Terpeenextractie met ultrasoon geluid
Het is bewezen dat ultrasone terpeenextractie hoge opbrengsten van het terpeen caryofylleenoxide oplevert, bijvoorbeeld uit cannabis en hop. Caryofylleenoxide is een terpeen dat voorkomt in cannabis, hop, peper, basilicum en rozemarijn. Het geëxtraheerde terpeen caryofylleenoxide wordt als actieve verbinding gebruikt als smaakstof en gezondheidssupplement.
Gebruik van geëxtraheerd caryofylleenoxide
Caryofylleenoxide onderscheidt zich door zijn aromatische geur en smaak (d.w.z. kruiden). Vanwege zijn intense aromatische geur en smaak wordt het vaak gebruikt als smaakstof in voedingsmiddelen en als geurcomponent. Bovendien kan het zich binden aan de endocriene CB2-receptoren in het menselijk lichaam, wat het tot een interessante farmaceutische component maakt.
Ultrasone extractie van caryofylleenoxide
Ultrasone extractie van het terpeen caryofylleenoxide is een uitstekende techniek om hoge opbrengsten te verkrijgen, bijvoorbeeld uit cannabis en hop. Lees meer over akoestische cavitatie, het werkingsprincipe van ultrasone extractie!
Zo werd β-caryofylleenoxide ultrasoon geëxtraheerd met het ultrasone apparaat UP100H (100W, 30kHz) uit gedroogde hopbellen.
De GC-analysegegevens tonen de extractieopbrengst van β-caryofylleenoxide, geëxtraheerd met de Hielscher UP100H uit hop.
UP400St – krachtige ultrasone processor van 400W voor terpeenextractie met roerwerk
Gaschromatografische analyse van ultrasoon hopextract: β-caryofylleenoxide, α-caryofylleen, α-pineen, mycrene, limoneen, α-caryophylene en caryofylleenoxide en andere verbindingen.
Naast β-caryofylleenoxide werden ook andere terpenen, zoals α-caryofylleen, α-pineen, mycrene, limoneen en α-caryophylene, succesvol geëxtraheerd.
Hoe worden terpenen uit planten geëxtraheerd met sonicatie met een sonde? Een stapsgewijze instructie!
- Eerst wordt het plantenmateriaal gemalen of in kleine stukjes gehakt om het oppervlak voor extractie te vergroten.
- Vervolgens wordt het plantenmateriaal gemengd met een oplosmiddel (zoals ethanol of water) om de terpenen te extraheren.
- Vervolgens wordt sonicatie met een sonde gebruikt om het extractieproces te ondersteunen door ultrasone golven met een hoge intensiteit en een lage frequentie van circa 20kHz op de suspensie toe te passen. Dit veroorzaakt akoestische cavitatie en een snelle trilling van het oplosmiddel, wat de desintegratie en ontsluiting van de plantencellen en het vrijkomen van de terpenen bevordert.
- Vervolgens wordt het mengsel gefilterd om het vaste plantenmateriaal te scheiden van de vloeistof die de geëxtraheerde terpenen bevat.
- Daarna wordt de vloeistof verdampt of verder verwerkt om het oplosmiddel te verwijderen en de terpenen te concentreren.
- Het eindproduct is een terpeenrijk extract dat kan worden gebruikt in diverse toepassingen, zoals voedingssupplementen, functionele voedingsmiddelen en cosmetica.
Protocol voor ultrasone terpeenextractie
De hop werd gemalen met een gewone koffiemolen om een homogenere deeltjesgrootte van het hopmonster te verkrijgen.
4,5mg hop werd in een monsterflesje gedaan, waarna 5mL ethanol werd toegevoegd. Het monsterflesje werd in een bekerglas met ijswater geplaatst voor warmteafvoer. Vervolgens werd het monster onderworpen aan sonicatie met een UP100H, uitgerust met sonotrode MS7, bij een amplitude-instelling van 50% gedurende 90sec.
Gaschromatografische analyse van ultrasoon hopextract:
Sonicatie zorgt voor een hoge massaoverdracht tussen de celmatrix en het oplosmiddel, waardoor een zeer hoge opbrengst aan hoogwaardig extract wordt bereikt.
- hoogwaardige terpeenextracten (geen thermische afbraak)
- hoge opbrengsten
- snelle procedure
- snel rendement op de investering
- mildere oplosmiddelen
- minder oplosmiddelgebruik
- veilig en eenvoudig te bedienen
- weinig onderhoud
- groene, milieuvriendelijke terpeenextractie
Ultrasone terpeenextractie onderscheidt zich als een groene extractiemethode waarmee de terpeenextractieprocedure aanzienlijk kan worden versneld, terwijl minder energie nodig is dan bij andere conventionele extractiemethoden (d.w.z. superkritisch CO2, Soxhlet enz.). Andere voordelen van het gebruik van ultrasone extractie van terpenen zijn de eenvoudige bediening van de ultrasone extractor, een snel proces, geen chemisch afval, een hoge opbrengst, milieuvriendelijkheid, verbeterde kwaliteit dankzij milde verwerkingsomstandigheden en het voorkomen van thermische afbraak.
Ultrasone extractoren voor terpenen
De onderstaande tabel geeft een indicatie van welk ultrasoon apparaat het meest geschikt zou kunnen zijn voor uw vereisten voor terpeenextractie.
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | hoger | cluster van UIP16000 |
Ultrasone homogenisatoren met hoog vermogen van laboratoriumschaal tot industriële schaal.
Literatuur/Referenties
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Wetenswaardigheden
Caryofylleen
Caryofylleen, of (−)-β-caryofylleen, is een natuurlijk bicyclisch sesquiterpeen dat in veel etherische oliën voorkomt. De volgende kruiden staan bekend als een goede bron van caryofylleen: cannabis, hennep (Cannabis sativa), zwarte karwij (Carum nigrum), kruidnagel (Syzygium aromaticum), hop (Humulus lupulus), basilicum (Ocimum spp.), oregano (Origanum vulgare), zwarte peper (Piper nigrum), lavendel (Lavandula angustifolia), rozemarijn (Rosmarinus officinali, en copaibaolie (Copaifera spp.). β-caryofylleen is een fytocannabinoïde met een sterke affiniteit voor cannabinoïdereceptor type 2 (CB 2), maar niet voor cannabinoïdereceptor type 1 (CB 1).
Caryofylleenoxide
Caryofylleenoxide (ook β-caryofylleenoxide) is het oxidatiederivaat van β-caryofylleen en is een wit kristallijn vast poeder met een smeltpunt van circa 62°C.
Het wordt gewaardeerd om zijn ontstekingsremmende, plaatselijk verdovende en antioxidatieve effecten. Eerste onderzoek suggereert dat caryofylleenoxide ook een potentieel geneesmiddel voor de behandeling van kanker zou kunnen zijn. Caryofylleenoxide maakt deel uit van de cyclobutaanring, die al in medisch onderzoek wordt gebruikt om het veelgebruikte chemotherapeutische geneesmiddel carboplatine te synthetiseren.
Caryofylleenoxide, waarin de olefine van caryofylleen een epoxide is geworden, is een goedgekeurde component voor het aromatiseren van voedingsmiddelen.
Zowel β-caryofylleen als β-caryofylleenoxide hebben een lage oplosbaarheid in water, wat hun opname in de cel belemmert. Voor het gebruik van deze sesquiterpenen als geneesmiddelen of voedingssupplementen verhelpt inkapseling in liposomen de slechte oplosbaarheid van deze sesquiterpenen in waterige vloeistoffen en waarborgt deze de biologische beschikbaarheid en biologische activiteit. Klik hier voor meer informatie over de ultrasone inkapseling van bioactieve verbindingen!
Caryofylleenoxide in cannabis
In de cannabis sativa-plant komt caryofylleenoxide voor als een sesquiterpeen dat uit drie isopreeneenheden bestaat. Caryofylleenoxide is een van de grootste en meest voorkomende terpenen in de cannabisplant en is verantwoordelijk voor het kenmerkende aroma en de geur van cannabis. Ultrasone extractie wordt succesvol toegepast voor de productie van cannabidiololiën met een volledig spectrum, zodat het entourage-effect van de vele verbindingen aanwezig is.
Ultrasone cavitatie voor extractie
Wanneer ultrasone golven met hoog vermogen in een vloeistof worden ingebracht, ontstaan in de vloeistof cycli van compressie en expansie (rarefactie). Tijdens rarefactie ontstaan holtes of zogenoemde cavitatiebellen in een vloeistof. Deze cavitatiebellen, die kleine vacuümbellen zijn, ontstaan wanneer negatieve druk wordt uitgeoefend, waardoor de lokale treksterkte van de vloeistof wordt overschreden. De vacuümbellen groeien gedurende meerdere compressie- / rarefactiecycli totdat ze geen energie meer kunnen opnemen en de cavitatiebel implosief instort. Dit verschijnsel staat bekend als cavitatie. Volgens het onderzoek van prof. Suslick (1990) heersen in cavitatiebellen extreme omstandigheden met temperaturen tot 5000 K, drukken van 1000 atmosfeer, een opwarmings- en afkoelingssnelheid van meer dan 1010 K/s en vloeistofstralen met een snelheid tot 280m/s, die zich manifesteren als zeer hoge afschuifkrachten en turbulentie in de cavitatiezone. De combinatie van deze factoren (druk, warmte, afschuiving en turbulentie) wordt gebruikt om de massaoverdracht in het extractieproces te versnellen. Bovendien worden deze lokaal optredende omstandigheden ook gebruikt in ultrasone processen, zoals homogenisatie, emulgering of dispergeren.
Ultrasone extractie is gebaseerd op akoestische cavitatie en de bijbehorende hydrodynamische afschuifkrachten
Ultrasone extractie van terpenen
Het principe van ultrasone extractie is gebaseerd op twee effecten die ontstaan wanneer ultrasone golven met hoog vermogen in een vloeistof of suspensie worden gekoppeld:
Ten eerste wordt het oplosmiddel (het omringende vloeibare medium) in de celmatrix geduwd. Afhankelijk van de amplitude en de sterkte van de cavitatie wordt de celwand door de vloeistofdruk geperforeerd of opengebroken.
Ten tweede wordt tijdens de rarefactiecyclus de celinhoud (d.w.z. intracellulair materiaal) uit het binnenste van de cel gespoeld. Na ultrasone extractie bevinden de beoogde verbindingen zich in het oplosmiddel en kunnen ze van het oplosmiddel worden gescheiden (bijvoorbeeld door het oplosmiddel te verdampen), zodat uiteindelijk een zuiver extract wordt verkregen.
De samenstelling van de grondstof (zoals het vochtgehalte, de maceratie- / maalgraad en de deeltjesgrootte, en het gekozen oplosmiddel zijn zeer belangrijke factoren voor een efficiënt en effectief ultrasoon extractieproces. Ook de ultrasone procesparameters zijn essentieel: amplitude, druk, temperatuur en sonicatietijd moeten worden vastgesteld en geoptimaliseerd voor de beste resultaten.