Ekstrakcija ar ultraskaņu, izmantojot rūpnieciskās kaņepes kā izejvielu
- Cannabis sativa augam var izšķirt divas sugas: marihuānu un rūpnieciskās kaņepes.
- Ultraskaņa ir labi pazīstama kā pārāka metode kanabinoīdu izolēšanai gan no marihuānas, gan rūpnieciskajām kaņepēm.
Kanabinoīdu ekstrakcija ar ultraskaņu
Ultraskaņas ekstrakcijas tehnoloģija ļoti efektīvi atbrīvo aktīvos savienojumus (t. i., kanabinoīdus (CBD, THC, CBG), ēteriskās eļļas, terpēnus u. c.) no augu materiāla, piemēram, ziedpumpuriem, lapām un stublājiem.
Ekstrakcija ar ultraskaņu pārspēj tradicionālās ekstrakcijas metodes, pateicoties dažādām priekšrocībām:
Ar ultraskaņu veicināta ekstrakcija (UAE) ir labi pazīstama kā procesa intensificēšanas metode, kas uzlabo masas pārnesi un nodrošina lielāku bioaktīvo savienojumu, piemēram, kanabinoīdu, terpēnu u. c., iznākumu.
Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina augstas kvalitātes ekstraktus, jo ekstrakcijai ar ultraskaņu nav nepieciešams izmantot agresīvus, toksiskus šķīdinātājus, lai atbrīvotu kanabinoīdus. Ekstrakciju ar ultraskaņu var veikt, par šķīdinātājiem izmantojot, piemēram, ūdeni, ūdens un spirta maisījumu, spirtu vai eļļu (olīvu, kokosriekstu). Tas padara ar ultraskaņu veicinātu ekstrakciju (UAE) ievērojami videi draudzīgāku.
Lasiet vairāk par pareizu šķīdinātāju izvēli ekstrakcijai ar ultraskaņu!
Saudzīgie ekstrakcijas apstākļi apstrādē ar ultraskaņu ļauj iegūt ekstraktu, kam piemīt tās pašas, taču pastiprinātas izejvielas (piemēram, rūpniecisko kaņepju, marihuānas) īpašības – nodrošinot labvēlīgāku ietekmi uz veselību, labāku garšu un smaržu.
Hielscher ultraskaņas ekstraktorus var precīzi kontrolēt. Pilnībā kontrolējot procesa parametrus, piemēram, intensitāti un temperatūru, var iegūt ārkārtīgi augstas kvalitātes ekstraktu. Tā kā apstrāde ar ultraskaņu ir netermiska apstrādes metode, tiek novērsta siltumjutīgu komponentu termiskā noārdīšanās. Ekstrakcijas temperatūra 0–60°C diapazonā ir optimāla izcilu ekstraktu iegūšanai.
Vēl viena ekstrakcijas ar ultraskaņu priekšrocība ir procesa ātrums: viss ekstrakcijas process aizņem tikai dažas minūtes, lai atbrīvotu kanabinoīdus no augu šūnām, savukārt citām ekstrakcijas metodēm nepieciešamas vairākas stundas vai pat dienas.
Gan ieguldījumu, gan ekspluatācijas izmaksas ir minimālas salīdzinājumā ar alternatīviem ekstraktoriem, piemēram, superkritiskā CO2 ekstraktoriem. Ultraskaņas ekstrakcijas sistēmas nodrošina ļoti ātru ieguldījumu atdevi.
UP400St kanabinoīdu ekstrakcijai no rūpnieciskajām kaņepēm
- Augstas kvalitātes ekstrakti
- Pilnīgāka ekstrakcija
- Augsts ekstrakcijas ātrums
- Pilna spektra ekstrakts
- Dažādu šķīdinātāju izmantošana
- Netoksiska
- Netermiska (aukstā) metode
- Ātrs ekstrakcijas process
- Droša un vienkārši lietojama
- Lineāra mērogojamība
Rūpnieciskās kaņepes un marihuāna: salīdzinājums
Cannabis ir augu dzimta, ko var iedalīt C. Indica un C. Sativa. Rūpnieciskās kaņepes un marihuāna ir Cannabis Sativa sugas.
Salīdzinot rūpnieciskās kaņepes un marihuānu, pastāv ļoti liela atšķirība: rūpnieciskajās kaņepēs THC koncentrācija ir ļoti zema (0,3% vai mazāk), savukārt marihuānā THC ir bagātīgi, tā koncentrācijai sasniedzot no 15% līdz 40%.
Tāpēc vēl nesen rūpnieciskās kaņepes galvenokārt audzēja rūpnieciskiem mērķiem. Mūsdienās rūpnieciskās kaņepes tiek novērtētas arī to CBD iznākuma dēļ. CBD ir nepsihoaktīvs kanabinoīds, kam piemīt pretiekaisuma un trauksmi mazinošas īpašības. Marihuānu galvenokārt audzē tās THC satura dēļ; THC izmanto izklaides un medicīniskiem mērķiem.
Rūpniecisko kaņepju eļļa un CBD, galvenais rūpnieciskajās kaņepēs sastopamais kanabinoīds, ir daudzsološas vielas, ko lieto, lai palīdzētu tādu veselības traucējumu gadījumā kā trauksme, hronisks iekaisums, autoimūnās slimības, sāpes, galvassāpes un migrēna, kuņģa un zarnu trakta darbības traucējumi un citi.
UP400St zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīce ir populārs ultraskaņas ekstraktors, ko izmanto CBD, THC, CBG, CBN, citu kanabinoīdu, kā arī terpēnu izolēšanai no rūpnieciskajām kaņepēm un marihuānas.
Augstas veiktspējas ultraskaņas ekstraktori
Hielscher Ultrasonics piedāvā mazus, vidēja izmēra un rūpnieciskus ultraskaņas procesorus, kurus var darbināt 24/7. Atkarībā no jūsu izejvielas un apstrādes apjoma mēs varam piedāvāt jūsu vajadzībām piemērotu ultraskaņas ekstrakcijas sistēmu. Varat izvēlēties starp ekstrakciju partijās un nepārtrauktu ekstrakciju. Vēlāka pāreja uz lielāku apstrādes jaudu ir vienkārša, jo ultraskaņas procesus var mērogot lineāri.
Hielscher pilotiekārtas un rūpnieciskās sistēmas var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas – ļaujot uzticami un nepārtraukti strādāt ar amplitūdām līdz 200µm 24/7 darbības režīmā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejamas pielāgotas ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj tās darbināt ar lielu slodzi un sarežģītos vides apstākļos.
Kā lieljaudas ultraskaņas ekstraktoru ražotājs ar ilggadēju pieredzi Hielscher ir jūsu uzticamais partneris sarežģītu ekstrakcijas uzdevumu risināšanā. Mēs konsultējam un ar savām zināšanām palīdzam klientiem, sniedzot atbalstu no tehniskās iespējamības pārbaudēm līdz rūpnieciskās iekārtas uzstādīšanai.
Sazinieties ar mums jau tagad! Mēs labprāt apspriedīsim ar jums jūsu ekstrakcijas prasības!
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Hielscher UIP4000hdT, 4kW ultraskaņas ekstraktora, uzstādīšana rūpnieciskai ekstrakcijai.
Literatūra / Atsauces
- 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.
- 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.
Noderīgi fakti
Ultraskaņas ekstrakcija ir kļuvusi par visefektīvāko un lietotājam visērtāko paņēmienu bioaktīvo savienojumu ekstrakcijai no augiem. Visievērojamākais veiksmīgas ekstrakcijas piemērs varētu būt CBD un citu kanabinoīdu izolēšana no kaņepēm.
Ultraskaņas ekstrakcija salīdzinājumā ar tradicionālajām ekstrakcijas metodēm
Mērcēšana etanolā ir vienkārša metode, taču tā ir ļoti laikietilpīga, apstrādes jauda ir ierobežota, un šķīdinātāja un enerģijas izmaksas ir augstas. Šķīdinātāja atliekas galaproduktā traucē sasniegt mērķi – iegūt augstas kvalitātes ekstraktu.
Ekstrakcijai slēgtā ogļūdeņražu sistēmā nepieciešams izmantot fosilo kurināmo, tāpēc galaproduktā var būt atrodamas vēzi izraisošas vielas, piemēram, benzols.
Superkritiskās CO2 ekstrakcijas sistēmām ir gan augstas ieguldījumu izmaksas, gan liels enerģijas patēriņš. Superkritisko CO2 ekstraktoru darbināšanai nepieciešams labi apmācīts personāls, jo augstspiediena CO2 sistēmu ekspluatācija ir bīstama. CO2 noplūde var izraisīt klātesošo darbinieku nāvi nosmakšanas dēļ.
Ekstrakcija ar ūdeni kritiskā stāvoklī ir videi draudzīga alternatīva, kas ir lēna un atbrīvo tikai nelielu daļu bioaktīvo savienojumu.
Ultraskaņas ekstrakcija
Ultraskaņas ekstrakcija ir ekstrakcijas procesu intensificējošs paņēmiens, ko var izmantot kopā ar ūdeni (bez šķīdinātāja), kā arī ar šķīdinātājiem, piemēram, etanolu, etanola un ūdens maisījumu, glicerīnu, metanolu, augu eļļām vai citiem izvēlētiem šķīdinātājiem. Ultraskaņas ekstrakcija veicina masas pārnesi, tā ka ekstrakta iznākumu 95–99% apmērā var iegūt. Apstrādi ar ultraskaņu var viegli mērogot, un tā nodrošina augstas kvalitātes ekstraktus.
Neliela mēroga ultraskaņas ekstraktors, piemēram, UP400St (400W), spēj apstrādāt līdz 10L lielu partiju 5–15min laikā (atkarībā no procesa parametriem, piemēram, izejvielas (svaiga vai žāvēta; pumpuri, lapas, stublāji), šķīdinātāja, temperatūras).
Jaudīgo 2kW ultraskaņas ekstraktoru UIP2000hdT var darbināt kā plūsmas līnijā integrētu sistēmu. Caurplūdes režīmā UIP2000hdT viegli apstrādā no 200 līdz 800L/hr (arī atkarībā no procesa parametriem).
Ieguldījumu izmaksas ultraskaņas procesoram ir zemas salīdzinājumā ar CO2 ekstraktoru. Arī enerģijas izmaksas tā darbināšanai ir niecīgas. Ultraskaņas ekstraktori ir ļoti droši ekspluatācijā, viegli tīrāmi, un tiem nepieciešama ļoti neliela apkope.
Kaņepes
Kaņepju auga (gan rūpniecisko kaņepju, gan marihuānas) bioaktīvie savienojumi pēdējā laikā ir piesaistījuši lielu uzmanību. Īpaši kanabinoīdam kanabidiolam (CBD) ir pierādīta daudzveidīga labvēlīga ietekme uz veselību – no pretvēža un pretiekaisuma īpašībām līdz sāpes mazinošai un antidepresīvai iedarbībai. Papildus kanabidiolam kaņepju augs satur daudzus citus kanabinoīdus, piemēram, THC (tetrahidrokanabinolu), kanabinolu (CBN), kanabigerolu (CBG), kanabihromēnu (CBC) un kanabinodiolu (CBND). Kanabinoīdi ir uzrādījuši milzīgu terapeitisko potenciālu un ir daudzu pētījumu uzmanības centrā.
Šķiet, ka dažādu kanabinoīdu un citu bioaktīvo savienojumu, piemēram, terpēnu, polifenolu, flavonoīdu un alkaloīdu, mijiedarbība nodrošina vēl labvēlīgāku ietekmi uz veselību. Dažādu terpēnu, dažādu kanabinoīdu un citu augu savienojumu mijiedarbību sauc par “pavadošo efektu”. Šī pavadošā efekta dēļ pilna spektra ekstrakti, kurus var sekmīgi iegūt ar ultraskaņas veicinātu ekstrakciju (UAE), ir pazīstami ar izcilu terapeitisko iedarbību.
Kaņepju terpēni
Terpenoīdi ir ēterisko eļļu sastāvdaļas, kas atrodamas augos. Kaņepju augs ir ļoti bagāts ar terpēniem. Kaņepēs terpēni veidojas auga trihomos. Trihomi ir spīdīgi, lipīgi kristāli, kas pieķeras lapām un ziedkopām. Šie trihomi ir kaņepju auga dabiskais aizsargmehānisms, kas aizsargā augu pret kukaiņiem un dzīvniekiem. Smaržas dēļ terpēni darbojas kā atbaidīšanas līdzeklis. Mums, cilvēkiem, vispamanāmākā kaņepju terpēnu īpašība ir to smarža. Šie terpēni veicina kaņepju auga (rūpniecisko kaņepju un marihuānas) daudzveidīgo labvēlīgo ietekmi uz veselību.
Papildus aromātam un smaržai terpēnu molekulas ir spēcīgas augu izcelsmes vielas, kas sniedz dažādus medicīniskus ieguvumus.
Gan Cannabis Sativa ģints marihuāna, gan rūpnieciskās kaņepes satur ārkārtīgi lielu terpenoīdu daudzumu un vairāk nekā 100 dažādu šo vielu veidu.
Katram terpēnam ir unikālas īpašības – no nomierinošām līdz uzmundrinošām. Piemēram, nerolidolam piemīt nomierinoša un trauksmi mazinoša iedarbība, linalols palīdz mazināt trauksmes un artrīta simptomus, savukārt mircēns ir pazīstams ar spēju mazināt hroniskas sāpes. Terpēni β-mircēns, Ɣ-pinēns un humulēns mazina iekaisumu un iedarbojas pretsāpju veidā.
Vairāki terpēni ir sastopami tikai kaņepēs, taču daudzi kaņepēs atrodamie terpēni ir sastopami arī vairākos citos augos. Kariofilēns ir atrodams, piemēram, zaļajos lapu dārzeņos, apiņos , kā arī rozmarīnā un raudenē. Limonēns ir galvenais terpēns citrusaugļos, piemēram, citronos un apelsīnos.
Pavadošais efekts
Katrs terpēns ir pazīstams ar specifisku terapeitisko iedarbību. Tomēr ir zināms, ka terpēniem un citiem augu savienojumiem, piemēram, polifenoliem un flavonoīdiem, piemīt izcila sinerģiska iedarbība, kas uzlabo kanabinoīdu savstarpējo simbiozi. Šī dažādu bioaktīvo savienojumu mijiedarbība ir pazīstama kā “pavadošais efekts“.
Pavadošais efekts palielina terpēnu biopieejamību un palīdz organismam efektīvāk uzsūkt kanabinoīdus.
Bioaktīvo savienojumu veidi
Bioaktīvo savienojumu skaits, koncentrācija un daudzveidība nosaka augu ekstrakta ārstnieciskās īpašības. Šie bioaktīvie savienojumi tiek sintezēti kā sekundārie metabolīti, kas neveicina augu augšanu vai fotosintēzi. Tomēr tiem ir izšķiroša nozīme augu izdzīvošanā un mijiedarbībā ar apkārtējo vidi. Augu bioaktīvos savienojumus var vispārīgi iedalīt trīs klasēs: terpēni un terpenoīdi, alkaloīdi un fenola savienojumi. Fenola savienojumi ir augu valstī visplašāk izplatītā sekundāro metabolītu grupa, un tie ir labi pazīstami un augstu vērtēti to antioksidatīvās iedarbības dēļ. Vēl viena svarīga mazmolekulāro fenola savienojumu klase ir flavonoīdi, kuriem arī piemīt ļoti spēcīga antioksidatīvā iedarbība.
Fenola savienojumu klāsts ietver fenolskābes, piemēram, benzoskābi un hidroksikanēļskābes, flavonoīdus, piemēram, flavonus un flavonolus, lignānus un stilbēnus. Pilna spektra ekstrakts (piemēram, iegūts, izmantojot ultraskaņas ekstrakciju no kaņepēm) ietver visus šos dažādos augu savienojumus, kuriem piemīt visplašākā iedarbība uz veselību.
Ultraskaņas ekstrakcijas darbības princips
Ultraskaņas ekstrakcijas pamatā ir akustiskie viļņi (ultraskaņa), kas tiek ievadīti šķidrā vidē. Intensīvi ultraskaņas viļņi rada augsta spiediena / zema spiediena ciklus. Ultraskaņas viļņiem izplatoties šķidrumā, spiediena starpību dēļ rodas kavitācijas burbuļi. Šo kavitācijas burbuļu implozija rada apstākļus ar augstu enerģijas blīvumu.
Aktīvo savienojumu un ēterisko eļļu ultraskaņas ekstrakcijas pamatā ir akustiskās kavitācijas darbības princips. Iepriekš redzamajā attēlā parādīta kavitācijas burbuļa sabrukšanas ietekme un tās izraisītā ēteriskās eļļas izdalīšanās no augu materiāla
avots: Altaf et al. 2018
Apstākļi implodējošu kavitācijas burbuļu tuvumā var būt ekstremāli – temperatūra var sasniegt līdz 4500°C un spiediens līdz 100 MPa. Implozija un tās radītās spiediena starpības izraisa ļoti lielus bīdes spēkus un turbulenci kavitācijas karstajā punktā. Šo faktoru – spiediena starpību, temperatūras starpību un bīdes – kombinācija veicina masas pārnesi un līdz ar to ekstrakcijas procesus. Intensīvie ultraskaņas kavitācijas spēki sagrauj šūnas (piemēram, augu, baktēriju vai audu šūnas), un šūnu iekšējais materiāls (piemēram, eļļas, lipīdi, olbaltumvielas un aktīvie savienojumi) izdalās apkārtējā šķīdinātājā.
Tādēļ ultraskaņas ekstrakcija ir vēlamā metode ekstrakcijas procesu intensificēšanai.
Ultraskaņas ekstrakcijas pamatā ir akustiskā kavitācija un tās hidrodinamiskie bīdes spēki
Lieljaudas ultraskaņas ekstraktori no laboratorijas līdz pilotmērogam un rūpnieciskam mērogam.