Ultrazvučna ekstrakcija uz upotrebu konoplje kao sirovine
- Kod biljke cannabis sativa mogu se razlikovati dvije vrste: marihuana i konoplja.
- Ultrazvuk je dobro poznat kao nadmoćna metoda za izolaciju kanabinoida iz marihuane i konoplje.
Ultrazvučna ekstrakcija kanabinoida
Tehnologija ultrazvučne ekstrakcije vrlo je učinkovita u oslobađanju aktivnih spojeva (tj. kanabinoida (CBD, THC, CBG), eteričnih ulja, terpena itd.) iz biljnog materijala kao što su cvatovi, listovi i stabljike.
Ultrazvučna ekstrakcija nadmašuje konvencionalne tehnike ekstrakcije zahvaljujući raznim prednostima:
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) dobro je poznata kao tehnika intenziviranja procesa koja poboljšava prijenos mase i omogućuje veće prinose bioaktivnih spojeva kao što su kanabinoidi, terpeni itd.
Sonikacijom se dobivaju visokokvalitetni ekstrakti jer ultrazvučna ekstrakcija ne zahtijeva upotrebu agresivnih, toksičnih otapala za oslobađanje kanabinoida. Ultrazvučna ekstrakcija može se provoditi, primjerice, uz vodu, smjesu vode i alkohola, alkohol ili ulje (maslinovo, kokosovo) kao otapala. Zbog toga je ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) znatno prihvatljivija za okoliš.
Pročitajte više o pravilnom odabiru otapala za ultrazvučnu ekstrakciju!
Blagi uvjeti ekstrakcije pri sonikaciji daju ekstrakt koji ima ista, ali pojačana svojstva sirovine (npr. konoplje, marihuane) – uz vrhunske učinke na zdravlje, okus i miris.
Hielscher ultrazvučnim ekstraktorima može se precizno upravljati. Potpunom kontrolom procesnih parametara kao što su intenzitet i temperatura može se postići iznimno visoka kvaliteta ekstrakta. Budući da je sonikacija netoplinska metoda obrade, izbjegava se toplinska razgradnja sastojaka osjetljivih na toplinu. Temperature ekstrakcije između 0–60°C optimalne su za vrhunske ekstrakte.
Još je jedna prednost ultrazvučne ekstrakcije brzina procesa: cijeli proces ekstrakcije traje samo nekoliko minuta kako bi se kanabinoidi oslobodili iz biljnih stanica, dok druge tehnike ekstrakcije zahtijevaju sate ili čak dane obrade.
I investicijski i operativni troškovi minimalni su u usporedbi s alternativnim ekstraktorima, npr. ekstraktorima sa superkritičnim CO2. Sustavi za ultrazvučnu ekstrakciju omogućuju vrlo brz povrat ulaganja.
UP400St za ekstrakciju kanabinoida iz konoplje
- Visokokvalitetni ekstrakti
- Potpunija ekstrakcija
- Visoka brzina ekstrakcije
- Ekstrakt punog spektra
- Upotreba raznih otapala
- Netoksičnost
- Netoplinska (hladna) metoda
- Brz proces ekstrakcije
- Sigurnost i jednostavnost upotrebe
- Linearno povećanje mjerila
Konoplja u usporedbi s marihuanom
Kanabis je porodica biljaka koje se mogu razvrstati na C. Indica i C. Sativa. Konoplja i marihuana vrste su biljke Cannabis Sativa.
Pri usporedbi konoplje i marihuane postoji golema razlika; dok konoplja sadrži vrlo nisku koncentraciju THC-a (0,3% ili manje), marihuana obiluje THC-om, s koncentracijama između 15% i 40%.
Stoga se konoplja donedavno uzgajala prvenstveno u industrijske svrhe. Danas se konoplja cijeni i zbog prinosa CBD-a. CBD je nepsihoaktivni kanabinoid koji ima protuupalna i anksiolitička svojstva. Marihuana se uglavnom uzgaja zbog sadržaja THC-a, koji se upotrebljava u rekreacijske i medicinske svrhe.
Konopljino ulje i CBD, glavni kanabinoid prisutan u konoplji, obećavajuće su tvari koje se primjenjuju kao pomoć kod zdravstvenih stanja kao što su anksioznost, kronične upale, autoimune bolesti, bol, glavobolje i migrena te gastrointestinalni poremećaji, među ostalima.
Pogledajte jednostavan protokol ultrazvučne ekstrakcije kanabisa u šaržama srednje veličine od 120L!
Sonikator sa sondom UP400St popularan je ultrazvučni ekstraktor koji se upotrebljava za izolaciju CBD-a, THC-a, CBG-a, CBN-a, drugih kanabinoida te terpena iz konoplje i marihuane.
Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi
Hielscher Ultrasonics nudi male, srednje velike i industrijske ultrazvučne procesore koji mogu raditi 24/7. Ovisno o vašoj sirovini i volumenu obrade, možemo vam ponuditi sustav za ultrazvučnu ekstrakciju koji odgovara vašim potrebama. Možete birati između šaržne i kontinuirane ekstrakcije. Naknadno povećanje kapaciteta obrade jednostavno je jer se ultrazvučni procesi mogu linearno skalirati.
Pilotni i industrijski sustavi tvrtke Hielscher mogu postići vrlo visoke amplitude – omogućuju pouzdan i kontinuiran rad s amplitudama do 200µm u režimu rada 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost sonikatora tvrtke Hielscher omogućuje rad pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Kao proizvođač ultrazvučnih ekstraktora velike snage s dugogodišnjim iskustvom, Hielscher je vaš pouzdan partner za zahtjevne postupke ekstrakcije. Mi savjetujemo i pomažemo svojim kupcima svojim znanjem te ih vodimo od ispitivanja izvedivosti do industrijske instalacije.
Kontaktirajte nas odmah! Rado ćemo s vama razgovarati o vašim zahtjevima za ekstrakciju!
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Instalacija uređaja Hielscher UIP4000hdT, ultrazvučnog ekstraktora snage 4kW, za industrijsku ekstrakciju.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Ultrazvučna ekstrakcija postala je najučinkovitija tehnika za ekstrakciju bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala i najjednostavnija za korisnika. Najistaknutiji primjer uspješne ekstrakcije mogla bi biti izolacija CBD-a i drugih kanabinoida iz kanabisa.
Ultrazvučne i konvencionalne metode ekstrakcije
Namakanje u etanolu jednostavna je metoda, ali zahtijeva mnogo vremena, kapacitet obrade je ograničen, a troškovi otapala i energije visoki. Zaostalo otapalo u konačnom proizvodu ometa postizanje cilja proizvodnje visokokvalitetnog ekstrakta.
Ekstrakcija u zatvorenom ugljikovodičnom sustavu zahtijeva uporabu fosilnih goriva, pa se u konačnom proizvodu mogu naći kancerogene tvari poput benzena.
Sustavi za ekstrakciju superkritičnim CO2 imaju visoke investicijske troškove i veliku potrošnju energije. Rad s ekstraktorima sa superkritičnim CO2 zahtijeva dobro osposobljeno osoblje jer je rad sa sustavima s CO2 pod visokim tlakom opasan. Istjecanje CO2 može prouzročiti smrt prisutnih radnika uslijed gušenja.
Ekstrakcija vodom u kritičnim uvjetima ekološki je prihvatljiva alternativa koja je spora i oslobađa samo mali dio bioaktivnih spojeva.
Ultrazvučna ekstrakcija
Ultrazvučna ekstrakcija tehnika je intenziviranja ekstrakcije koja se može primjenjivati u kombinaciji s vodom (bez otapala) kao i s otapalima poput etanola, smjese etanola i vode, glicerina, metanola, biljnih ulja ili drugih otapala po izboru. Ultrazvučna ekstrakcija potiče prijenos mase tako da se prinosi ekstrakta od 95–99% mogu postići. Sonikacija se lako može skalirati na veće kapacitete i daje visokokvalitetne ekstrakte.
Ultrazvučni ekstraktor za rad u malom mjerilu, poput uređaja UP400St (400W), može obraditi šaržu do 10L u roku od 5–15min (ovisno o procesnim parametrima kao što su sirovina (svježa ili osušena; cvjetni pupovi, listovi, stabljike), otapalo i temperatura).
Snažan ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT snage 2kW može raditi kao sustav ugrađen u procesnu liniju. U protočnom načinu rada UIP2000hdT s lakoćom obrađuje 200 do 800L/hr (također ovisno o procesnim parametrima).
Investicijski trošak ultrazvučnog procesora nizak je u usporedbi s ekstraktorom s CO2. Troškovi energije za rad također su zanemarivi. Ultrazvučni ekstraktori vrlo su sigurni za rukovanje, lako se čiste i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
Kanabis
Bioaktivni spojevi biljke kanabisa (i konoplje i marihuane) u novije su vrijeme privukli veliku pozornost. Osobito su za kanabinoid kanabidiol (CBD) dokazane brojne zdravstvene koristi, koje sežu od protutumorskih i protuupalnih svojstava do ublažavanja boli i antidepresivnih učinaka. Osim kanabidiola, biljka kanabisa sadrži brojne druge kanabinoide kao što su THC (tetrahidrokanabinol), kanabinol (CBN), kanabigerol (CBG), kanabikromen (CBC) i kanabinodiol (CBND). Kanabinoidi su pokazali golem terapijski potencijal i u središtu su brojnih istraživanja.
Čini se da međudjelovanje različitih kanabinoida i drugih bioaktivnih spojeva kao što su terpeni, polifenoli, flavonoidi i alkaloidi rezultira još većim zdravstvenim koristima. Međudjelovanje različitih terpena, različitih kanabinoida i drugih biljnih spojeva naziva se “učinak pratnje”. Zbog tih učinaka pratnje ekstrakti punog spektra, koji se mogu uspješno dobiti ultrazvučno potpomognutom ekstrakcijom (UAE), poznati su po iznimnim terapijskim učincima.
Terpeni kanabisa
Terpenoidi su sastavnice eteričnih ulja koje se mogu naći u biljkama. Biljka kanabisa vrlo je bogata terpenima. U kanabisu terpeni nastaju u trihomima biljke. Trihomi su sjajni, ljepljivi kristali koji prianjaju uz listove i cvjetne pupove. Ti su trihomi prirodni obrambeni mehanizam biljke kanabisa koji je štiti od kukaca i životinja. Zbog svojeg intenzivnog mirisa terpeni djeluju kao repelenti. Za nas ljude najuočljivija značajka terpena kanabisa njihov je miris. Ti terpeni doprinose brojnim zdravstvenim koristima biljke kanabisa (konoplje i marihuane).
Osim svoje arome i mirisa, molekule terpena snažne su biljne tvari koje pružaju različite medicinske koristi.
I marihuana i konoplja iz roda Cannabis Sativa sadrže iznimnu količinu terpenoida i više od 100 različitih vrsta tih tvari.
Svaki terpen ima jedinstvena svojstva koja sežu od umirujućih do onih koja podižu raspoloženje. Primjerice, nerolidol ima sedativne i anksiolitičke učinke, linalol pomaže u ublažavanju simptoma anksioznosti i artritisa, dok je mircen poznat po ublažavanju kronične boli. Terpeni β-Myrcene, Ɣ-pinene i humulen smanjuju upalu i imaju analgetske učinke.
Različiti terpeni svojstveni su samo kanabisu, ali mnogi terpeni koji se nalaze u kanabisu prisutni su i u nekoliko drugih biljaka. Kariofilen se nalazi, primjerice, u zelenom lisnatom povrću, hmelju te u ružmarinu i origanu. Limonen je glavni terpen koji se nalazi u agrumima kao što su limuni i naranče.
Učinak pratnje
Svaki je terpen poznat po specifičnim terapijskim učincima. Međutim, poznato je da terpeni i drugi biljni spojevi kao što su polifenoli i flavonoidi pokazuju iznimne sinergijske učinke koji rezultiraju poboljšanom simbiozom između kanabinoida. To međudjelovanje različitih bioaktivnih spojeva poznato je kao “učinak pratnje“.
Učinak pratnje povećava bioraspoloživost terpena i pomaže tijelu da učinkovitije apsorbira kanabinoide.
Vrste bioaktivnih spojeva
Broj, koncentracija i raznolikost bioaktivnih spojeva odgovorni su za ljekovita svojstva biljnog ekstrakta. Ti se bioaktivni spojevi sintetiziraju kao sekundarni metaboliti, koji ne pridonose rastu ni fotosintezi u biljkama. Međutim, ključni su za opstanak biljaka i njihovu interakciju s okolišem. Biljni bioaktivni spojevi mogu se općenito razvrstati u tri skupine: terpene i terpenoide, alkaloide te fenolne spojeve. Fenolni spojevi najrasprostranjenija su skupina sekundarnih metabolita u biljnom carstvu te su dobro poznati i cijenjeni zbog svojih antioksidativnih učinaka. Druga važna skupina fenolnih spojeva male molekulske mase jesu flavonoidi, koji također pokazuju vrlo snažne antioksidativne učinke.
Fenolni spojevi obuhvaćaju fenolne kiseline poput benzojeve i hidroksicimetnih kiselina, flavonoide poput flavona i flavonola, lignane te stilbene. Ekstrakt punog spektra (npr. dobiven ultrazvučnom ekstrakcijom iz kanabisa) uključuje sve te različite biljne spojeve, koji pokazuju najširi raspon učinaka na zdravlje.
Načelo rada ultrazvučne ekstrakcije
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnim valovima (ultrazvuku) koji se unose u tekući medij. Intenzivni ultrazvučni valovi stvaraju cikluse visokog i niskog tlaka. Zbog razlika u tlaku tijekom širenja ultrazvučnih valova kroz tekućinu nastaju kavitacijski mjehurići. Implozija tih kavitacijskih mjehurića stvara uvjete visoke gustoće energije.
Ultrazvučna ekstrakcija aktivnih spojeva i eteričnih ulja temelji se na načelu rada akustičke kavitacije. Gornja slika prikazuje učinak urušavanja kavitacijskog mjehurića i posljedično oslobađanje eteričnog ulja iz biljnog materijala
izvor: Altaf et al. 2018
Uvjeti u blizini implodirajućih kavitacijskih mjehurića mogu biti ekstremni – stvaraju se temperature do 4500°C i tlakovi do 100 MPa. Implozija i posljedične razlike u tlaku uzrokuju vrlo velike smične sile i turbulencije u kavitacijskoj vrućoj točki. Kombinacija tih čimbenika, odnosno razlika u tlaku, temperaturnih razlika i smicanja, potiče prijenos mase, a time i procese ekstrakcije. Intenzivne sile ultrazvučne kavitacije razaraju stanice (npr. biljaka, bakterija ili tkiva), a unutarstanični materijal (poput ulja, lipida, proteina i aktivnih spojeva) oslobađa se u okolno otapalo.
Ultrazvučna ekstrakcija stoga je preferirana metoda za intenziviranje procesa ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičkoj kavitaciji i njezinim hidrodinamičkim smičnim silama
Ultrazvučni ekstraktori velike snage za laboratorijsko, pilotno i industrijsko mjerilo.