Terpeen extractie door middel van ultrasonisme
Het is bewezen dat ultrasone terpeenextractie een hoge opbrengst oplevert van terpeen caryofylleenoxide, bijvoorbeeld uit cannabis en hop. Caryofylleenoxide is een terpeen dat voorkomt in cannabis, hop, peper, basilicum en rozemarijn. Als actieve verbinding wordt geëxtraheerd terpeen caryofylleenoxide gebruikt als smaakstof en gezondheidssupplement.
Gebruik van geëxtraheerd caryofylleenoxide
Caryofylleenoxide onderscheidt zich door zijn aromatische geur en smaak (d.w.z. kruiden). Vanwege de intense aromatische geur en smaak wordt het vaak gebruikt als smaakstof in voedingsmiddelen en als geurcomponent. Bovendien kan het ook binden met de endocriene CB2-receptoren in het menselijk lichaam, waardoor het een interessante farmaceutische component is.
Ultrasone extractie van caryofylleenoxide
Ultrasone extractie van terpeen caryofylleenoxide is een uitstekende techniek om hoge opbrengsten te produceren, bijv. van cannabis en hop. Lees meer over akoestische cavitatieHet actieve principe van ultrasone extractie!
Als voorbeeld werd β-caryofylleenoxide ultrasoon geëxtraheerd met het ultrasone apparaat UP100H (100W, 30kHz) van gedroogde hopbellen.
De GC-analysegegevens tonen het extractierendement van β-caryofylleenoxide, geëxtraheerd met Hielscher's UP100H van hop.
UP400St – 400W krachtige ultrasone processor voor terpeenextractie met roerwerk
Gaschromatografische analyse van ultrasoon hopextract: β-caryofylleenoxide, α-caryofylleen, α-pineen, mycreen, limoneen, α-caryofylleen en caryofylleenoxide en andere.
Naast β-caryofylleenoxide werden ook andere terpenen zoals α-caryofylleen, α-pineen, mycreen, limoneen en α-caryofylleen met succes geëxtraheerd.
Hoe worden terpenen uit planten geëxtraheerd met behulp van ultrasone sondevoeding? Een stap-voor-stap instructie!
- Eerst wordt het plantenmateriaal vermalen of in kleine stukjes gehakt om het extractieoppervlak te vergroten.
- Het plantenmateriaal wordt dan gemengd met een oplosmiddel (zoals ethanol of water) om de terpenen te extraheren.
- Vervolgens wordt ultrasone sondevoeding gebruikt om het extractieproces te ondersteunen door ultrageluidgolven met een hoge intensiteit en lage frequentie van ongeveer 20 kHz toe te passen op de slurry. Dit veroorzaakt akoestische cavitatie en een snelle trilling van het oplosmiddel, wat de desintegratie en verstoring van de plantencellen en het vrijkomen van de terpenen bevordert.
- Het mengsel wordt vervolgens gefilterd om het vaste plantenmateriaal te scheiden van de vloeistof die de geëxtraheerde terpenen bevat.
- De vloeistof wordt dan verdampt of verder verwerkt om het oplosmiddel te verwijderen en de terpenen te concentreren.
- Het eindproduct is een terpeenrijk extract dat gebruikt kan worden in verschillende toepassingen zoals voedingssupplementen, functionele voedingsmiddelen en cosmetica.
Protocol van ultrasone terpeenextractie
De hop werd gemalen met een conventionele koffiemolen om een meer homogene deeltjesgrootte van het hopmonster te verkrijgen.
Er werd 4,5 mg hop in een flesje gedaan en vervolgens werd er 5mL ethanol aan toegevoegd. Het flesje werd in een bekerglas met ijswater geplaatst voor warmteafvoer. Vervolgens werd het monster gesonitiseerd met een UP100Huitgerust met sonotrode MS7, bij een amplitude-instelling van 50% gedurende 90 sec.
Gaschromatografische analyse van ultrasoon hopextract:
Sonificatie zorgt voor een hoge massaoverdracht tussen de celmatrix en het oplosmiddel, waardoor een zeer hoge opbrengst aan extracten van hoge kwaliteit wordt verkregen.
- hoogwaardige terpeenextracten (geen thermische afbraak)
- hoge opbrengsten
- snelle procedure
- Snelle ROI
- mildere oplosmiddelen
- minder gebruik van oplosmiddelen
- Veilig en eenvoudig te bedienen
- gering onderhoud
- groene, milieuvriendelijke terpeenextractie
Ultrasone terpeenextractie onderscheidt zich als een groene extractiemethode, waarmee de terpeenextractieprocedure aanzienlijk versneld kan worden terwijl er minder energie nodig is dan bij andere conventionele extractiemethoden (zoals superkritisch CO2), Soxhlet enz.). Andere voordelen die verbonden zijn aan het gebruik van ultrasone extractie van terpenen zijn eenvoudige bediening van de ultrasone extractor, snel proces, geen chemisch afval, hoge opbrengst, milieuvriendelijk, verbeterde kwaliteit door milde verwerkingsomstandigheden en het voorkomen van thermische degradatie.
Ultrasone extractors voor terpenen
De onderstaande tabel geeft je een indicatie welk ultrasoon apparaat het meest geschikt zou kunnen zijn voor jouw terpeenextractie.
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000 |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Krachtige ultrasone homogenisatoren van laboratorium 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 essentiële oliën voorkomt. De volgende kruiden staan bekend als een goede bron van caryofylleen: cannabisHennep (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 copaiba-olie (Copaifera spp.). β-caryofylleen is een fytocannabinoïde met een sterke affiniteit voor cannabinoïde receptor type 2 (CB 2), maar niet voor cannabinoïde receptor 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 ongeveer 62°C.
Het wordt gewaardeerd om zijn ontstekingsremmende, plaatselijke verdovende en antioxidatieve effecten. Eerste onderzoek suggereert dat caryophyllene oxid ook een potentieel medicijn zou kunnen zijn voor de behandeling van kanker. Caryofylleenoxide maakt deel uit van de cyclobutaanring, die al in medisch onderzoek wordt gebruikt om het veelgebruikte chemotherapiemedicijn carboplatine te synthetiseren.
Caryofylleenoxide, waarin de olefine van caryofylleen een epoxide is geworden, is een goedgekeurd bestanddeel voor smaakstoffen in voedingsmiddelen.
Zowel β-caryofylleen als β-caryofylleenoxide hebben een lage oplosbaarheid in water, wat de opname naar de cel belemmert. Om deze sesquiterpenen als medicinale geneesmiddelen of voedingssupplementen te gebruiken, is de inkapseling in liposomen de slechte oplosbaarheid van deze sesquiterpenen in waterige vloeistoffen te overwinnen en de biologische beschikbaarheid en bioactiviteit te garanderen. Klik hier voor meer informatie over ultrasone inkapseling van bioactieve stoffen!
Caryofylleenoxide in cannabis
In de cannabis sativa plant wordt caryofylleenoxide gevonden als een sesquiterpeen, dat bestaat uit drie isopreeneenheden. 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 met succes toegepast om volspectrum cannabidiol oliënzodat het entourage-effect van de meervoudige verbindingen wordt gegeven.
Ultrasone cavitatie voor extractie
Wanneer krachtige ultrasone golven in een vloeistof worden geïntroduceerd, treden compressie- en expansiecycli (verdunning) op in de vloeistof. Tijdens verdunning ontstaan holtes of zogenaamde cavitatiebelletjes in een vloeistof. Deze cavitatiebelletjes, dit zijn kleine vacuümbelletjes, ontstaan wanneer de onderdruk wordt uitgeoefend, zodat de lokale treksterkte van de vloeistof wordt overwonnen. De vacuümbellen groeien over meerdere compressies? verdunningscycli totdat ze niet meer energie kunnen absorberen en de cavitatiebel een implosieve ineenstorting ondergaat. Dit fenomeen staat bekend als cavitatie. Volgens het onderzoek van Prof. Suslick (1990) heersen er in cavitatiebellen extreme omstandigheden met temperaturen tot 5000 K, een druk van 1000 atmosfeer, een verwarmings-koelingssnelheid van meer dan 1010 K/s en vloeistofstralen met een snelheid tot 280 m/s, die verschijnen als zeer hoge schuifkracht en turbulenties 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 voorkomende omstandigheden ook gebruikt in ultrasone processen, zoals homogenisatie, emulgeren of dispergeren.
Ultrasone extractie is gebaseerd op akoestische cavitatie en de bijbehorende hydrodynamische schuifkrachten
Ultrasone extractie van terpenen
Het principe van ultrasone extractie is gebaseerd op twee effecten die optreden wanneer ultrageluidsgolven met een hoog vermogen worden gekoppeld aan een vloeistof of slurry:
Eerst wordt het oplosmiddel (omringend vloeibaar medium) in de celmatrix geduwd. Afhankelijk van de amplitude en sterkte van de cavitatie wordt de celwand geperforeerd of verstoord door de vloeistofdruk.
Ten tweede wordt tijdens de rarefactiecyclus de inhoud van de cel (d.w.z. intracellulair materiaal) uit de binnenste cel gespoeld. Na de ultrasone extractie bevinden de doelverbindingen 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 vochtgehalte, maceratie-/malinggraad en deeltjesgrootte) en het geselecteerde oplosmiddel zijn zeer belangrijke factoren om een efficiënt en effectief ultrasoon extractieproces te verkrijgen. Ook de parameters van het ultrasone proces zijn essentieel: amplitude, druk, temperatuur en sonificatietijd moeten worden vastgesteld en geoptimaliseerd voor de beste resultaten.