Ekstrakcja ultradźwiękowa z wykorzystaniem konopi jako surowca
- W przypadku rośliny Cannabis sativa można rozróżnić dwa gatunki: marihuanę i konopie włókniste.
- Ultradźwięki są dobrze znane jako metoda o wyższej skuteczności izolowania kannabinoidów zarówno z marihuany, jak i konopi włóknistych.
Ultradźwiękowa ekstrakcja kannabinoidów
Technologia ekstrakcji ultradźwiękowej jest wysoce skuteczna w uwalnianiu związków aktywnych (tj. kannabinoidów (CBD, THC, CBG), olejków eterycznych, terpenów itp.) z materiału roślinnego, takiego jak kwiatostany, liście i łodygi.
Ekstrakcja ultradźwiękowa przewyższa konwencjonalne techniki ekstrakcji dzięki różnym zaletom:
Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) jest dobrze znana jako technika intensyfikacji procesu, która poprawia transport masy i pozwala uzyskać większe ilości związków bioaktywnych, takich jak kannabinoidy, terpeny itp.
Sonikacja pozwala uzyskać ekstrakty wysokiej jakości, ponieważ ekstrakcja ultradźwiękowa nie wymaga stosowania agresywnych, toksycznych rozpuszczalników do uwalniania kannabinoidów. Ekstrakcję ultradźwiękową można prowadzić, stosując jako rozpuszczalniki na przykład wodę, mieszaninę wody i alkoholu, alkohol lub olej (oliwę z oliwek, olej kokosowy). Dzięki temu ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) jest znacznie bardziej przyjazna dla środowiska.
Dowiedz się więcej o właściwym doborze rozpuszczalników do ekstrakcji ultradźwiękowej!
Łagodne warunki ekstrakcji podczas sonikacji pozwalają uzyskać ekstrakt o takich samych, lecz wzmocnionych właściwościach jak surowiec (np. konopie włókniste, marihuana) – zapewniający lepsze działanie prozdrowotne, smak i zapach.
Ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher można precyzyjnie kontrolować. Pełna kontrola nad parametrami procesu, takimi jak intensywność i temperatura, umożliwia uzyskanie wyjątkowo wysokiej jakości ekstraktu. Ponieważ sonikacja jest nietermiczną metodą przetwarzania, unika się degradacji termicznej składników wrażliwych na ciepło. Temperatury ekstrakcji w zakresie 0–60°C są optymalne dla uzyskania ekstraktów o doskonałej jakości.
Kolejną zaletą ekstrakcji ultradźwiękowej jest szybkość procesu: cały proces ekstrakcji wymaga zaledwie kilku minut, aby uwolnić kannabinoidy z komórek roślinnych, podczas gdy inne techniki ekstrakcji wymagają godzin, a nawet dni przetwarzania.
Zarówno koszty inwestycyjne, jak i eksploatacyjne są minimalne w porównaniu z alternatywnymi ekstraktorami, np. ekstraktorami wykorzystującymi nadkrytyczny CO2. Systemy ekstrakcji ultradźwiękowej zapewniają bardzo szybki zwrot z inwestycji.
UP400St do ekstrakcji kannabinoidów z konopi włóknistych
- Ekstrakty wysokiej jakości
- Pełniejsza ekstrakcja
- Wysoka szybkość ekstrakcji
- Ekstrakt o pełnym spektrum
- Możliwość stosowania różnych rozpuszczalników
- Nietoksyczność
- Metoda nietermiczna (na zimno)
- Szybki proces ekstrakcji
- Bezpieczeństwo i łatwość obsługi
- Liniowa skalowalność
Konopie włókniste a marihuana
Cannabis to rodzina roślin, które można podzielić na C. Indica i C. Sativa. Konopie włókniste i marihuana są gatunkami Cannabis Sativa.
Porównując konopie włókniste z marihuaną, można dostrzec ogromną różnicę: konopie włókniste zawierają bardzo niskie stężenie THC (0,3% lub mniej), natomiast marihuana jest bogata w THC, którego stężenie wynosi od 15% do 40%.
Dlatego do niedawna konopie włókniste uprawiano głównie do celów przemysłowych. Obecnie konopie włókniste są cenione również ze względu na ilość CBD, którą można z nich uzyskać. CBD jest niepsychoaktywnym kannabinoidem o właściwościach przeciwzapalnych i przeciwlękowych. Marihuanę uprawia się głównie ze względu na zawartość THC, które jest wykorzystywane do celów rekreacyjnych i leczniczych.
Olej konopny i CBD, główny kannabinoid występujący w konopiach włóknistych, to obiecujące substancje podawane w celu wspomagania leczenia między innymi takich dolegliwości i chorób, jak stany lękowe, przewlekłe stany zapalne, choroby autoimmunologiczne, ból, bóle głowy i migrena oraz zaburzenia żołądkowo-jelitowe.
Sonikator sondowy UP400St jest popularnym ekstraktorem ultradźwiękowym stosowanym do izolowania CBD, THC, CBG, CBN, innych kannabinoidów, a także terpenów z konopi włóknistych i marihuany.
Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe
Hielscher Ultrasonics oferuje małe, średniej wielkości i przemysłowe procesory ultradźwiękowe, które mogą pracować 24/7. W zależności od surowca i objętości przetwarzanego materiału możemy zaoferować system ekstrakcji ultradźwiękowej odpowiadający Twoim potrzebom. Możesz wybrać ekstrakcję okresową lub ciągłą. Późniejsze zwiększenie skali do większych wydajności przetwarzania jest łatwe, ponieważ procesy ultradźwiękowe można skalować liniowo.
Systemy pilotażowe i przemysłowe Hielscher mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy – umożliwiając niezawodną i ciągłą pracę z amplitudami do 200µm w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do indywidualnych potrzeb. Solidność sonikatorów Hielscher umożliwia pracę przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Jako producent ekstraktorów ultradźwiękowych dużej mocy z wieloletnim doświadczeniem Hielscher jest Twoim niezawodnym partnerem w zaawansowanych procesach ekstrakcji. Zapewniamy doradztwo i wspieramy naszych klientów swoją wiedzą, prowadząc ich od testów wykonalności po instalację przemysłową.
Skontaktuj się z nami już teraz! Chętnie omówimy z Tobą Twoje wymagania dotyczące ekstrakcji!
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Instalacja Hielscher UIP4000hdT, ekstraktora ultradźwiękowego o mocy 4kW, do ekstrakcji przemysłowej.
Literatura / Źródła
- 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.
Warto wiedzieć
Ekstrakcja ultradźwiękowa stała się najskuteczniejszą i najbardziej przyjazną dla użytkownika techniką ekstrakcji związków bioaktywnych z surowców roślinnych. Najbardziej znanym przykładem skutecznej ekstrakcji może być izolowanie CBD i innych kannabinoidów z konopi.
Ultradźwiękowe a konwencjonalne metody ekstrakcji
Moczenie w etanolu jest prostą metodą, ale bardzo czasochłonną; wydajność procesu jest ograniczona, a koszty rozpuszczalnika i energii są wysokie. Pozostałości rozpuszczalnika w produkcie końcowym utrudniają osiągnięcie celu, jakim jest uzyskanie ekstraktu wysokiej jakości.
Ekstrakcja z wykorzystaniem zamkniętego systemu węglowodorowego wymaga stosowania paliw kopalnych, przez co w produkcie końcowym mogą znajdować się substancje rakotwórcze, takie jak benzen.
Systemy ekstrakcji nadkrytycznym CO2 wiążą się z wysokimi kosztami inwestycyjnymi i dużym zużyciem energii. Ekstraktory wykorzystujące nadkrytyczny CO2 wymagają dobrze przeszkolonego personelu, ponieważ obsługa systemów z CO2 pod wysokim ciśnieniem jest niebezpieczna. Wyciek CO2 może spowodować śmierć obecnych pracowników wskutek uduszenia.
Ekstrakcja wodą w warunkach krytycznych jest przyjazną dla środowiska alternatywą, która jest powolna i uwalnia tylko niewielką część związków bioaktywnych.
Ekstrakcja ultradźwiękowa
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest techniką intensyfikacji ekstrakcji, którą można stosować zarówno z wodą (bez rozpuszczalników), jak i z rozpuszczalnikami, takimi jak etanol, mieszanina etanolu i wody, gliceryna, metanol, oleje roślinne lub inne wybrane rozpuszczalniki. Ekstrakcja ultradźwiękowa wspomaga transport masy, dzięki czemu można uzyskać wydajność ekstrakcji na poziomie 95–99%. Sonikację można łatwo przenieść na większą skalę i uzyskać ekstrakty wysokiej jakości.
Ekstraktor ultradźwiękowy do pracy na małą skalę, taki jak UP400St (400W), może przetworzyć partię o objętości do 10L w ciągu 5–15min (w zależności od parametrów procesu, takich jak surowiec (świeży lub suszony; kwiatostany, liście, łodygi), rozpuszczalnik i temperatura).
Ekstraktor ultradźwiękowy UIP2000hdT o dużej mocy 2kW może pracować jako system w linii procesowej. W trybie przepływowym UIP2000hdT z łatwością przetwarza od 200 do 800L/hr (również w zależności od parametrów procesu).
Koszt inwestycyjny procesora ultradźwiękowego jest niski w porównaniu z ekstraktorem CO2. Koszty energii potrzebnej do pracy również są znikome. Ekstraktory ultradźwiękowe są bardzo bezpieczne w obsłudze, łatwe do czyszczenia i wymagają bardzo niewielu czynności konserwacyjnych.
Konopie
Związki bioaktywne zawarte w konopiach (zarówno konopiach włóknistych, jak i marihuanie) przyciągnęły w ostatnim czasie wiele uwagi. Szczególnie w przypadku kannabinoidu kannabidiolu (CBD) wykazano wiele korzyści zdrowotnych, od właściwości przeciwnowotworowych i przeciwzapalnych po działanie przeciwbólowe i przeciwdepresyjne. Oprócz kannabidiolu konopie zawierają wiele innych kannabinoidów, takich jak THC (tetrahydrokannabinol), kannabinol (CBN), kannabigerol (CBG), kannabichromen (CBC) i kannabinodiol (CBND). Kannabinoidy wykazały ogromny potencjał terapeutyczny i są przedmiotem wielu badań naukowych.
Wydaje się, że wzajemne oddziaływanie różnych kannabinoidów i innych związków bioaktywnych, takich jak terpeny, polifenole, flawonoidy i alkaloidy, przynosi jeszcze większe korzyści zdrowotne. Współdziałanie różnych terpenów, różnych kannabinoidów i innych związków roślinnych nazywa się „efektem otoczenia”. Dzięki temu efektowi ekstrakty o pełnym spektrum, które można skutecznie uzyskać poprzez ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami (UAE), są znane z wyjątkowego działania terapeutycznego.
Terpeny konopi
Terpenoidy są składnikami olejków eterycznych występujących w surowcach roślinnych. Konopie są bardzo bogate w terpeny. W konopiach terpeny powstają w trichomach rośliny. Trichomy to błyszczące, lepkie kryształy przylegające do liści i kwiatostanów. Trichomy te stanowią naturalny mechanizm obronny konopi, chroniący roślinę przed owadami i zwierzętami. Ze względu na intensywny zapach terpeny działają odstraszająco. Dla nas, ludzi, najbardziej zauważalną cechą terpenów konopi jest ich zapach. Terpeny te przyczyniają się do licznych korzyści zdrowotnych związanych z konopiami (konopiami włóknistymi i marihuaną).
Oprócz aromatu i zapachu cząsteczki terpenów są silnie działającymi substancjami roślinnymi, które zapewniają różne korzyści lecznicze.
Zarówno marihuana, jak i konopie włókniste z rodzaju Cannabis Sativa zawierają wyjątkowo dużą ilość terpenoidów oraz ponad 100 różnych typów tych substancji.
Każdy terpen ma unikalne właściwości, od uspokajających po poprawiające nastrój. Na przykład nerolidol działa uspokajająco i przeciwlękowo, linalol pomaga łagodzić objawy stanów lękowych i zapalenia stawów, natomiast mircen jest znany z łagodzenia przewlekłego bólu. Terpeny β-mircen, Ɣ-pinene i humulen zmniejszają stan zapalny i działają przeciwbólowo.
Różne terpeny występują wyłącznie w konopiach, ale wiele terpenów występujących w konopiach jest obecnych również w kilku innych roślinach. Kariofilen występuje np. w zielonych warzywach liściastych, chmielu, a także w rozmarynie i oregano. Limonen jest głównym terpenem występującym w owocach cytrusowych, takich jak cytryny i pomarańcze.
Efekt otoczenia
Każdy terpen jest znany z określonego działania terapeutycznego. Wiadomo jednak, że terpeny i inne związki roślinne, takie jak polifenole i flawonoidy, wykazują wyjątkowe działanie synergistyczne, które prowadzi do lepszej symbiozy między kannabinoidami. To wzajemne oddziaływanie różnych związków bioaktywnych jest znane jako „efekt otoczenia”.
Efekt otoczenia zwiększa biodostępność terpenów i pomaga organizmowi skuteczniej wchłaniać kannabinoidy.
Rodzaje związków bioaktywnych
Liczba, stężenie i różnorodność związków bioaktywnych odpowiadają za właściwości lecznicze ekstraktu roślinnego. Te związki bioaktywne są syntetyzowane jako metabolity wtórne, które nie uczestniczą we wzroście ani fotosyntezie roślin. Mają jednak kluczowe znaczenie dla przetrwania roślin i ich interakcji z otoczeniem. Roślinne związki bioaktywne można ogólnie podzielić na trzy klasy: terpeny i terpenoidy, alkaloidy oraz związki fenolowe. Związki fenolowe są najbardziej rozpowszechnioną grupą metabolitów wtórnych w królestwie roślin; są dobrze znane i cenione za działanie przeciwutleniające. Inną ważną klasą związków fenolowych o małej masie cząsteczkowej są flawonoidy, które również wykazują bardzo silne działanie przeciwutleniające.
Do związków fenolowych należą kwasy fenolowe, takie jak kwas benzoesowy i kwasy hydroksycynamonowe, flawonoidy, takie jak flawony i flawonole, lignany oraz stilbeny. Ekstrakt o pełnym spektrum (np. uzyskany poprzez ekstrakcję ultradźwiękową z konopi) zawiera wszystkie te różne związki roślinne, które wykazują najszersze spektrum działania prozdrowotnego.
Zasada działania ekstrakcji ultradźwiękowej
Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na falach akustycznych (ultradźwiękach) wprowadzanych do ciekłego ośrodka. Intensywne fale ultradźwiękowe generują cykle wysokiego / niskiego ciśnienia. W wyniku różnic ciśnienia podczas rozchodzenia się fal ultradźwiękowych przez ciecz powstają pęcherzyki kawitacyjne. Implozja tych pęcherzyków kawitacyjnych prowadzi do powstania warunków o wysokiej gęstości energii.
Ultradźwiękowa ekstrakcja związków aktywnych i olejków eterycznych opiera się na zasadzie działania kawitacji akustycznej. Powyższy rysunek przedstawia efekt zapadania się pęcherzyka kawitacyjnego i wynikające z niego uwalnianie olejku eterycznego z materiału roślinnego
źródło: Altaf et al. 2018
Warunki w pobliżu implodujących pęcherzyków kawitacyjnych mogą być ekstremalne – generując temperatury do 4500°C i ciśnienia do 100 MPa. Implozja i wynikające z niej różnice ciśnienia powodują powstawanie bardzo dużych sił ścinających i turbulencji w obszarze gorącego punktu kawitacyjnego. Połączenie tych czynników – różnic ciśnienia, różnic cieplnych i ścinania – wspomaga transport masy, a tym samym procesy ekstrakcji. Pod wpływem intensywnych sił kawitacji ultradźwiękowej komórki (np. roślin, bakterii lub tkanek) są rozbijane, a materiał wewnątrzkomórkowy (taki jak oleje, lipidy, białka i związki aktywne) jest uwalniany do otaczającego rozpuszczalnika.
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest zatem preferowaną metodą intensyfikacji procesów ekstrakcji.
Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na kawitacji akustycznej i wywoływanych przez nią hydrodynamicznych siłach ścinających
Ekstraktory ultradźwiękowe dużej mocy – od skali laboratoryjnej przez pilotażową po przemysłową.