Estrazione dei terpeni con gli ultrasuoni
È stato dimostrato che l'estrazione ad ultrasuoni dei terpeni fornisce rese elevate di ossido di cariofillene, ad esempio dalla cannabis e dal luppolo. L'ossido di cariofillene è un terpene presente in cannabis, luppolo, pepe, basilico e rosmarino. Come composto attivo, l'ossido di cariofillene estratto è utilizzato come additivo aromatizzante e integratore alimentare.
Uso dell'ossido di cariofillene estratto
L'ossido di cariofillene si distingue per il suo odore e sapore aromatico (cioè di erbe). Grazie al suo intenso odore e sapore aromatico, viene spesso utilizzato come additivo aromatizzante negli alimenti e come componente di fragranze. Inoltre, ha anche la capacità di legarsi ai recettori endocrini CB2 del corpo umano, il che lo rende un interessante componente farmaceutico.
Estrazione a ultrasuoni dell'ossido di cariofillene
L'estrazione a ultrasuoni del terpene ossido di cariofillene è una tecnica eccellente per produrre rese elevate, ad esempio da Cannabis e luppolo. Per saperne di più sulla cavitazione acusticaIl principio attivo dell'estrazione a ultrasuoni!
A titolo di esempio, l'ossido di β-cariofillene è stato estratto a ultrasuoni con il dispositivo a ultrasuoni UP100H (100W, 30kHz) dalle gemme di luppolo essiccate.
I dati dell'analisi GC mostrano la resa di estrazione dell'ossido di β-cariofillene, estratto con il metodo Hielscher UP100H dal luppolo.
UP400St – Processore a ultrasuoni potente da 400 W per l'estrazione di terpeni con agitatore
Analisi gascromatografica dell'estratto di luppolo a ultrasuoni: ossido di β-cariofillene, α-cariofillene, α-pinene, micrene, limonene, α-cariofillene, ossido di cariofillene e altri.
Oltre all'ossido di β-cariofillene, sono stati estratti con successo altri terpeni come α-cariofillene, α-pinene, micrene, limonene e α-cariofillene.
Come si estraggono i terpeni dalle piante con gli ultrasuoni a sonda? Un'istruzione passo dopo passo!
- In primo luogo, il materiale vegetale viene macinato o sminuzzato in piccoli pezzi per aumentare la superficie di estrazione.
- Il materiale vegetale viene poi mescolato con un solvente (come etanolo o acqua) per estrarre i terpeni.
- L'ultrasuono a sonda viene quindi utilizzato per supportare il processo di estrazione applicando al liquame onde ultrasonore ad alta intensità e bassa frequenza a circa 20kHz. Ciò provoca una cavitazione acustica e una rapida vibrazione del solvente, che favorisce la disintegrazione e la rottura delle cellule vegetali e il rilascio dei terpeni.
- La miscela viene poi filtrata per separare il materiale vegetale solido dal liquido contenente i terpeni estratti.
- Il liquido viene quindi fatto evaporare o sottoposto a ulteriori trattamenti per rimuovere il solvente e concentrare i terpeni.
- Il prodotto finale è un estratto ricco di terpeni che può essere utilizzato in varie applicazioni come integratori alimentari, alimenti funzionali e cosmetici.
Protocollo di estrazione dei terpeni a ultrasuoni
Il luppolo è stato macinato con un macinino da caffè convenzionale per ottenere una granulometria più omogenea del campione di luppolo.
4,5 mg di luppolo sono stati messi in una fiala, aggiungendo poi 5 ml di etanolo. La fiala è stata posta in un becher con acqua ghiacciata per dissipare il calore. Successivamente, il campione è stato sonicato con un UP100Hcon sonotrodo MS7, con un'ampiezza del 50% per 90 secondi.
Analisi gascromatografica dell'estratto di luppolo a ultrasuoni:
La sonicazione assicura un elevato trasferimento di massa tra la matrice cellulare e il solvente, in modo da ottenere una resa molto elevata di estratto di alta qualità.
- estratti di terpeni di alta qualità (senza degradazione termica)
- Rendimenti elevati
- procedura rapida
- ROI veloce
- solventi più blandi
- minore utilizzo di solventi
- Sicuro e facile da usare
- Bassa manutenzione
- estrazione di terpeni ecologica e rispettosa dell'ambiente
L'estrazione dei terpeni con ultrasuoni si distingue come metodo di estrazione verde, che consente di accelerare notevolmente la procedura di estrazione dei terpeni, richiedendo al contempo meno energia rispetto ad altri metodi di estrazione convenzionali (ad es. CO2 supercritica), Soxhlet ecc.). Altri vantaggi legati all'uso dell'estrazione a ultrasuoni dei terpeni sono la facilità d'uso dell'estrattore a ultrasuoni, la rapidità del processo, l'assenza di scarti chimici, l'alta resa, l'ecocompatibilità, la qualità migliorata grazie alle condizioni di lavorazione più blande e alla prevenzione della degradazione termica.
Estrattori a ultrasuoni per terpeni
La tabella seguente fornisce un'indicazione su quale dispositivo a ultrasuoni potrebbe essere il più adatto alle vostre esigenze di estrazione dei terpeni.
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
Omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza, dal laboratorio alla scala industriale.
Letteratura/riferimenti
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Particolarità / Cose da sapere
cariofillene
Il cariofillene o (-)-β-cariofillene è un sesquiterpene biciclico naturale che si trova in molti oli essenziali. Le seguenti erbe sono note come buone fonti di cariofillene: Cannabiscanapa (Cannabis sativa), cumino nero (Carum nigrum), chiodi di garofano (Syzygium aromaticum), luppolo (Humulus lupulus), basilico (Ocimum spp.), origano (Origanum vulgare), pepe nero (Piper nigrum), lavanda (Lavandula angustifolia), rosmarino (Rosmarinus officinali) e olio di copaiba (Copaifera spp.). Il β-cariofillene è un fitocannabinoide con una forte affinità per il recettore cannabinoide di tipo 2 (CB 2), ma non per il recettore cannabinoide di tipo 1 (CB 1).
ossido di cariofillene
L'ossido di cariofillene (anche ossido di β-cariofillene) è il derivato di ossidazione del β-cariofillene e si presenta come una polvere solida cristallina bianca con un punto di fusione di circa 62°C.
È apprezzato per i suoi effetti antinfiammatori, anestetici locali e antiossidativi. Le prime ricerche suggeriscono che l'ossido di cariofillene potrebbe essere un potenziale farmaco anche per il trattamento del cancro. L'ossido di cariofillene fa parte dell'anello del ciclobutano, già utilizzato nella ricerca medica per sintetizzare il farmaco chemioterapico ampiamente utilizzato, il carboplatino.
L'ossido di cariofillene, in cui l'olefina del cariofillene è diventata un epossido, è un componente approvato per gli aromi alimentari.
Sia il β-cariofillene che l'ossido di β-cariofillene presentano una bassa solubilità in acqua, che ne impedisce l'assorbimento da parte delle cellule. Per utilizzare questi sesquiterpeni come farmaci o integratori nutrizionali, l'incapsulamento in I Liposomi superare la scarsa solubilità di questi sesquiterpeni nei fluidi acquosi e garantire biodisponibilità e bioattività. Cliccate qui per saperne di più sull'incapsulamento a ultrasuoni di composti bioattivi!
Ossido di cariofillene nella cannabis
Nella pianta di cannabis sativa, l'ossido di cariofillene si trova come sesquiterpene, composto da tre unità isopreniche. L'ossido di cariofillene è uno dei terpeni più grandi e più abbondanti della pianta di cannabis ed è responsabile del caratteristico aroma e profumo della cannabis. L'estrazione a ultrasuoni è applicata con successo per produrre oli di cannabidiolo a spettro completo, in modo da ottenere l'effetto entourage dei composti del collettore.
Cavitazione a ultrasuoni per l'estrazione
Quando le onde ultrasonore ad alta potenza vengono introdotte in un liquido, si verificano cicli di compressione ed espansione (rarefazione) nel fluido. Durante la rarefazione, nel liquido si generano vuoti o bolle di cavitazione. Queste bolle di cavitazione, che sono minuscole bolle di vuoto, si formano quando si esercita una pressione negativa tale da superare la resistenza locale alla trazione del liquido. Le bolle di vuoto crescono per diversi cicli di compressione/ rarefazione fino a quando non possono più assorbire energia e la bolla di cavitazione subisce un collasso implosivo. Questo fenomeno è noto come cavitazione. Secondo le ricerche del Prof. Suslick (1990), nelle bolle di cavitazione prevalgono condizioni estreme con temperature fino a 5000 K, pressioni di 1000 atmosfere, velocità di riscaldamento-raffreddamento superiore a 1010 K/s e getti di liquidi con velocità fino a 280 m/s, che si manifestano come forze di taglio e turbolenze molto elevate nella zona di cavitazione. La combinazione di questi fattori (pressione, calore, taglio e turbolenza) viene utilizzata per accelerare il trasferimento di massa nel processo di estrazione. Inoltre, queste condizioni che si verificano localmente sono utilizzate anche nei processi a ultrasuoni, come l'omogeneizzazione, l'emulsificazione o la dispersione.
L'estrazione a ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e sulle forze di taglio idrodinamiche.
Estrazione a ultrasuoni dei terpeni
Il principio dell'estrazione a ultrasuoni si basa su due effetti che si producono quando le onde ultrasonore ad alta potenza vengono accoppiate a un liquido o a un impasto:
In primo luogo, il solvente (mezzo liquido circostante) viene spinto nella matrice cellulare. A seconda dell'ampiezza e dell'intensità della cavitazione, la parete cellulare viene perforata o disgregata dalla pressione del liquido.
In secondo luogo, durante il ciclo di rarefazione il contenuto della cellula (cioè il materiale intracellulare) viene espulso dalla cellula interna. Dopo l'estrazione a ultrasuoni, i composti mirati si trovano nel solvente e possono essere separati dal solvente (ad esempio, evaporando il solvente) in modo da ottenere un estratto puro.
La composizione della materia prima (come il contenuto di umidità, il grado di macerazione/macinazione e la dimensione delle particelle) e il solvente selezionato sono fattori molto importanti per ottenere un processo di estrazione a ultrasuoni efficiente ed efficace. Anche i parametri del processo a ultrasuoni sono essenziali: ampiezza, pressione, temperatura e tempo di sonicazione devono essere stabiliti e ottimizzati per ottenere i migliori risultati.