Ekstraksi Ultrasonik Menggunakan Hemp sebagai Bahan Baku
- Pada tanaman cannabis sativa, dua spesies dapat dibedakan: mariyuana dan hemp.
- Ultrasonik dikenal luas sebagai metode unggulan untuk mengisolasi kanabinoid dari mariyuana maupun hemp.
Ekstraksi Ultrasonik Kanabinoid
Teknologi ekstraksi ultrasonik sangat efisien untuk melepaskan senyawa aktif (yaitu kanabinoid (CBD, THC, CBG), minyak atsiri, terpena dll.) dari bahan tanaman seperti kuncup, daun, dan batang.
Ekstraksi ultrasonik mengungguli teknik ekstraksi konvensional berkat berbagai keunggulan:
Ekstraksi berbantuan ultrasonik (UAE) dikenal luas sebagai teknik intensifikasi proses yang meningkatkan perpindahan massa dan menghasilkan rendemen senyawa bioaktif yang lebih tinggi, seperti kanabinoid, terpena, dan sebagainya.
Ultrasonikasi menghasilkan ekstrak berkualitas tinggi karena ekstraksi ultrasonik tidak memerlukan penggunaan pelarut keras dan beracun untuk melepaskan kanabinoid. Ekstraksi ultrasonik dapat dilakukan, misalnya, dengan air, campuran air-alkohol, alkohol, atau minyak (zaitun, kelapa) sebagai pelarut. Hal ini membuat ekstraksi berbantuan ultrasonik (UAE) jauh lebih ramah lingkungan.
Baca lebih lanjut tentang pemilihan pelarut yang tepat untuk ekstraksi ultrasonik!
Kondisi ekstraksi yang ringan pada ultrasonikasi menghasilkan ekstrak yang memiliki sifat yang sama dengan bahan bakunya (misalnya hemp, mariyuana), tetapi lebih kuat – memberikan efek kesehatan, rasa, dan aroma yang unggul.
Ekstraktor ultrasonik Hielscher dapat dikendalikan secara presisi. Dengan kendali penuh atas parameter proses seperti intensitas dan suhu, kualitas ekstrak yang sangat tinggi dapat diperoleh. Karena sonikasi merupakan metode pemrosesan nontermal, degradasi termal komponen yang peka terhadap panas dapat dihindari. Suhu ekstraksi antara 0–60°C optimal untuk menghasilkan ekstrak unggulan.
Keunggulan lain ekstraksi ultrasonik adalah prosesnya yang cepat: Seluruh proses ekstraksi hanya membutuhkan beberapa menit untuk melepaskan kanabinoid dari sel tanaman, sedangkan teknik ekstraksi lain memerlukan waktu pemrosesan berjam-jam atau bahkan berhari-hari.
Biaya investasi maupun operasional sangat rendah dibandingkan dengan ekstraktor alternatif, misalnya ekstraktor CO2 superkritis. Sistem ekstraksi ultrasonik memberikan pengembalian investasi (RoI) yang sangat cepat.
UP400St untuk ekstraksi kanabinoid dari hemp
- Ekstrak berkualitas tinggi
- Ekstraksi lebih menyeluruh
- Laju ekstraksi tinggi
- Ekstrak spektrum penuh
- Penggunaan beragam pelarut
- Tidak beracun
- Metode nontermal (dingin)
- Proses ekstraksi cepat
- Aman dan mudah digunakan
- Peningkatan skala secara linear
Hemp vs Mariyuana
Cannabis merupakan famili tanaman yang dapat diklasifikasikan menjadi C. Indica dan C. Sativa. Hemp dan mariyuana merupakan spesies Cannabis Sativa.
Ketika membandingkan hemp dengan mariyuana, terdapat perbedaan besar; hemp mengandung THC dengan konsentrasi sangat rendah (0,3% atau kurang), sedangkan mariyuana kaya akan THC dengan konsentrasi antara 15% hingga 40%.
Oleh karena itu, hingga belum lama ini hemp terutama dibudidayakan untuk keperluan industri. Saat ini, hemp juga dihargai karena hasil CBD-nya. CBD merupakan kanabinoid nonpsikoaktif yang memiliki sifat antiinflamasi dan ansiolitik. Mariyuana terutama dibudidayakan karena kandungan THC-nya, yang digunakan untuk tujuan rekreasional dan pengobatan.
Minyak hemp dan CBD, kanabinoid utama yang terdapat dalam hemp, merupakan zat menjanjikan yang diberikan untuk membantu menangani kondisi medis seperti kecemasan, peradangan kronis, penyakit autoimun, nyeri, sakit kepala dan migrain, serta gangguan gastrointestinal, di antaranya.
Sonikator tipe probe UP400St merupakan ekstraktor ultrasonik populer yang digunakan untuk mengisolasi CBD, THC, CBG, CBN, kanabinoid lainnya, serta terpena dari hemp dan mariyuana.
Ekstraktor Ultrasonik Berkinerja Tinggi
Hielscher Ultrasonics menawarkan prosesor ultrasonik berukuran kecil, sedang dan industri yang dapat dioperasikan 24/7. Bergantung pada bahan baku dan volume proses Anda, kami dapat menawarkan sistem ekstraksi ultrasonik yang sesuai dengan kebutuhan Anda. Anda dapat memilih antara ekstraksi batch dan kontinu. Peningkatan skala ke kapasitas proses yang lebih besar di kemudian hari dapat dilakukan dengan mudah karena proses ultrasonik dapat ditingkatkan skalanya secara linear.
Sistem percontohan dan industri Hielscher dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi – memungkinkan pengoperasian pada amplitudo hingga 200µm secara andal dan kontinu dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang disesuaikan dengan kebutuhan. Ketangguhan sonikator Hielscher memungkinkan pengoperasian dengan beban kerja berat dan di lingkungan yang menuntut.
Sebagai produsen ekstraktor ultrasonik berdaya tinggi dengan pengalaman panjang, Hielscher adalah mitra andal Anda untuk ekstraksi canggih. Kami memberikan konsultasi dan membantu pelanggan dengan pengetahuan kami serta membimbing mereka mulai dari pengujian kelayakan hingga pemasangan industri.
Hubungi kami sekarang! Kami dengan senang hati mendiskusikan kebutuhan ekstraksi Anda!
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Pemasangan Hielscher UIP4000hdT, ekstraktor ultrasonik 4kW, untuk ekstraksi industri.
Literatur / Referensi
- 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.
Fakta yang Perlu Diketahui
Ekstraksi ultrasonik telah menjadi teknik yang paling efektif dan mudah digunakan untuk mengekstraksi senyawa bioaktif dari bahan tumbuhan. Contoh keberhasilan ekstraksi yang paling menonjol mungkin adalah isolasi CBD dan kanabinoid lainnya dari kanabis.
Metode Ekstraksi Ultrasonik vs. Konvensional
Perendaman dalam etanol merupakan metode sederhana, tetapi sangat memakan waktu, kapasitas prosesnya terbatas, serta biaya pelarut dan energinya tinggi. Residu pelarut dalam produk akhir menghambat tujuan menghasilkan ekstrak berkualitas tinggi.
Ekstraksi menggunakan sistem hidrokarbon tertutup memerlukan penggunaan bahan bakar fosil, sehingga zat penyebab kanker seperti benzena dapat ditemukan dalam produk akhir.
Sistem ekstraksi CO2 superkritis memiliki biaya investasi dan konsumsi energi yang tinggi. Ekstraktor CO2 superkritis memerlukan staf yang terlatih dengan baik untuk pengoperasiannya karena sistem CO2 bertekanan tinggi berbahaya untuk dioperasikan. Kebocoran CO2 dapat menyebabkan kematian akibat asfiksia pada pekerja yang berada di lokasi.
Ekstraksi dengan air dalam kondisi kritis merupakan alternatif ramah lingkungan yang lambat dan hanya melepaskan sebagian kecil senyawa bioaktif.
Ekstraksi Ultrasonik
Ekstraksi ultrasonik merupakan teknik intensifikasi ekstraksi yang dapat digunakan bersama air (tanpa pelarut) maupun dengan pelarut seperti etanol, etanol-air, gliserin, metanol, minyak nabati, atau pelarut pilihan lainnya. Ekstraksi ultrasonik meningkatkan perpindahan massa sehingga rendemen ekstrak sebesar 95–99% dapat diperoleh. Sonikasi dapat dengan mudah ditingkatkan skalanya dan menghasilkan ekstrak berkualitas tinggi.
Ekstraktor ultrasonik skala kecil seperti UP400St (400W) mampu memproses batch hingga 10L dalam waktu 5–15min (bergantung pada parameter proses seperti bahan baku (segar atau kering; kuncup, daun, batang), pelarut, dan suhu).
Ekstraktor ultrasonik UIP2000hdT yang bertenaga 2kW dapat dioperasikan sebagai sistem inline. Dalam mode aliran tembus, UIP2000hdT dengan mudah memproses 200 hingga 800L/hr (juga bergantung pada parameter proses).
Biaya investasi untuk prosesor ultrasonik rendah dibandingkan dengan ekstraktor CO2. Biaya energi untuk pengoperasiannya juga sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Ekstraktor ultrasonik sangat aman dioperasikan, mudah dibersihkan, dan hanya memerlukan sedikit perawatan.
Kanabis
Senyawa bioaktif dari tanaman kanabis (baik hemp maupun mariyuana) telah mendapat banyak perhatian belakangan ini. Khususnya untuk kanabinoid kanabidiol (CBD), banyak manfaat kesehatan telah ditunjukkan, mulai dari sifat melawan kanker dan antiinflamasi hingga efek pereda nyeri dan antidepresan. Selain kanabidiol, tanaman kanabis mengandung beragam kanabinoid lain seperti THC (tetrahidrokanabinol), kanabinol (CBN), kanabigerol (CBG), kanabikromen (CBC), dan kanabinodiol (CBND). Kanabinoid telah menunjukkan potensi terapeutik yang sangat besar dan menjadi fokus banyak penelitian.
Interaksi berbagai kanabinoid dan senyawa bioaktif lainnya seperti terpena, polifenol, flavonoid, dan alkaloid tampaknya menghasilkan manfaat kesehatan yang lebih baik lagi. Interaksi berbagai terpena, berbagai kanabinoid, dan senyawa tanaman lainnya disebut “efek entourage”. Karena efek entourage ini, ekstrak spektrum penuh, yang dapat berhasil diperoleh melalui ekstraksi berbantuan ultrasonik (UAE), dikenal memiliki efek terapeutik yang luar biasa.
Terpena Kanabis
Terpenoid merupakan komponen minyak atsiri yang dapat ditemukan dalam tumbuhan. Tanaman kanabis sangat kaya akan terpena. Pada kanabis, terpena diproduksi di trikoma tanaman. Trikoma adalah kristal mengilap dan lengket yang melekat pada daun dan kuncup. Trikoma ini merupakan mekanisme pertahanan alami tanaman kanabis yang melindungi tanaman dari serangga dan hewan. Karena aromanya yang harum, terpena bertindak sebagai pengusir. Bagi kita manusia, karakteristik terpena kanabis yang paling mudah dikenali adalah aromanya. Terpena ini berkontribusi pada beragam manfaat kesehatan tanaman kanabis (hemp dan mariyuana).
Selain aroma dan baunya, molekul terpena merupakan zat tumbuhan yang kuat dan menawarkan berbagai manfaat medis.
Baik mariyuana maupun hemp dari genus Cannabis Sativa mengandung terpenoid dalam jumlah yang luar biasa besar dan mengandung lebih dari 100 jenis zat ini.
Setiap terpena memiliki sifat unik, mulai dari menenangkan hingga meningkatkan suasana hati. Misalnya, nerolidol memiliki efek sedatif dan antikecemasan, linalool membantu mengatasi gejala kecemasan dan artritis, sedangkan mirsena dikenal dapat meredakan nyeri kronis. Terpena β-Myrcene, Ɣ-pinene, dan humulena mengurangi peradangan dan memiliki efek analgesik.
Berbagai terpena hanya terdapat pada kanabis, tetapi banyak terpena yang ditemukan dalam kanabis juga terdapat pada beberapa tanaman lainnya. Kariofilena ditemukan, misalnya, pada sayuran berdaun hijau, hop serta pada rosemary dan oregano. Limonena merupakan terpena utama yang ditemukan dalam buah sitrus seperti lemon dan jeruk.
Efek Entourage
Setiap terpena dikenal memiliki efek terapeutik tertentu. Namun, terpena dan senyawa tumbuhan lainnya seperti polifenol dan flavonoid dikenal menunjukkan efek sinergis yang luar biasa, yang menghasilkan simbiosis lebih baik antarkanabinoid. Interaksi berbagai senyawa bioaktif ini dikenal sebagai “efek entourage“.
Efek entourage meningkatkan ketersediaan hayati terpena dan membantu tubuh menyerap kanabinoid secara lebih efisien.
Jenis Senyawa Bioaktif
Jumlah, konsentrasi, dan keragaman senyawa bioaktif menentukan khasiat pengobatan suatu ekstrak tumbuhan. Senyawa bioaktif ini disintesis sebagai metabolit sekunder, yang tidak berkontribusi pada pertumbuhan atau fotosintesis tanaman. Namun, senyawa tersebut sangat penting bagi kelangsungan hidup tanaman dan interaksinya dengan lingkungan. Senyawa bioaktif tumbuhan secara umum dapat diklasifikasikan ke dalam tiga golongan, yaitu terpena dan terpenoid, alkaloid, serta senyawa fenolik. Senyawa fenolik merupakan kelompok metabolit sekunder yang paling luas persebarannya dalam kerajaan tumbuhan dan dikenal serta dihargai karena efek antioksidatifnya. Golongan penting lain dari senyawa fenolik bermassa molekul rendah adalah flavonoid, yang juga menunjukkan efek antioksidatif sangat kuat.
Ragam senyawa fenolik meliputi asam fenolat seperti asam benzoat dan hidroksisinamat, flavonoid seperti flavon dan flavonol, lignan, serta stilbena. Ekstrak spektrum penuh (misalnya yang diperoleh melalui ekstraksi ultrasonik dari kanabis) mencakup semua senyawa tumbuhan yang berbeda ini, yang menunjukkan efek kesehatan dengan cakupan paling luas.
Prinsip Kerja Ekstraksi Ultrasonik
Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada gelombang akustik (ultrasonik) yang dikopel ke dalam medium cair. Gelombang ultrasonik intens menghasilkan siklus tekanan tinggi / tekanan rendah. Akibat perbedaan tekanan selama perambatan gelombang ultrasonik melalui cairan, terbentuk gelembung kavitasi. Implosi gelembung kavitasi ini menghasilkan kondisi dengan kepadatan energi tinggi.
Ekstraksi ultrasonik senyawa aktif dan minyak atsiri didasarkan pada prinsip kerja kavitasi akustik. Gambar di atas menunjukkan efek runtuhnya gelembung kavitasi dan pelepasan minyak atsiri dari bahan tanaman yang dihasilkannya
sumber: Altaf et al. 2018
Kondisi di sekitar gelembung kavitasi yang mengalami implosi dapat bersifat ekstrem – menghasilkan suhu hingga 4500°C dan tekanan hingga 100 MPa. Implosi dan perbedaan tekanan yang dihasilkannya menimbulkan gaya geser dan turbulensi yang sangat tinggi di titik panas kavitasi. Kombinasi faktor perbedaan tekanan, perbedaan panas, dan geser ini meningkatkan perpindahan massa sehingga meningkatkan proses ekstraksi. Gaya kavitasi ultrasonik yang intens menyebabkan disrupsi sel (misalnya sel tanaman, bakteri, atau jaringan), dan bahan intraseluler (seperti minyak, lipid, protein, dan senyawa aktif) dilepaskan ke dalam pelarut di sekitarnya.
Oleh karena itu, ekstraksi ultrasonik merupakan metode pilihan untuk mengintensifkan proses ekstraksi.
Ekstraksi ultrasonik didasarkan pada kavitasi akustik dan gaya geser hidrodinamiknya
Ekstraktor ultrasonik berdaya tinggi dari skala laboratorium hingga skala percontohan dan industri.