대마에서 칸나비디올(CBD)의 고효율 추출
Hielscher 초음파 추출기는 헴프 오일과 CBD 오일을 신뢰성 있고 효율적으로 추출하는 최첨단 기술입니다. 초음파 처리는 식물 원료에서 유용한 화합물을 방출시키는 매우 강력한 추출 기술로 잘 알려져 있습니다. 초임계 CO2 추출과 같은 다른 추출 방법과 비교할 때, 초음파 기술은 효율성, 간편한 조작 및 다양한 활용 측면에서 뛰어납니다.
초음파 추출
초음파 추출은 식물 원료에서 유용한 화합물을 추출하는 방법으로 널리 알려져 있으며 오랫동안 확립된 공정입니다. 따라서 초음파 처리는 고품질 CBD 오일을 생산하는 데 이상적인 기술입니다. 정밀하게 제어할 수 있는 초음파 캐비테이션으로 식물 세포에 구멍이 생기고 용매가 세포 안으로 밀려 들어가 칸나비노이드, 테르펜, 플라보노이드 등의 세포 내 화합물을 흡수합니다.
초음파 처리의 큰 장점은 추출을 수행할 수 있는 온도 범위입니다. 초음파 추출은 뜨겁거나 따뜻한 에탄올부터 극저온 에탄올(-70°C)까지 사용할 수 있습니다. 이를 통해 원하는 화합물을 선택적으로 분리할 수 있습니다. 극저온 에탄올에서 초음파 처리를 하면 주로 칸나비노이드와 테르펜이 추출되는 반면, 따뜻하거나 뜨거운 에탄올로 추출하면 다양한 식물 화학 화합물(예: 알데하이드류, 에스터류, 에틸류, 케톤류)이 추출됩니다. 풀 스펙트럼 추출물에는 다수의 칸나비노이드, 테르펜 및 기타 식물 화학 물질이 포함됩니다. 앙투라지 효과에 따르면 식물 화학 물질(예: 칸나비노이드)은 상승 효과를 나타내므로 다른 식물 유래 화학 물질과 함께 작용할 때 더 좋은 효과를 냅니다. 이는 CBD와 더불어 다른 칸나비노이드, 테르펜 및 식물 화학 물질을 함유한 CBD 오일이 CBD만 함유한 CBD 오일보다 훨씬 더 높은 치료 효과를 낸다는 뜻입니다. 그러나 엽록소는 추출물에 불쾌한 맛을 내므로 추출을 피합니다.
단계별 절차
- 초음파 추출: 초음파 추출은 공정 처리량에 따라 배치 방식이나 연속 통과식으로 쉽게 수행할 수 있습니다. 추출 공정은 매우 빠르며 다량의 활성 화합물을 추출합니다.
- 여과: 식물과 액체의 혼합물을 종이 필터나 필터 백으로 여과하여 액체에서 식물의 고형 부분을 제거합니다.
- 증발: CBD 오일을 용매에서 분리할 때는 일반적으로 회전 증발기를 사용합니다. 에탄올과 같은 용매는 회수하여 재사용할 수 있습니다.
- 나노유화: 초음파 처리를 통해 정제된 CBD 오일을 생체이용률이 탁월한 안정적인 나노에멀젼으로 가공할 수 있습니다.
높은 추출률
Hielscher 초음파 추출기는 최적의 추출 조건에 맞춰 정밀하게 조정할 수 있어 원료(대마 잎, 꽃봉오리, 줄기 등)에서 최고 품질의 추출물을 최대량으로 얻을 수 있습니다. 대마에서 고품질 CBD 오일과 같은 식물 유래 화합물을 추출할 때 초음파 강도가 매우 중요합니다. 당사의 초음파 처리기인 UP400St, UIP500hdt, UIP1000hdt 및 UIP2000hdt 제품에는 정밀한 진폭 제어 기능, 온도 센서 및 시간 제어 기능이 탑재되어 있어 최적의 조건에서 작업할 수 있습니다. 컬러 터치스크린과 브라우저 제어 기능으로 조작과 모니터링이 간편하고 신뢰할 수 있습니다.
초음파 추출용 용매
에탄올은 칸나비노이드 추출용 용매로 널리 사용됩니다. Hielscher의 초음파 처리기는 물–에탄올 혼합물, 극저온 에탄올, 에탄올, 고도수 알코올, 글리세린 등 용매 선택의 폭을 크게 넓혀 줍니다.
에탄올은 극성(친수성) 물질과 비극성(소수성/친유성) 물질을 모두 용해하므로 매우 널리 사용되는 용매입니다. 다양한 비율의 에탄올/물 혼합물도 초음파 추출에 사용할 수 있습니다. 에탄올/물 혼합물의 장점으로는 에탄올 사용량 감소에 따른 비용 절감과 인화성 감소에 따른 안전성 향상이 있습니다. 극저온 에탄올(약 -70°C)을 이용한 초음파 추출은 매우 높은 수율과 품질을 제공합니다.
간편하고 안전한 작동
당사의 초음파 장치는 최적의 사용자 편의성을 갖추도록 설계되어 초음파 추출기를 쉽고 안전하게 작동할 수 있습니다. 고객의 장치 설치를 기꺼이 지원하고 초음파 설정 및 매개변수에 관한 권장 사항을 제공합니다. 배치 및 인라인 처리에 가장 적합한 장치를 제공합니다.
CO2 추출 대비 장점
초임계 CO2 추출기는 구매 및 운영 비용이 높습니다. CO2 추출은 작업이 복잡하며, 원하는 칸나비노이드와 테르펜을 얻는 데 적합한 압력과 온도를 아는 전문가가 필요합니다. 높은 압력과 온도는 기존의 액체 추출에 비해 비용을 크게 증가시킵니다. 이에 비해 초음파 추출은 장비 구매 및 운영 비용이 낮고, 단 몇 분 만에 높은 수율로 추출물을 얻을 수 있습니다. 초음파 처리는 대기압(또는 약간 높은 압력)과 낮은 온도에서 수행되므로 초음파 추출은 쉽고 안전하게 수행할 수 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 높은 추출률, 다양한 용매와의 호환성, 간편한 사용 및 선형적 규모 확장성으로 인정받으며 선호되고 있습니다.
나노에멀젼
CBD의 높은 생체이용률과 최상의 효과를 얻으려면 CBD 오일 액적을 나노 형태로 투여해야 합니다.
Hielscher 초음파 처리기의 장점은 다양한 용도로 활용할 수 있다는 데 있습니다. 당사의 초음파 시스템은 대마 추출과 나노에멀젼 제조에 모두 사용할 수 있습니다. 장치 한 대만 구매하면 대마에서 CBD를 추출하고, 이후 CBD 오일을 안정적이고 생체이용률이 높은 나노에멀젼으로 가공할 수 있습니다.
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실험실부터 파일럿 및 산업 규모까지 아우르는 고출력 초음파 시스템.
고성능 초음파 추출기
Hielscher Ultrasonics는 대마 추출 및 나노 제형의 유화를 위한 초음파 추출 장비를 공급합니다.
당사의 모든 초음파 장치는 정밀한 제어성과 사용자 편의성을 갖추었을 뿐만 아니라 24/7 가동이 가능하도록 제작되었습니다. 당사 시스템은 낮은 진폭부터 매우 높은 진폭까지 제공할 수 있습니다. 칸나비노이드와 테르펜 추출을 위해 고품질 활성 물질을 섬세하게 분리하는 데 최적화된 특수 초음파 소노트로드(초음파 프로브 또는 혼이라고도 함)를 제공합니다. 당사의 모든 시스템은 칸나비노이드 추출과 이후 유화에 사용할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 장비의 견고함은 고부하 작업과 까다로운 환경에서도 24/7 가동을 가능하게 합니다.
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- 고품질 추출물
- 더 완전한 추출
- 높은 추출률
- 풀 스펙트럼 추출물
- 다양한 용매 사용
- 무독성
- 비열적(저온) 방법
- 신속한 추출 공정
- 안전하고 간편한 사용
- 선형적 규모 확장성
문헌 / 참고 자료
- 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.
- Brenneisen R. (2007): Chemistry and Analysis of Phytocannabinoids and Other Cannabis Constituents. In: ElSohly M.A. (eds) Marijuana and the Cannabinoids. Forensic Science and Medicine.
알아두면 좋은 정보
초음파 추출의 장점
초음파 추출은 음향 캐비테이션의 원리에 기반합니다. 캐비테이션은 액체 내에서 고성능 초음파에 의해 발생하며, 이른바 핫스폿에서 일어나는 에너지 밀도가 높은 기계적 효과가 특징입니다.
초음파 추출 – 캐비테이션 효과
고출력 초음파가 액체(예: 용매에 식물성 물질이 분산된 현탁액)에 전달되면, 초음파는 액체를 통과하면서 고압 / 저압 주기를 번갈아 발생시킵니다. 저압 주기에는 미세한 진공 기포(이른바 캐비테이션 기포)가 생성되며, 이 기포는 여러 압력 주기에 걸쳐 성장합니다. 기포가 특정 크기에 도달하여 더 이상 에너지를 흡수할 수 없게 되면, 고압 주기 중에 격렬하게 내파합니다. 기포의 내파는 미세 난류와 최대 100m/s의 속도로 흐르는 액체 흐름을 포함한 강력한 캐비테이션 힘을 특징으로 합니다. 이러한 캐비테이션 전단 효과는 초음파 기계적 효과라고도 합니다. 생리활성 분자의 초음파 추출은 주로 초음파 기계적 효과에 의해 이루어집니다:
초음파 캐비테이션의 특수한 조건은 세포벽과 세포막에 구멍을 내거나 이를 파괴하며, 용매가 시료 내부로 더 깊이 침투할 수 있게 합니다. 따라서 초음파 추출은 화합물을 매우 빠르게 분리하며, 더 짧은 공정 시간, 더 높은 수율, 더 낮은 온도 측면에서 기존 추출 방법보다 우수합니다. 초음파 추출은 온화한 (초음파) 기계적 처리로서 생리활성 화합물의 열분해를 방지하며, 열에 민감한 분자를 파괴하는 것으로 알려진 기존 용매 추출, 물 증류 또는 속슬렛 추출과 같은 다른 기법보다 우수합니다. 이러한 장점으로 인해 초음파 추출은 식물성 원료에서 온도에 민감한 활성 화합물을 방출시키는 데 선호되는 기법입니다.
따라서 초음파 추출은 식물성 물질에서 폴리페놀, 테르펜, 에센셜 오일 및 칸나비노이드와 같은 생리활성 분자를 추출하는 데 선호되는 기법입니다.
초음파 캐비테이션의 특수한 조건은 세포벽과 세포막에 구멍을 내거나 이를 파괴하며, 용매가 시료 내부로 더 깊이 침투할 수 있게 합니다. 따라서 초음파 추출은 화합물을 매우 빠르게 분리하며, 더 짧은 공정 시간, 더 높은 수율, 더 낮은 온도 측면에서 기존 추출 방법보다 우수합니다. 초음파 추출은 온화한 기계적 처리로서 생리활성 화합물의 열분해를 방지하며, 열에 민감한 분자를 파괴하는 것으로 알려진 기존 용매 추출, 물 증류 또는 속슬렛 추출과 같은 다른 기법보다 우수합니다. 이러한 장점으로 인해 초음파 추출은 식물성 원료에서 온도에 민감한 활성 화합물을 방출시키는 데 선호되는 기법입니다.
식물 세포에서의 초음파 추출: 현미경 횡단면(TS)은 세포에서 초음파 추출이 이루어지는 동안의 작용 기전을 보여줍니다(배율 2000x) [출처: Vilkhu et al. 2011]
칸나비노이드
칸나비노이드는 Cannabis sativa 식물에서 발견되는 천연 화합물입니다. 대마 식물에는 480종이 넘는 서로 다른 화합물이 존재합니다. 대마(마리화나라고도 함)는 약효가 매우 강력한 약초입니다. 치료 활성을 지닌 다양한 화합물 중 85종의 식물화학물질을 칸나비노이드라고 하며, 더 많은 종류가 발견될 수도 있습니다. CBD와 THC(테트라히드로칸나비놀 / Δ9-THC)는 가장 대표적인 칸나비노이드입니다. 가장 중요한 구별 특성은 CBD에는 향정신성 작용이 없는 반면, THC는 향정신성 효과를 나타낸다는 점입니다.
칸나비노이드는 기호 및 의료 목적으로 섭취됩니다.
CBD의 약동학 데이터:
생체이용률 – 경구: 13–19%, 흡입: 11–45%(평균 31%)
소실 반감기: 9시간
미국에서는 산업용 대마의 씨앗이나 줄기에서 추출하고 THC 함량이 .03% 미만인 CBD 제품이 연방법상 합법이며, 각 주의 마리화나 관련 법률과 관계없이 모든 주에서 합법적으로 구매할 수 있습니다.
THC의 약동학 데이터:
생체이용률 – 경구: 6–20%, 흡입: 10–35%
소실 반감기: 1.6–59시간, 25–36시간(경구 투여된 드로나비놀)
나노 제형
나노 칸나비노이드는 대마 오일을 나노 크기의 수중유형 에멀전으로 제형화한 것으로, 높은 생체이용률(더 빠른 흡수와 향상된 건강 효과)을 제공하므로 더 낮은 용량으로 투여할 수 있습니다. 또한 대마 나노에멀전은 의료용 제품, 음료, 식품 및 화장품(예: 크림, 로션)에 쉽게 혼합할 수 있습니다. 나노에멀전은 흔히 반투명하므로 외관에 영향을 주지 않고 다른 제품에 쉽게 배합할 수 있습니다.
고품질 나노에멀전을 얻으려면 액적 크기와 다분산 지수(PDI)가 중요하며, 이들은 나노에멀전의 안정성에 상당한 영향을 미칩니다. 높은 다분산 지수는 큰 액적이 존재함을 나타내며, 이러한 액적은 합일과 오스트발트 숙성을 통해 에멀전을 불안정하게 만듭니다. 따라서 액적 크기가 작고 크기 분포 폭이 좁은 것은 나노에멀전 또는 마이크로에멀전의 안정성과 더 긴 보관 수명에 기여하는 중요한 요인입니다.
대마 나노에멀전: 헴프 오일 또는 CBD 나노에멀전의 경우, 헴프 / CBD 오일을 고품질 식품용 오일에 혼합합니다. 대표적인 식물성 오일로는 MCT 오일, 코코넛 오일, 아보카도 오일, 올리브 오일, 아마씨 오일, 스위트 아몬드 오일 및 호두 오일이 있습니다. 유화제(계면활성제, 습윤제, 안정제)로는 폴리소르베이트 80, 레시틴, 퀼라야 사포닌, 대두 레시틴 및 비누나무 껍질이 성공적으로 사용되어 왔습니다. 유변학적 특성과 에멀전 안정성을 개선하기 위해 잔탄검, 펙틴 또는 유청 단백질을 추가로 첨가할 수 있습니다.
CO2 추출
CO2 추출은 초임계 추출과 아임계 추출이라는 두 가지 방식으로 수행할 수 있습니다. CO2 를 용매로 사용하면 유체 상태에 따라 서로 다른 특성을 나타냅니다. 아임계 CO2 는 CO2 가 5–10°C (278.15–283.15K, 41–50°F)의 온도와 800–1500psi (54.43–102.06atm, 5.51–10.24MPa)의 압력 범위에 있는 상태를 말합니다. 이 온도와 압력에서 CO2 는 걸쭉한 유체처럼 거동합니다. 온도와 압력이 상승하여 임계 온도(304.25 K, 31.10°C, 87.98°F)와 임계 압력(72.9atm, 7.39MPa, 1,071psi)을 초과하면 CO2는 용기 안에서 기체처럼 팽창하지만 액체와 같은 밀도를 갖습니다. 이를 초임계 이산화탄소(sCO2 또는 SC-CO2))라고 합니다.
아임계 CO2 추출은 낮은 온도와 낮은 압력을 사용하므로 시간이 더 오래 걸립니다. 아임계 CO2 추출은 수율이 더 낮으며 일부 테르펜과 오일을 보존할 수 있습니다. 초임계 CO2 추출에는 더 높은 온도와 더 높은 압력이 적용되며, 이로 인해 테르펜과 기타 식물화학물질이 손상될 수 있습니다. 초임계 CO2 추출에서는 지질과 엽록소 같은 원치 않는 화합물을 제거하기 위해 윈터라이제이션이라고 하는 후속 공정이 필요합니다. 윈터라이제이션 단계에서는 조추출물을 에탄올에서 동결하여 순수한 칸나비노이드와 테르펜을 추출 중 함께 추출된 다른 부산물로부터 분리합니다.