Estrazione dei terpeni mediante ultrasuoni
È stato dimostrato che l’estrazione dei terpeni mediante ultrasuoni consente di ottenere rese elevate del terpene ossido di cariofillene, ad esempio dalla cannabis e dal luppolo. L’ossido di cariofillene è un terpene presente nella cannabis, nel luppolo, nel pepe, nel basilico e nel rosmarino. Come composto attivo, il terpene ossido di cariofillene estratto viene utilizzato come additivo aromatizzante e integratore per la salute.
Utilizzo dell’ossido di cariofillene estratto
L’ossido di cariofillene si distingue per il suo odore e sapore aromatici (ossia di erbe). Grazie al suo intenso odore e sapore aromatici, viene spesso utilizzato come additivo aromatizzante negli alimenti e come componente delle fragranze. Inoltre, ha anche la capacità di legarsi ai recettori endocrini CB2 nel corpo umano, il che lo rende un componente di interesse farmaceutico.
Estrazione dell’ossido di cariofillene mediante ultrasuoni
L’estrazione mediante ultrasuoni del terpene ossido di cariofillene è una tecnica eccellente per ottenere rese elevate, ad esempio dalla cannabis e dal luppolo. Scopri di più sulla cavitazione acustica, il principio attivo dell’estrazione mediante ultrasuoni!
Ad esempio, l’ossido di β-cariofillene è stato estratto mediante ultrasuoni con il dispositivo a ultrasuoni UP100H (100W, 30kHz) da coni di luppolo essiccati.
I dati dell’analisi GC mostrano la resa di estrazione dell’ossido di β-cariofillene, estratto con il dispositivo di Hielscher UP100H dal luppolo.
UP400St – potente processore a ultrasuoni da 400W per l’estrazione dei terpeni con agitatore
Analisi gascromatografica dell’estratto di luppolo ottenuto mediante ultrasuoni: ossido di β-cariofillene, α-cariofillene, α-pinene, mycrene, limonene, α-caryophylene, ossido di cariofillene e altri composti.
Oltre all’ossido di β-cariofillene, sono stati estratti con successo altri terpeni, tra cui α-cariofillene, α-pinene, mycrene, limonene e α-caryophylene.
Come si estraggono i terpeni dalle piante mediante sonicazione con sonda? Istruzioni passo dopo passo!
- Per prima cosa, il materiale vegetale viene macinato o tagliato in piccoli pezzi per aumentare la superficie disponibile per l’estrazione.
- Il materiale vegetale viene quindi miscelato con un solvente (come etanolo o acqua) per estrarre i terpeni.
- Si utilizza quindi la sonicazione con sonda per favorire il processo di estrazione, applicando alla sospensione onde ultrasoniche ad alta intensità e bassa frequenza, a circa 20kHz. Questo provoca cavitazione acustica e una rapida vibrazione del solvente, favorendo la disintegrazione e la disgregazione delle cellule vegetali e il rilascio dei terpeni.
- La miscela viene quindi filtrata per separare il materiale vegetale solido dal liquido contenente i terpeni estratti.
- Il liquido viene poi 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 mediante ultrasuoni
Il luppolo è stato macinato con un comune macinacaffè per ottenere una granulometria più omogenea del campione di luppolo.
Sono stati introdotti 4,5mg di luppolo in una fiala, aggiungendo poi 5mL di etanolo. La fiala è stata collocata in un becher contenente acqua ghiacciata per dissipare il calore. Il campione è stato quindi sottoposto a sonicazione con un UP100H, dotato di sonotrodo MS7, con un’ampiezza impostata al 50% per 90sec.
Analisi gascromatografica dell’estratto di luppolo ottenuto mediante ultrasuoni:
La sonicazione assicura un elevato trasferimento di massa tra la matrice cellulare e il solvente, consentendo così di ottenere una resa molto elevata di estratto di alta qualità.
- estratti di terpeni di alta qualità (senza degradazione termica)
- rese elevate
- procedura rapida
- rapido ritorno sull’investimento
- solventi meno aggressivi
- minore consumo di solvente
- utilizzo sicuro e semplice
- manutenzione ridotta
- estrazione dei terpeni ecologica e rispettosa dell’ambiente
L’estrazione dei terpeni mediante ultrasuoni si distingue come metodo di estrazione ecologico, che consente di accelerare significativamente la procedura di estrazione dei terpeni richiedendo meno energia rispetto ad altri metodi di estrazione convenzionali (ossia CO2 supercritica, Soxhlet ecc.). Altri vantaggi legati all’utilizzo dell’estrazione dei terpeni mediante ultrasuoni sono la facilità d’uso dell’estrattore a ultrasuoni, la rapidità del processo, l’assenza di rifiuti chimici, la resa elevata, il rispetto dell’ambiente, il miglioramento della qualità grazie a condizioni di trattamento delicate e la prevenzione della degradazione termica.
Estrattori a ultrasuoni per terpeni
La tabella seguente indica quale dispositivo a ultrasuoni potrebbe essere più adatto alle tue esigenze di estrazione dei terpeni.
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| Da 10 a 2000mL | Da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Da 0,1 a 20L | Da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| Da 10 a 100L | Da 2 a 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | Da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000 |
Omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza dalla scala di laboratorio a quella industriale.
Bibliografia/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
Informazioni utili
Cariofillene
Il cariofillene, o (−)-β-cariofillene, è un sesquiterpene biciclico naturale presente in molti oli essenziali. Le seguenti erbe sono note come buone fonti di cariofillene: cannabis, canapa (Cannabis sativa), carvi 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 dei cannabinoidi di tipo 2 (CB 2), ma non per il recettore dei cannabinoidi 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 ed è una polvere solida cristallina bianca con un punto di fusione di circa 62°C.
È apprezzato per i suoi effetti antinfiammatori, anestetici locali e antiossidanti. Le prime ricerche suggeriscono che l’ossido di cariofillene potrebbe essere anche un potenziale farmaco per il trattamento del cancro. L’ossido di cariofillene fa parte dell’anello di ciclobutano, già utilizzato nella ricerca medica per sintetizzare il carboplatino, un farmaco chemioterapico ampiamente utilizzato.
L’ossido di cariofillene, nel quale l’olefina del cariofillene è diventata un epossido, è un componente approvato per l’aromatizzazione degli alimenti.
Sia il β-cariofillene sia l’ossido di β-cariofillene presentano una bassa solubilità in acqua, che ne ostacola l’assorbimento cellulare. Per utilizzare questi sesquiterpeni come farmaci o integratori alimentari, l’incapsulamento in liposomi consente di superare la scarsa solubilità di questi sesquiterpeni nei fluidi acquosi e assicura biodisponibilità e bioattività. Fai clic qui per saperne di più sull’incapsulamento dei composti bioattivi mediante ultrasuoni!
Ossido di cariofillene nella cannabis
Nella pianta di cannabis sativa, l’ossido di cariofillene è presente come sesquiterpene costituito da tre unità di isoprene. L’ossido di cariofillene è uno dei terpeni di maggiori dimensioni e più abbondanti nella pianta di cannabis ed è responsabile dell’aroma e dell’odore caratteristici della cannabis. L’estrazione mediante ultrasuoni viene applicata con successo per produrre oli di cannabidiolo a spettro completo, garantendo così l’effetto entourage dei molteplici composti.
Cavitazione ultrasonica per l’estrazione
Quando onde ultrasoniche ad alta potenza vengono introdotte in un liquido, nel fluido si verificano cicli di compressione ed espansione (rarefazione). Durante la rarefazione si generano nel liquido cavità, o cosiddette bolle di cavitazione. Queste bolle di cavitazione, che sono minuscole bolle di vuoto, si formano quando agisce una pressione negativa tale da superare la resistenza locale alla trazione del liquido. Le bolle di vuoto crescono nel corso di diversi cicli di compressione / rarefazione finché non possono più assorbire energia e la bolla di cavitazione subisce un collasso implosivo. Questo fenomeno è noto come cavitazione. Secondo la ricerca del Prof. Suslick (1990), nelle bolle di cavitazione prevalgono condizioni estreme con temperature fino a 5000 K, pressioni di 1000 atmosfere, velocità di riscaldamento e raffreddamento superiori a 1010 K/s e getti di liquido con velocità fino a 280m/s, che si manifestano come forze di taglio molto elevate e turbolenze 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 vengono utilizzate anche in processi a ultrasuoni come l’omogeneizzazione, l’emulsificazione o la dispersione.
L’estrazione mediante ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e sulle sue forze di taglio idrodinamiche
Estrazione dei terpeni mediante ultrasuoni
Il principio dell’estrazione mediante ultrasuoni si basa su due effetti, prodotti quando onde ultrasoniche ad alta potenza vengono accoppiate a un liquido o a una sospensione:
In primo luogo, il solvente (il 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 (ossia il materiale intracellulare) viene espulso dall’interno della cellula. Dopo l’estrazione mediante ultrasuoni, i composti di interesse si trovano nel solvente e possono essere separati da esso (ad esempio facendo evaporare il solvente), ottenendo infine un estratto puro.
La composizione della materia prima (come il contenuto di umidità, il grado di macerazione / macinazione e la granulometria, e il solvente selezionato sono fattori molto importanti per ottenere un processo di estrazione mediante ultrasuoni efficiente ed efficace. Anche i parametri del processo a ultrasuoni sono essenziali: ampiezza, pressione, temperatura e tempo di sonicazione devono essere definiti e ottimizzati per ottenere i migliori risultati.