Ultrasone extractie met hennep als grondstof
- Bij de plant Cannabis sativa kunnen twee soorten worden onderscheiden: marihuana en hennep.
- Ultrasone behandeling staat bekend als een superieure methode om cannabinoïden uit zowel marihuana als hennep te isoleren.
Ultrasone extractie van cannabinoïden
De ultrasone extractietechnologie is zeer efficiënt voor het vrijmaken van de actieve verbindingen (d.w.z. cannabinoïden (CBD, THC, CBG), etherische oliën, terpenen enz.) uit het plantenmateriaal, zoals toppen, bladeren en stengels.
Ultrasone extractie overtreft conventionele extractietechnieken dankzij verschillende voordelen:
Ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) staat bekend als een techniek voor procesintensivering die de massaoverdracht verbetert en hogere opbrengsten aan bioactieve verbindingen zoals cannabinoïden, terpenen enz. oplevert.
Sonicatie levert hoogwaardige extracten op, omdat ultrasone extractie geen agressieve, giftige oplosmiddelen vereist om cannabinoïden vrij te maken. Ultrasone extractie kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd met water, een mengsel van water en alcohol, alcohol of olie (olijf, kokos) als oplosmiddel. Hierdoor is ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) aanzienlijk milieuvriendelijker.
Lees meer over de juiste keuze van oplosmiddelen voor ultrasone extractie!
De milde extractieomstandigheden bij sonicatie resulteren in een extract dat dezelfde, maar versterkte eigenschappen als de grondstof (bijv. hennep, marihuana) biedt – met superieure gezondheidseffecten, smaak en geur.
Ultrasone extractoren van Hielscher kunnen nauwkeurig worden geregeld. Dankzij de volledige controle over procesparameters zoals intensiteit en temperatuur kan een uitzonderlijk hoge extractkwaliteit worden verkregen. Omdat sonicatie een niet-thermische verwerkingsmethode is, wordt thermische afbraak van warmtegevoelige componenten voorkomen. Extractietemperaturen tussen 0–60°C zijn optimaal voor superieure extracten.
Een ander voordeel van ultrasone extractie is het snelle proces: het volledige extractieproces heeft slechts enkele minuten nodig om de cannabinoïden uit de plantencellen vrij te maken, terwijl andere extractietechnieken uren of zelfs dagen verwerkingstijd vereisen.
Zowel de investeringskosten als de bedrijfskosten zijn minimaal in vergelijking met alternatieve extractoren, bijvoorbeeld superkritische CO2-extractoren. Ultrasone extractiesystemen bieden een zeer snelle terugverdientijd.
UP400St voor de extractie van cannabinoïden uit hennep
- Hoogwaardige extracten
- Volledigere extractie
- Hoge extractiesnelheid
- Volledig-spectrumextract
- Gebruik van verschillende oplosmiddelen
- Niet-giftig
- Niet-thermische (koude) methode
- Snel extractieproces
- Veilig en gebruiksvriendelijk
- Lineaire schaalbaarheid
Hennep versus marihuana
Cannabis is een plantenfamilie die kan worden onderverdeeld in C. Indica en C. Sativa. Hennep en marihuana zijn soorten van Cannabis Sativa.
Bij een vergelijking tussen hennep en marihuana is er een enorm verschil: hennep bevat een zeer lage concentratie THC (0,3% of minder), terwijl marihuana rijk is aan THC, met concentraties tussen 15% en 40%.
Daarom werd hennep tot voor kort voornamelijk voor industriële doeleinden geteeld. Tegenwoordig wordt hennep ook gewaardeerd om de CBD-opbrengst. CBD is een niet-psychoactieve cannabinoïde met ontstekingsremmende en angstremmende eigenschappen. Marihuana wordt voornamelijk geteeld om het THC-gehalte, dat voor recreatieve en medicinale doeleinden wordt gebruikt.
Hennepolie en CBD, de belangrijkste cannabinoïde in hennep, zijn veelbelovende stoffen die worden toegediend om te helpen bij aandoeningen zoals angst, chronische ontstekingen, auto-immuunziekten, pijn, hoofdpijn en migraine, maag-darmaandoeningen en andere aandoeningen.
Bekijk het eenvoudige protocol voor ultrasone cannabisextractie met middelgrote batches van 120L!
De sonicator met sonde UP400St is een populaire ultrasone extractor die wordt gebruikt voor de isolatie van CBD, THC, CBG, CBN, andere cannabinoïden en terpenen uit hennep en marihuana.
Ultrasone extractoren met hoge prestaties
Hielscher Ultrasonics biedt kleine, middelgrote en industriële ultrasone processoren die 24/7 kunnen worden gebruikt. Afhankelijk van uw grondstof en procesvolume kunnen wij u een ultrasoon extractiesysteem aanbieden dat aan uw behoeften voldoet. U kunt kiezen tussen batchgewijze en continue extractie. Later opschalen naar grotere procescapaciteiten is eenvoudig, omdat ultrasone processen lineair kunnen worden opgeschaald.
De pilotsystemen en industriële systemen van Hielscher kunnen zeer hoge amplitudes leveren – waardoor amplitudes tot 200µm betrouwbaar en continu bij 24/7-bedrijf mogelijk zijn. Voor nog hogere amplitudes zijn ultrasone sonotroden op maat verkrijgbaar. Dankzij de robuustheid van de sonicatoren van Hielscher kunnen ze onder zware belasting en in veeleisende omgevingen worden gebruikt.
Als fabrikant met jarenlange ervaring in ultrasone extractoren met hoog vermogen is Hielscher uw betrouwbare partner voor geavanceerde extractie. Wij adviseren en ondersteunen onze klanten met onze kennis en begeleiden hen van haalbaarheidstests tot industriële installatie.
Neem nu contact met ons op! Wij bespreken graag uw extractievereisten met u!
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Installatie van de Hielscher UIP4000hdT, een ultrasone extractor van 4kW, voor industriële extractie.
Literatuur / Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Ultrasone extractie is uitgegroeid tot de meest effectieve en gebruiksvriendelijke techniek voor de extractie van bioactieve verbindingen uit plantaardig materiaal. Het meest prominente voorbeeld van succesvolle extractie is wellicht de isolatie van CBD en andere cannabinoïden uit cannabis.
Ultrasone versus conventionele extractiemethoden
Weken in ethanol is een eenvoudige methode, maar deze is zeer tijdrovend, de procescapaciteit is beperkt en de kosten voor oplosmiddelen en energie zijn hoog. Achtergebleven oplosmiddel in het eindproduct staat het doel om een hoogwaardig extract te produceren in de weg.
Extractie met een gesloten koolwaterstofsysteem vereist het gebruik van fossiele brandstoffen, waardoor kankerverwekkende stoffen zoals benzeen in het eindproduct kunnen worden aangetroffen.
Superkritische CO2-extractiesystemen hebben hoge investeringskosten en een hoog energieverbruik. Superkritische CO2-extractoren vereisen goed opgeleid personeel voor de bediening, omdat de CO2-systemen onder hoge druk gevaarlijk zijn om te bedienen. Wanneer CO2 lekt, kan dit de dood door verstikking van de aanwezige werknemers veroorzaken.
Extractie met water onder kritische omstandigheden is een milieuvriendelijk alternatief dat langzaam is en slechts een kleine fractie van de bioactieve verbindingen vrijmaakt.
Ultrasone extractie
Ultrasone extractie is een intensiverende extractietechniek die kan worden gebruikt in combinatie met water (zonder oplosmiddelen) en met oplosmiddelen zoals ethanol, ethanol-water, glycerine, methanol, plantaardige oliën of andere oplosmiddelen naar keuze. Ultrasone extractie bevordert de massaoverdracht, zodat extractopbrengsten van 95–99% kunnen worden verkregen. Sonicatie kan eenvoudig worden opgeschaald en levert hoogwaardige extracten op.
Een ultrasone extractor voor kleinschalige toepassingen, zoals de UP400St (400W), kan een batch van maximaal 10L binnen 5–15min verwerken (afhankelijk van procesparameters zoals de grondstof (vers of gedroogd; toppen, bladeren, stengels), het oplosmiddel en de temperatuur).
De krachtige ultrasone extractor UIP2000hdT van 2kW kan als inline-systeem worden gebruikt. In de doorstroommodus kan de UIP2000hdT moeiteloos 200 tot 800L/hr verwerken (eveneens afhankelijk van de procesparameters).
De investeringskosten voor een ultrasone processor zijn laag in vergelijking met die voor een CO2-extractor. Ook de energiekosten voor het gebruik zijn verwaarloosbaar. Ultrasone extractoren zijn zeer veilig te bedienen, eenvoudig te reinigen en vereisen zeer weinig onderhoud.
Cannabis
De bioactieve verbindingen van de cannabisplant (zowel hennep als marihuana) hebben in het recente verleden veel aandacht gekregen. Vooral voor de cannabinoïde cannabidiol (CBD) zijn veel gezondheidsvoordelen aangetoond, variërend van kankerbestrijdende en ontstekingsremmende eigenschappen tot pijnverlichtende en antidepressieve effecten. Naast cannabidiol bevat de cannabisplant tal van andere cannabinoïden, zoals THC (tetrahydrocannabinol), cannabinol (CBN), cannabigerol (CBG), cannabichromeen (CBC) en cannabinodiol (CBND). Cannabinoïden hebben een enorm therapeutisch potentieel laten zien en staan centraal in veel onderzoeken.
De interactie tussen de verschillende cannabinoïden en andere bioactieve verbindingen zoals terpenen, polyfenolen, flavonoïden en alkaloïden lijkt tot nog betere gezondheidsvoordelen te leiden. Het samenspel van verschillende terpenen, verschillende cannabinoïden en andere plantaardige verbindingen wordt het “entourage-effect” genoemd. Dankzij deze entourage-effecten staan volledig-spectrumextracten, die met succes via ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) kunnen worden verkregen, bekend om hun uitzonderlijke therapeutische effecten.
Cannabisterpenen
Terpenoïden zijn bestanddelen van etherische oliën die in plantaardig materiaal voorkomen. De cannabisplant is zeer rijk aan terpenen. Bij cannabis worden terpenen in de trichomen van de plant gevormd. De trichomen zijn de glanzende, kleverige kristallen die aan de bladeren en toppen hechten. Deze trichomen vormen het natuurlijke afweermechanisme van de cannabisplant, dat de plant tegen insecten en dieren beschermt. Door hun aromatische geur werken de terpenen als afweermiddel. Voor ons mensen is de geur het meest opvallende kenmerk van cannabisterpenen. Deze terpenen dragen bij aan de talrijke gezondheidsvoordelen van de cannabisplant (hennep en marihuana).
Naast hun aroma en geur zijn terpeenmoleculen krachtige plantaardige stoffen die verschillende medische voordelen bieden.
Zowel marihuana als hennep van het geslacht Cannabis Sativa bevatten een uitzonderlijke hoeveelheid terpenoïden en meer dan 100 verschillende typen van deze stoffen.
Elk terpeen heeft unieke eigenschappen die variëren van kalmerend tot opwekkend. Nerolidol heeft bijvoorbeeld kalmerende en angstremmende effecten, linalool helpt symptomen van angst en artritis te beheersen, terwijl myrceen bekendstaat om het verlichten van chronische pijn. De terpenen β-myrceen, Ɣ-pinene en humuleen verminderen ontstekingen en hebben pijnstillende effecten.
Verschillende terpenen komen uitsluitend in cannabis voor, maar veel terpenen die in cannabis worden aangetroffen, zijn ook aanwezig in verschillende andere planten. Caryofylleen komt bijvoorbeeld voor in groene bladgroenten, hop en in rozemarijn en oregano. Limoneen is het belangrijkste terpeen in citrusvruchten zoals citroenen en sinaasappels.
Het entourage-effect
Elk terpeen staat bekend om specifieke therapeutische effecten. Van terpenen en andere plantaardige verbindingen zoals polyfenolen en flavonoïden is echter bekend dat ze uitzonderlijke synergetische effecten vertonen, die resulteren in een verbeterde symbiose tussen cannabinoïden. Deze interactie tussen verschillende bioactieve verbindingen staat bekend als het “entourage-effect“.
Het entourage-effect verhoogt de biologische beschikbaarheid van terpenen en helpt het lichaam de cannabinoïden efficiënter op te nemen.
Typen bioactieve verbindingen
Het aantal, de concentratie en de verscheidenheid aan bioactieve verbindingen zijn verantwoordelijk voor de medicinale eigenschappen van een plantaardig extract. Deze bioactieve verbindingen worden gesynthetiseerd als secundaire metabolieten, die niet bijdragen aan de groei of fotosynthese van planten. Ze zijn echter cruciaal voor de overleving van planten en hun interactie met de omgeving. Plantaardige bioactieve verbindingen kunnen grofweg worden onderverdeeld in drie klassen: terpenen en terpenoïden, alkaloïden en fenolische verbindingen. Fenolische verbindingen zijn de meest verspreide groep secundaire metabolieten in het plantenrijk en zijn bekend en gewaardeerd om hun antioxidatieve effecten. Een andere belangrijke klasse fenolische verbindingen met een laag molecuulgewicht zijn de flavonoïden, die eveneens zeer sterke antioxidatieve effecten vertonen.
Tot de fenolische verbindingen behoren fenolzuren zoals benzoëzuur en hydroxykaneelzuren, flavonoïden zoals flavonen en flavonolen, lignanen en stilbenen. Een volledig-spectrumextract (bijv. verkregen door ultrasone extractie uit cannabis) bevat al deze verschillende plantaardige verbindingen, die de meest uiteenlopende gezondheidseffecten vertonen.
Het werkingsprincipe van ultrasone extractie
Ultrasone extractie is gebaseerd op akoestische golven (ultrageluid) die in een vloeibaar medium worden gekoppeld. Intense ultrasone golven genereren cycli van hoge druk / lage druk. Door drukverschillen tijdens de voortplanting van ultrasone golven door de vloeistof ontstaan cavitatiebellen. De implosie van deze cavitatiebellen resulteert in omstandigheden met een hoge energiedichtheid.
Ultrasone extractie van actieve verbindingen en etherische oliën is gebaseerd op het werkingsprincipe van akoestische cavitatie. De bovenstaande afbeelding toont het effect van het instorten van een cavitatiebel en het daaruit voortvloeiende vrijkomen van etherische olie uit plantenmateriaal
bron: Altaf et al. 2018
De omstandigheden in de nabijheid van imploderende cavitatiebellen kunnen extreem zijn – met temperaturen tot 4500°C en drukken tot 100 MPa. De implosie en de daaruit voortvloeiende drukverschillen resulteren in zeer hoge afschuifkrachten en turbulentie in de cavitatiehotspot. De combinatie van deze factoren – drukverschillen, warmteverschillen en afschuiving – bevordert de massaoverdracht en daarmee extractieprocessen. Door de intense ultrasone cavitatiekrachten worden cellen (bijv. van planten, bacteriën of weefsel) ontsloten en komt het intracellulaire materiaal (zoals oliën, lipiden, eiwitten en actieve verbindingen) vrij in het omringende oplosmiddel.
Ultrasone extractie is daarom de voorkeursmethode om extractieprocessen te intensiveren.
Ultrasone extractie is gebaseerd op akoestische cavitatie en de bijbehorende hydrodynamische afschuifkrachten
Ultrasone extractoren met hoog vermogen, van laboratoriumschaal tot proefinstallaties en industriële schaal.