Extração ultra-sônica usando cânhamo como matéria-prima

Fatos, vale a pena conhecer

A extração por ultra-sons tornou-se a técnica mais eficaz e de fácil utilização quando se trata da extração de compostos bioactivos de plantas. O exemplo mais proeminente de extração bem sucedida pode ser o isolamento de CBD e outros canabinóides da cannabis.

Métodos de extração ultra-sónicos vs. convencionais

A imersão em etanol é um método simples, mas consome muito tempo, a capacidade do processo é limitada e os custos do solvente e da energia são elevados. Os resíduos de solvente no produto final interferem com o objetivo de produzir um extrato de alta qualidade.
A extração através de um sistema fechado de hidrocarbonetos requer a utilização de combustíveis fósseis, pelo que podem ser encontradas no produto final substâncias cancerígenas como o benzeno.
Os sistemas de extração de CO2 supercrítico têm um custo de investimento elevado, bem como um elevado consumo de energia. Os extractores de CO2 supercrítico requerem pessoal bem treinado para a sua operação, uma vez que os sistemas de CO2 de alta pressão são perigosos para a operação. Em caso de fuga de CO2, pode provocar a morte por asfixia dos trabalhadores presentes.
A extração por água crítica é uma alternativa amiga do ambiente, que é lenta e liberta apenas uma pequena fração dos compostos bioactivos.

Extração por ultra-sons

A extração por ultra-sons é uma técnica de extração intensiva que pode ser utilizada em combinação com água (sem solventes) bem como com solventes tais como etanol, etanol-água, glicerina, metanol, óleos vegetais ou outros solventes à escolha. A extração ultra-sónica promove a transferência de massa de modo a que rendimentos de extrato de 95-99% pode ser obtido. A sonicação pode ser facilmente ampliada e produz extractos de alta qualidade.
Um extrator ultrassónico de pequena dimensão como o UP400St (400W) é capaz de processar um lote de até 10L em 5-15min (dependendo dos parâmetros do processo, como matéria-prima (fresca ou seca; botões, folhas, caules), solvente, temperatura).
O potente extrator ultrassónico UIP2000hdT de 2kW pode ser operado como um sistema em linha. No modo de fluxo, o UIP2000hdT processa facilmente 200 a 800L/h (dependendo também dos parâmetros do processo).
O custo de investimento para um processador ultrassónico é baixo em comparação com um extrator de CO2. Também os custos de energia para o funcionamento são negligenciáveis. Os extractores ultra-sónicos são muito seguros de operar, fáceis de limpar e requerem muito pouca manutenção.

canábis

Os compostos bioactivos da planta da canábis (cânhamo e marijuana) ganharam muita atenção no passado próximo. Especialmente no caso do canabinóide Cannabidiol (CBD), foram demonstrados muitos benefícios para a saúde, que vão desde o combate ao cancro e propriedades anti-inflamatórias até ao alívio da dor e efeitos antidepressivos. Para além do canabidiol, a planta da canábis contém muitos outros canabinóides, como o THC (tetrahidrocanabinol), o canabinol (CBN), o canabigerol (CBG), o canabicromeno (CBC) e o canabinodiol (CBND). Os canabinóides demonstraram um imenso potencial terapêutico e estão no centro de muitos estudos de investigação.
A interação entre os vários canabinóides e outros compostos bioactivos, como os terpenos, polifenóis, flavonóides e alcalóides, parece resultar em benefícios ainda maiores para a saúde. A interação de diferentes terpenos, diferentes canabinóides e outros compostos vegetais é designada por “efeito de comitiva”. Devido a este efeito de comitiva, os extractos de espetro total, que podem ser obtidos com sucesso através da extração assistida por ultra-sons (EAU), são conhecidos pelos seus efeitos terapêuticos excepcionais.

Terpenos de canábis

Os terpenóides são componentes de óleos essenciais, que podem ser encontrados em plantas. A planta da canábis é muito rica em Terpenos. Na canábis, os terpenos são produzidos nos tricomas da planta. Os tricomas são os cristais brilhantes e pegajosos que aderem às folhas e aos botões. Estes tricomas são o mecanismo de defesa natural da planta de canábis, que protege a planta contra insectos e animais. Devido ao seu cheiro perfumado, os terpenos actuam como repelentes. Para nós, humanos, a caraterística mais percetível dos terpenos da canábis é o seu cheiro. Estes terpenos contribuem para os múltiplos benefícios para a saúde da planta de canábis (cânhamo e marijuana).
Para além do seu aroma e cheiro, as moléculas de terpeno são substâncias botânicas poderosas que oferecem vários benefícios médicos.
Tanto a marijuana como o cânhamo, do género Cannabis Sativa, contêm uma quantidade excecional de terpenóides e mais de 100 tipos diferentes destas substâncias.
Cada terpeno tem propriedades únicas que variam de sedativo a estimulante. Por exemplo, o nerolidol tem efeitos sedativos e anti-ansiedade, o linalol ajuda a gerir os sintomas de ansiedade e artrite, enquanto o mirceno é conhecido por aliviar a dor crónica. Os terpenos β-Mirceno, Ɣ-pineno e humuleno reduzem a inflamação e têm efeitos analgésicos.
Vários terpenos são exclusivos da canábis, mas muitos dos terpenos encontrados na canábis também estão presentes em várias outras plantas. O cariofileno encontra-se, por exemplo, em vegetais de folha verde, lúpulo bem como no alecrim e nos orégãos. O limoneno é o principal terpeno encontrado nos citrinos, como os limões e as laranjas.

O efeito Entourage

Cada terpeno é conhecido pelos seus efeitos terapêuticos específicos. No entanto, sabe-se que os terpenos e outros compostos botânicos, como os polifenóis e os flavonóides, apresentam efeitos sinergéticos excepcionais, que resultam numa simbiose melhorada entre os canabinóides. Esta interação de vários compostos bioactivos é conhecida como “efeito de comitiva“.
O efeito de comitiva torna os terpenos mais biodisponíveis e ajuda o corpo a absorver os canabinóides de forma mais eficiente.

Tipos de compostos bioactivos

O número, a concentração e a variedade de compostos bioactivos são responsáveis pelas propriedades medicinais de um extrato botânico. Estes compostos bioactivos são sintetizados como metabolitos secundários, que não contribuem para o crescimento ou a fotossíntese das plantas. No entanto, são cruciais para as plantas’ sobrevivência e interação com o seu ambiente. Os compostos bioactivos botânicos podem ser amplamente classificados em três classes: terpenos e terpenóides, alcalóides e compostos fenólicos. Os compostos fenólicos são o grupo de metabolitos secundários mais amplamente distribuído no reino vegetal e são bem conhecidos e valorizados pelos seus efeitos antioxidantes. Outra classe importante de compostos fenólicos de baixo peso molecular são os flavonóides, que também apresentam efeitos antioxidantes muito fortes.
A gama de compostos fenólicos inclui os ácidos fenólicos, como os ácidos benzoico e hidroxicinâmico, os flavonóides, como as flavonas e os flavonóis, os lignanos e os estilbenos. Um extrato de espetro total (por exemplo, obtido por extração por ultra-sons da cannabis) inclui todos estes diferentes compostos botânicos, que apresentam os mais variados efeitos na saúde.

O princípio de funcionamento da extração por ultra-sons

A extração por ultra-sons baseia-se em ondas acústicas (ultra-sons) acopladas a um meio líquido. Ondas de ultrassom intensas geram ciclos de alta pressão / baixa pressão. Devido aos diferenciais de pressão durante a propagação das ondas de ultrassom através do líquido, ocorrem bolhas de cavitação. A implosão destas bolhas de cavitação resulta em condições de alta densidade energética.

A extração por ultra-sons de compostos activos e óleos essenciais baseia-se no princípio de funcionamento de Cavitação acústica. A figura acima mostra o efeito do colapso de uma bolha de cavitação e a consequente libertação de óleo essencial do material vegetal
fonte: Altaf et al. 2018

As condições na proximidade de bolhas de cavitação implodidas podem ser extremas – produzindo temperaturas de até 4500°C e pressões de até 100 MPa. A imlosão e os diferenciais de pressão resultantes resultam em forças de cisalhamento e turbulências muito elevadas no ponto quente cavitacional. A combinação destes factores de diferenciais de pressão, diferenciais de calor e cisalhamento promove a transferência de massa e, consequentemente, os processos de extração. Através das intensas forças de cavitação ultra-sónica, as células (por exemplo, de plantas, bactérias ou tecidos) são rompidas e o material intracelular (como óleos, lípidos, proteínas e compostos activos) é libertado para o solvente circundante.
A extração por ultra-sons é, portanto, o método preferido para intensificar os processos de extração.

A extração por ultra-sons baseia-se na cavitação acústica e nas suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas