大麻抽出装置 – 超音波処理の利点
超音波抽出装置には多くの利点があり、ヘンプやマリファナの抽出に優れた方法です。大麻からTHCやCBDなどの生理活性化合物を抽出するにはさまざまな技術を使用できますが、超音波処理には数多くの利点があります。高い収率、高品質な抽出物、迅速な処理、低い初期投資費用と運転費用、安全で使いやすい操作性により、超音波抽出は、小規模生産でも工業規模の大麻抽出物生産でも、抽出工程に選ばれる方法です。
大麻の超音波抽出の利点
プローブ型超音波装置は、超音波を使用して植物材料を破砕し、目的の化合物を抽出する抽出装置の一種です。大麻抽出において、この方法が従来の抽出方法を上回ることが、いくつかの理由から示されています。
- 効率： 超音波プローブは、溶媒抽出や水蒸気蒸留などの従来の抽出方法よりも、植物材料から目的の化合物を高い割合で抽出できます。これは、超音波プローブが高周波の音波を使用して植物材料を細胞レベルで破砕し、目的の化合物を抽出しやすくするためです。
- 迅速な抽出： 超音波プローブは植物材料から目的の化合物を数分で抽出できますが、従来の抽出方法では数時間、さらには数日かかることもあります。つまり、超音波プローブはより短い時間でより多くの材料を処理できるため、より効率的な抽出方法です。
- フルスペクトラム： プローブ型超音波装置は、生理活性化合物を全範囲にわたって抽出します。これにより、超音波プローブを使用してフルスペクトラム抽出物を製造できます。この抽出物はアントラージュ効果で知られており、その効果は医療や研究の目的で重要となる場合があります。
- 安全性： 超音波プローブは、可燃性で有毒である可能性のある溶媒を使用することがある溶媒抽出や、高圧で運転する超臨界CO2抽出装置などの従来の方法と比較して、より安全な抽出方法と考えられています。超音波は、水やエタノール水溶液を含むあらゆる種類の溶媒に適合するため、より安全で環境に優しい抽出方法です。
簡潔にまとめると、超音波プローブを使用した大麻抽出には、効率、速度、選択性、安全性の向上など、従来の抽出方法に対するいくつかの利点があります。
超音波抽出装置UIP2000hdT (2kW) は、完全に天然で有機の大麻抽出物を工業規模で生産するために使用されます。
大麻抽出における超音波装置とCO2抽出装置の比較
超臨界CO2抽出は、大麻抽出物を生産するための従来の方法です。しかし、高い費用、安全上の問題、複雑な操作により、設置済みのCO2抽出装置の多くが超音波装置に置き換えられています。超音波処理が超臨界CO2抽出を上回る利点を以下に紹介します。
- 収率： 超音波抽出は、CO2抽出と比較して、目的の化合物をより高い収率で得られることが示されています。これは、超音波抽出が植物材料を細胞レベルで破砕し、目的の化合物をより効率的に抽出できるためです。
- 速度： 超音波抽出は数分で完了できますが、CO2抽出には数時間かかることがあります。つまり、超音波抽出はより迅速な方法であり、より短い時間でより大量の材料を処理できます。
- 選択性： 超音波抽出では、幅広い生理活性化合物を含むブロードスペクトラム抽出物が得られます。ブロードスペクトラム抽出物は、各物質が相乗的にそれぞれの特有の作用を支え、強める、いわゆるアントラージュ効果によって評価されています。このため、超音波抽出は治療用抽出物にも研究目的にも優れた選択肢です。
- エネルギー効率： 超音波抽出はCO2抽出よりもエネルギー消費が少ないため、より環境に優しい選択肢です。
- 装置費用： 超音波抽出装置は一般にCO2抽出装置より安価であり、小規模生産者にとって導入しやすい選択肢となる場合があります。
- 安全性： 超音波抽出は、可燃性または有毒な溶媒を使用せずに実施できます。大麻抽出で最も一般的に使用される溶媒は、水またはエタノール水溶液です。一方、CO2抽出では高圧下でCO2を使用する必要があります。この高圧には、CO2の漏出や装置故障のリスク、および高圧に伴う危険が存在します。そのため、超音波抽出は作業者と環境の両方にとって、より安全な方法と考えられています。
大麻の超音波抽出 – 抽出における超音波の動作原理
超音波による抽出は、音響キャビテーションの原理に基づいています。液体やスラリーに高出力超音波を照射すると、強力なキャビテーションとせん断力が生じます。葉、芽、花、茎、その他の植物部位を含むスラリーでは、超音波のせん断力によって植物細胞が破砕され、カンナビジオール（CBD）やテトラヒドロカンナビノール（THC）などの生理活性化合物が放出されます。超音波抽出は、植物の生理活性化合物を単離するための、高効率で信頼性の高い技術として確立されています。特に高品質な大麻油の生産では、超音波処理は高い収率（より多い抽出物量）、優れた品質（フルスペクトラム）、短い処理時間によって高く評価されています。超音波の照射は機械的な処理であり、無毒で、安全かつ環境に優しい方法です。
120Lの大麻の超音波バッチ抽出には UIP2000hdT と撹拌機を使用します
- より高い収率
- 高品質
- 熱劣化なし
- 迅速な抽出
- 簡単で安全な操作
- 環境に優しい抽出
一覧 – Hielscher超音波抽出装置の利点
効率
- より高い収率
- 迅速な抽出工程 – 数分以内
- 高品質な抽出物 – 穏やかな非加熱抽出
- 環境に優しい溶媒（水、エタノール、グリセリン、植物油など）
使いやすさ
- プラグアンドプレイ – 数分以内にセットアップして運転開始
- 高い処理能力 – 大規模な抽出物生産に対応
- バッチ運転または連続インライン運転
- 簡単な設置と立ち上げ
- 携帯可能／移動可能 – 携帯型ユニットまたは車輪付きの構造
- 線形スケールアップ – 別の超音波システムを並列に追加して処理能力を向上
- 遠隔監視と制御 – PC、スマートフォン、タブレット経由
- 工程の監視が不要 – セットアップして運転
- 高性能 – 24時間・週7日の連続生産向けに設計
- 堅牢性と少ないメンテナンス
- 高品質 – ドイツで設計・製造
- ロット間の迅速な投入と排出
- 簡単な洗浄
安全性
- 簡単で安全な運転
- 無溶媒抽出または溶媒を使用した抽出（水、エタノール、植物油、グリセリンなど）
- 高圧・高温が不要
- ATEX認証取得済みの防爆システムを提供可能
- 容易な制御（遠隔制御にも対応）
UP400St による、大麻などの植物材料の8Lバッチでの超音波抽出
大麻抽出用の超音波装置
Hielscher Ultrasonicは、大麻やその他の植物材料を抽出するための高性能超音波抽出装置において、信頼できるパートナーです。世界各地で数え切れないほどの導入実績を持つHielscherの超音波抽出装置は、高い抽出率、信頼性、堅牢性で広く認められています。
UP400St (400W)のような小型でコンパクトな卓上型超音波装置から、世界で最も高出力のUIP16000hdTまで、Hielscherは超音波抽出装置の全範囲を網羅しています。これにより、お客様の工程要件に最も適した超音波抽出装置を推奨できます。
設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質
Hielscherの超音波装置は、最高の品質と設計基準で知られています。堅牢性と操作の容易さにより、当社の超音波装置を工業施設に円滑に組み込めます。Hielscherの超音波装置は、過酷な条件や厳しい環境にも容易に対応します。
Hielscher UltrasonicsはISO認証を取得した企業であり、最先端技術と使いやすさを備えた高性能超音波装置に特に力を入れています。当然ながら、Hielscherの超音波装置はCEに適合し、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力の目安を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 1–500mL | – | UP100H |
| 10–8000mL | – | UP200Ht, UP400St |
| 0.5–150L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 1–300L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| – | 10–100L/min | UIP16000 |
| – | さらに大きな流量 | 複数台構成の UIP16000 |
知っておきたい情報
最も一般的な大麻抽出方法の概要と比較
超音波抽出
製品： 超音波抽出では、高品質なフルスペクトラム抽出物が得られます。粗抽出物は、ろ過、蒸留、ウィンタリゼーションのいずれか、またはそれらの組み合わせによって精製されます。
装置費用： 容量と構成に応じて、約US$5,000から数十万米ドル（US$100,000の数倍）まで
構成： バッチ／バレルでの運転または連続インライン運転
技術的スキル： 取り扱いと操作が簡単で安全
溶媒：水、水とアルコールの混合液、イソプロピルアルコール、ヘキサン、エタノール、メタノール、ブタン、植物油（オリーブ油、ココナッツ油）、グリセリンなど、あらゆる種類の溶媒を使用可能。
対象化合物： フルスペクトラム（存在するすべてのカンナビノイドとテルペン）
主な利点： 高収率、操作が容易、低費用、工業生産への容易なスケールアップ
溶媒抽出（アルコール、エタノール）
製品： 通常は、ウィンタリゼーションやろ過などの追加の精製が必要な粗抽出物です。一般に、エタノール抽出物はウィンタリゼーションとろ過の後、蒸留によってさらに精製されます。
装置費用： 規模、性能、自動化能力に応じて、$5,000から数百万ドル。
技術的スキル： 基礎化学の教育を受けていること／中程度のスキル。
対象化合物： 存在するすべてのカンナビノイド。得られる抽出物中のモノテルペン量は少量です。
CO2 抽出
製品： ウィンタリゼーションやろ過などの追加の精製が必要な粗抽出物
装置費用： 規模、性能、自動化に応じて、$100,000から数百万USD
技術的スキル： 液体CO2を取り扱うための教育を受けていること（高圧システム – 安全性）
対象化合物： カンナビノイド、およびごく少量のモノテルペン
炭化水素抽出
製品： シャッター、バダー、ワックス、HTFSE、HCFSE、蒸留用の粗抽出物、または蒸留物に添加するテルペン
装置費用： 規模と性能に応じて、$5,000–$100,000
技術的スキル： 化学と安全性に関する教育を受けていること（可燃性流体、液体ブタンの使用）
対象化合物： すべてのカンナビノイド
抽出への超音波の応用
液体系（スラリーや粘性の高いペーストを含む）に高性能超音波を照射すると、音響キャビテーションが発生します。音響キャビテーションとは、キャビテーション気泡が発生し、成長し、最終的に内破する現象です。超音波の伝播中、真空気泡は振動し、成長し、それ以上エネルギーを吸収できなくなった時点で崩壊します。気泡の内破は、非常に高い温度、圧力、加熱・冷却速度、さらに圧力差や液体ジェットを伴う極端な条件を局所的に生み出します。これらの極端な条件によって、熱的、機械的、化学的な作用が生じます。細胞破砕と生理活性化合物の放出（= 抽出）は機械的作用であり、非常に有効かつ効率的です。
高強度・低周波の超音波によって発生する音響キャビテーションは、強力なせん断力と、局所的に生じる大きな圧力差・温度差を生み出し、細胞破砕、強力な混合、物質移動に必要な作用をもたらします。これらの超音波せん断力は、大麻抽出に有効に応用されています。
優れた抽出物量、高い抽出率、工程速度、さらに簡単で安全な操作性により、超音波抽出は多様な植物由来化合物の抽出に有効に使用されています。
強力な超音波は、生物構造の細胞マトリックスを破砕し、生理活性化合物を放出します。植物材料と溶媒の間の物質移動が促進されます。これらの機構により、超音波抽出は大麻抽出において非常に効率的です。
超音波抽出の代表的な対象には、 大麻 （マリファナとヘンプから得られるカンナビノイドと大麻油）、 クルクミン, コショウ, サフラン, コーヒー, ニガウリ, オリーブ油, アボカド油, ヘナ, アーユルヴェーダのハーブ, ショウガ, 茶、およびその他の 薬草などがあります.
脱炭酸
脱炭酸は、Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC)、カンナビジオール（CBD）、カンナビゲロール（CBG）など、大麻中の主要な生理活性化合物を効率的に生産するための重要な工程です。脱炭酸は「活性化」や「デカービング」とも呼ばれ、植物材料中のTHC (delta9-tetrahydrocannabinol)含有量を増やすための前処理として実施されます。化学的には、脱炭酸はカルボキシル基 (-COOH)が除去され、二酸化炭素 (CO2)が放出される反応です。大麻植物材料のTHC含有量を増やすために、脱炭酸の工程を実施します。脱炭酸によって、精神活性を持たないΔ9-tetrahydrocannabinolic acid (THCA)を精神活性を持つTHCに変換できます。Δ9-Tetrahydrocannabinolic acidは、加熱すると（約105°C / 220°Fで、乾燥材料の場合は30 min.、湿った植物材料の場合は最大90min.）、脱炭酸し、その後、精神活性化合物であるΔ9-Tetrahydrocannabinolに変換されます。
同様に、CBD-Aを豊富に含む大麻植物材料は、熱処理によって脱炭酸され、それによりCBDに変換されます。植物材料のウィンタリゼーションでは、乾燥させて細かく切った植物材料を約160°C / 320°Fで30–60min.加熱し、脱炭酸を開始させます。
カンナビノイドの脱炭酸温度：
CBD: 160°C / 320°F
CBC: 220°C / 428°F
THC: 155°C / 314.6°F
CBN: 185°C / 365°F
THCV: 220°C / 428°F
後工程 – ろ過と蒸留
超音波抽出後、大麻粒子を液体からろ過して除去する必要があります。そのため、大麻スラリーをメッシュ（例：フィルターソックス）などのフィルターに通すか、フィルタープレスを使用してろ過します。得られた溶媒（例：エタノール）と大麻抽出物の母液は、エタノールを分離して濃縮します。溶媒の除去には、一般にロータリーエバポレーターまたは真空蒸留システムを使用します。
ロータリーエバポレーター（通称roto-vap）は、大麻からエタノールなどの溶媒を分離し、精製大麻油を製造するために一般的に使用されます。温度を制御でき、取り扱いが容易なことから、ロータリーエバポレーターは大麻産業で主流の蒸留装置となっています。
真空蒸留は主に、テルペンやTHCのいずれか、または両方を除去する必要がある医薬・医療用途のCBDを単離するために使用されます。テルペン、THC、CBDは沸点が高いため（160–250°C / 310–482°F）、大気圧条件下での蒸留には高温処理が必要となり、熱に敏感なカンナビノイドの熱劣化を伴います。さらに、酸素への曝露によって酸化反応が始まり、カンナビノイドの品質に悪影響を及ぼします。真空にすることで沸点が下がります。また、真空にすることで酸素も除去されます。したがって、真空条件下での蒸留は、抽出物の熱劣化と酸化劣化を低減します。
ウィンタリゼーション
ウィンタリゼーションは、植物ワックス、脂肪、クロロフィルなどの不要な物質からカンナビノイドとテルペンを分離するために、アルコール洗浄によって植物の脂質、脂肪、ワックスを除去する工程です。ウィンタリゼーションでは、抽出した大麻油をエタノールに入れ、-20°C / -6°F未満の温度まで冷却します。この低温で脂質、脂肪、ワックスが析出し、除去できるようになります。
Hielscher Ultrasonicsは、高性能超音波ホモジナイザーを 実験室規模 から 工業規模まで製造しています。