헴프를 원료로 사용하는 초음파 추출
- 칸나비스 사티바 식물은 마리화나와 헴프의 두 종으로 구분할 수 있습니다.
- 초음파는 마리화나와 헴프 모두에서 칸나비노이드를 분리하는 우수한 방법으로 잘 알려져 있습니다.
칸나비노이드의 초음파 추출
초음파 추출 기술은 활성 화합물(즉, 칸나비노이드(CBD, THC, CBG), 에센셜 오일, 테르펜 등)을 꽃봉오리, 잎, 줄기와 같은 식물 원료에서 방출하는 데 매우 효율적입니다.
초음파 추출은 다양한 장점 덕분에 기존 추출 기술보다 뛰어난 성능을 발휘합니다.
초음파 보조 추출(UAE)은 물질 전달을 개선하고 칸나비노이드, 테르펜 등의 생리활성 화합물을 더 높은 수율로 방출하는 공정 강화 기술로 잘 알려져 있습니다.
초음파 추출은 칸나비노이드를 방출하기 위해 독성이 있는 강한 용매를 사용할 필요가 없으므로, 초음파 처리를 통해 고품질 추출물을 얻을 수 있습니다. 예를 들어 초음파 추출은 물, 물과 알코올의 혼합물, 알코올 또는 오일(올리브, 코코넛)을 용매로 사용하여 수행할 수 있습니다. 따라서 초음파 보조 추출(UAE)은 훨씬 더 환경친화적입니다.
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초음파 처리의 온화한 추출 조건에서는 원료(예: 헴프, 마리화나)와 동일한 특성이 더욱 강화된 추출물을 얻을 수 있습니다 – 이에 따라 건강에 미치는 효과, 맛, 향이 더욱 우수합니다.
Hielscher 초음파 추출기는 정밀하게 제어할 수 있습니다. 강도와 온도 등의 공정 매개변수를 완전히 제어하여 탁월하게 높은 품질의 추출물을 얻을 수 있습니다. 초음파 처리는 비열 처리 방법이므로 열에 민감한 성분의 열분해를 방지할 수 있습니다. 우수한 추출물을 얻기 위한 최적의 추출 온도는 0–60°C입니다.
초음파 추출의 또 다른 장점은 빠른 공정입니다. 식물 세포에서 칸나비노이드를 방출하는 전체 추출 공정에 단 몇 분만 걸리는 반면, 다른 추출 기술은 몇 시간 또는 심지어 며칠의 처리 시간이 필요합니다.
투자 비용과 운영 비용 모두 초임계 CO2 추출기 등 다른 추출기에 비해 최소 수준입니다. 초음파 추출 시스템은 투자 회수 속도가 매우 빠릅니다.
UP400St를 이용한 헴프의 칸나비노이드 추출
- 고품질 추출물
- 더욱 완전한 추출
- 높은 추출 속도
- 풀 스펙트럼 추출물
- 다양한 용매 사용
- 무독성
- 비열(저온) 방식
- 빠른 추출 공정
- 안전하고 간편한 사용
- 선형 확장성
헴프와 마리화나의 비교
대마는 식물의 한 과로, C. Indica 및 C. Sativa로 분류할 수 있습니다. 헴프와 마리화나는 Cannabis Sativa의 종입니다.
헴프와 마리화나를 비교하면 큰 차이가 있습니다. 헴프의 THC 농도는 매우 낮은 반면(0.3% 이하), 마리화나는 THC가 풍부하여 농도가 15%에서 40%에 이릅니다.
따라서 최근까지 헴프는 주로 산업용으로 재배되었습니다. 오늘날에는 헴프의 CBD 수율도 높이 평가됩니다. CBD는 항염증 및 항불안 특성이 있는 비정신활성 칸나비노이드입니다. 마리화나는 주로 기호용 및 의약용으로 사용되는 THC 성분을 얻기 위해 재배됩니다.
헴프 오일과 헴프에 함유된 주요 칸나비노이드인 CBD는 불안, 만성 염증, 자가면역 질환, 통증, 두통과 편두통, 위장관 장애 등의 질환에 도움을 주기 위해 투여되는 유망한 물질입니다.
UP400St 프로브형 초음파 처리기는 헴프와 마리화나에서 CBD, THC, CBG, CBN, 기타 칸나비노이드 및 테르펜을 분리하는 데 사용되는 인기 있는 초음파 추출기입니다.
고성능 초음파 추출기
Hielscher Ultrasonics는 소형, 중형 및 산업용 초음파 처리 장치를 제공하며, 이 장치들은 24/7 가동할 수 있습니다. 원료와 처리 부피에 따라 고객의 요구에 맞는 초음파 추출 시스템을 제공할 수 있습니다. 배치식 추출과 연속식 추출 중에서 선택할 수 있습니다. 초음파 공정은 선형적으로 규모를 확장할 수 있으므로 나중에 더 큰 처리 용량으로 쉽게 확장할 수 있습니다.
Hielscher의 파일럿 및 산업용 시스템은 매우 높은 진폭을 제공할 수 있어 최대 200µm의 진폭으로 24/7 안정적인 연속 가동이 가능합니다. 더 높은 진폭을 위해서는 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 견고하여 고부하 조건과 까다로운 환경에서도 가동할 수 있습니다.
고출력 초음파 추출기 제조 분야에서 오랜 경험을 쌓은 Hielscher는 고도화된 추출 공정을 위한 신뢰할 수 있는 파트너입니다. 당사는 컨설팅을 제공하고 보유한 지식으로 고객을 지원하며, 타당성 시험부터 산업용 설비 설치까지 안내합니다.
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문헌 / 참고 자료
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- 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.
알아두면 유용한 정보
초음파 추출은 식물 원료에서 생리활성 화합물을 추출하는 데 가장 효과적이고 사용하기 편리한 기술로 부상했습니다. 성공적인 추출의 가장 대표적인 사례는 대마에서 CBD와 기타 칸나비노이드를 분리하는 것일 수 있습니다.
초음파 추출과 기존 추출 방법 비교
에탄올에 침지하는 것은 간단한 방법이지만, 시간이 매우 많이 걸리고 처리 용량이 제한적이며 용매 및 에너지 비용이 높습니다. 최종 제품에 남아 있는 용매는 고품질 추출물을 생산하려는 목표를 저해합니다.
밀폐형 탄화수소 시스템을 이용한 추출에는 화석 연료를 사용해야 하므로 최종 제품에서 벤젠과 같은 발암 물질이 검출될 수 있습니다.
초임계 CO2 추출 시스템은 투자 비용과 에너지 소비가 모두 높습니다. 고압 CO2 시스템은 운전이 위험하므로 초임계 CO2 추출기를 운전하려면 충분한 교육을 받은 인력이 필요합니다. CO2가 누출되면 현장 작업자가 질식사할 수 있습니다.
임계수 추출은 환경친화적인 대안이지만, 속도가 느리고 생리활성 화합물 중 극히 일부만 방출합니다.
초음파 추출
초음파 추출은 추출 공정을 강화하는 기술로, 물(무용매)뿐만 아니라 용매를 함께 사용할 수도 있습니다. 이러한 용매에는 에탄올, 에탄올–물, 글리세린, 메탄올, 식물성 오일 또는 기타 원하는 용매가 포함됩니다. 초음파 추출은 물질 전달을 촉진하여 95-99%의 추출 수율을 얻을 수 있습니다. 초음파 처리는 쉽게 규모를 확장할 수 있으며 고품질 추출물을 생산합니다.
UP400St (400W)와 같은 소규모 초음파 추출기는 5-15min 이내에 최대 10L의 배치를 처리할 수 있습니다(원료(신선 또는 건조 상태; 꽃봉오리, 잎, 줄기), 용매, 온도 등의 공정 매개변수에 따라 달라짐).
출력이 2kW인 강력한 초음파 추출기 UIP2000hdT는 인라인 시스템으로 운전할 수 있습니다. 플로스루 모드에서 UIP2000hdT 장치는 200~800L/hr를 손쉽게 처리합니다(이 역시 공정 매개변수에 따라 달라짐).
초음파 처리 장치의 투자 비용은 CO2 추출기에 비해 낮습니다. 운전에 필요한 에너지 비용도 무시할 수 있을 정도입니다. 초음파 추출기는 운전이 매우 안전하고 세척이 쉬우며 유지보수가 거의 필요하지 않습니다.
대마
대마 식물(헴프와 마리화나 모두)의 생리활성 화합물은 최근 많은 관심을 받아 왔습니다. 특히 칸나비노이드인 칸나비디올(CBD)은 항암 및 항염증 특성부터 통증 완화 및 항우울 효과에 이르기까지 다양한 건강상 이점이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 대마 식물에는 칸나비디올 외에도 THC(테트라히드로칸나비놀), 칸나비놀(CBN), 칸나비게롤(CBG), 칸나비크로멘(CBC), 칸나비노디올(CBND) 등 다양한 다른 칸나비노이드가 함유되어 있습니다. 칸나비노이드는 매우 큰 치료 잠재력을 보여 왔으며 많은 연구에서 주목받고 있습니다.
다양한 칸나비노이드와 테르펜, 폴리페놀, 플라보노이드, 알칼로이드 등 다른 생리활성 화합물의 상호작용은 더욱 우수한 건강상 이점을 제공하는 것으로 보입니다. 서로 다른 테르펜, 서로 다른 칸나비노이드 및 기타 식물 화합물 간의 상호작용을 “앙투라지 효과”라고 합니다. 이러한 앙투라지 효과로 인해, 초음파 보조 추출(UAE)을 통해 성공적으로 얻을 수 있는 풀 스펙트럼 추출물은 탁월한 치료 효과로 알려져 있습니다.
대마 테르펜
테르페노이드는 식물에서 발견되는 에센셜 오일 성분입니다. 대마 식물에는 테르펜이 매우 풍부합니다. 대마에서 테르펜은 식물의 선모에서 생성됩니다. 선모는 잎과 꽃봉오리에 붙어 있는 반짝이고 끈적한 결정입니다. 이러한 선모는 곤충과 동물로부터 식물을 보호하는 대마 식물의 자연적인 방어 기제입니다. 테르펜은 향기로운 냄새로 인해 기피제로 작용합니다. 우리 인간에게 대마 테르펜의 가장 두드러진 특징은 냄새입니다. 이러한 테르펜은 대마 식물(헴프와 마리화나)의 다양한 건강상 이점에 기여합니다.
테르펜 분자는 향과 냄새를 지닐 뿐만 아니라 다양한 의학적 이점을 제공하는 강력한 식물 유래 물질이기도 합니다.
Cannabis Sativa 속의 마리화나와 헴프 모두에는 유난히 많은 양의 테르페노이드가 함유되어 있으며, 이러한 물질이 100종 넘게 함유되어 있습니다.
각 테르펜은 진정 작용부터 기분 고양 작용에 이르기까지 고유한 특성을 지닙니다. 예를 들어 네롤리돌은 진정 및 항불안 효과가 있고, 리날룰은 불안과 관절염의 증상을 관리하는 데 도움이 되며, 미르센은 만성 통증을 완화하는 것으로 알려져 있습니다. 테르펜인 β-미르센, Ɣ-pinene 및 휴물렌은 염증을 줄이고 진통 효과를 나타냅니다.
다양한 테르펜이 대마에만 존재하지만, 대마에서 발견되는 테르펜 중 상당수는 다른 여러 식물에도 존재합니다. 예를 들어 카리오필렌은 녹색 잎채소와 홉뿐 아니라 로즈마리와 오레가노에서도 발견됩니다. 리모넨은 레몬과 오렌지 같은 감귤류 과일에서 발견되는 주요 테르펜입니다.
앙투라지 효과
각 테르펜은 특정한 치료 효과로 알려져 있습니다. 그러나 테르펜과 폴리페놀, 플라보노이드 등 다른 식물 화합물은 탁월한 상승 효과를 나타내어 칸나비노이드 간의 공생 작용을 향상시키는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 다양한 생리활성 화합물의 상호작용을 “앙투라지 효과“라고 합니다.
앙투라지 효과는 테르펜의 생체이용률을 높이고 신체가 칸나비노이드를 더 효율적으로 흡수하도록 돕습니다.
생리활성 화합물의 종류
생리활성 화합물의 수, 농도 및 다양성은 식물 추출물의 약리적 특성을 결정합니다. 이러한 생리활성 화합물은 식물의 생장이나 광합성에 기여하지 않는 이차 대사산물로 합성됩니다. 그러나 식물의 생존과 환경과의 상호작용에는 매우 중요합니다. 식물의 생리활성 화합물은 크게 테르펜 및 테르페노이드, 알칼로이드, 페놀 화합물의 세 가지 부류로 분류할 수 있습니다. 페놀 화합물은 식물계에서 가장 널리 분포하는 이차 대사산물군이며, 항산화 효과로 잘 알려져 있고 그 가치를 인정받고 있습니다. 저분자량 페놀 화합물의 또 다른 중요한 부류는 플라보노이드로, 이 역시 매우 강력한 항산화 효과를 나타냅니다.
페놀 화합물에는 벤조산과 하이드록시신남산 같은 페놀산, 플라본과 플라보놀 같은 플라보노이드, 리그난 및 스틸벤이 포함됩니다. 풀 스펙트럼 추출물(예: 대마의 초음파 추출로 얻은 추출물)에는 이러한 다양한 식물성 화합물이 모두 포함되어 있으며, 이 화합물들은 가장 광범위한 건강 효과를 나타냅니다.
초음파 추출의 작동 원리
초음파 추출은 액체 매질에 전달되는 음향파(초음파)를 기반으로 합니다. 강력한 초음파는 고압 / 저압 주기를 생성합니다. 초음파가 액체를 통해 전파되는 동안 발생하는 압력 차이로 인해 캐비테이션 기포가 형성됩니다. 이러한 캐비테이션 기포가 내파하면 에너지 밀도가 높은 조건이 형성됩니다.
활성 화합물과 에센셜 오일의 초음파 추출을 가능하게 하는 작동 원리는 음향 캐비테이션입니다. 위 그림은 캐비테이션 기포 붕괴의 영향과 그 결과로 식물 원료에서 에센셜 오일이 방출되는 현상을 보여줍니다
출처: Altaf et al. 2018
내파하는 캐비테이션 기포 주변의 조건은 극단적일 수 있으며 – 최대 4500°C의 온도와 최대 100 MPa의 압력이 발생합니다. 내파와 그에 따른 압력 차이는 캐비테이션 고온점에서 매우 높은 전단력과 난류를 발생시킵니다. 이러한 압력 차이, 온도 차이 및 전단 요인의 조합은 물질 전달을 촉진하여 추출 공정을 촉진합니다. 강력한 초음파 캐비테이션 힘에 의해 세포(예: 식물, 박테리아 또는 조직의 세포)가 파쇄되고, 세포 내 물질(예: 오일, 지질, 단백질 및 활성 화합물)이 주변 용매로 방출됩니다.
따라서 초음파 추출은 추출 공정을 강화하는 데 선호되는 방법입니다.
초음파 추출은 음향 캐비테이션과 그에 따른 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다
실험실 규모부터 파일럿 및 산업 규모까지 아우르는 고출력 초음파 추출기.