočnim ćelijama i postojećom opremom za proizvodnju napitaka. Linijska sonikacija posebno je korisna za kontrolirano povećanje mjerila, ponovljivu kvalitetu i kontinuiranu proizvodnju.
Kako odabrati odgovarajući ultrazvučni uređaj Hielscher za kanabinoidne napitke?
Odgovarajući sustav ovisi o veličini šarže, ciljanom protoku, viskoznosti, udjelu alkohola, potrebnoj veličini kapljica i rasporedu proizvodnje. Mali ultrazvučni uređaji prikladni su za razvoj formulacija u laboratoriju i ispitivanja izvedivosti, dok se industrijski sustavi Hielscher upotrebljavaju za pilotna ispitivanja, obrtničku proizvodnju i kontinuiranu linijsku proizvodnju.
Literatura / Reference
- 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, snažan industrijski sonikator snage 4000 vata, za linijsku proizvodnju nanoinfuziranih i nanoemulgiranih napitaka od kanabisa.
Ultrazvučna tehnologija visokih performansi: asortiman proizvoda tvrtke Hielscher obuhvaća cijeli spektar, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja i stolnih jedinica do cjelovitih industrijskih ultrazvučnih sustava.