Extracția cu ultrasunete folosind cânepa ca materie primă
- Pentru planta cannabis sativa se pot distinge două specii: marijuana și cânepa.
- Ultrasunetele sunt bine cunoscute ca metodă superioară pentru izolarea canabinoizilor atât din marijuana, cât și din cânepă.
Extracția cu ultrasunete a canabinoizilor
Tehnologia de extracție cu ultrasunete este extrem de eficientă pentru eliberarea compușilor activi (adică canabinoizi (CBD, THC, CBG), uleiuri esențiale, terpene etc.) din materialul vegetal, cum ar fi mugurii, frunzele și tulpinile.
Extracția cu ultrasunete depășește tehnicile convenționale de extracție datorită diverselor avantaje:
Extracția asistată de ultrasunete (UAE) este bine cunoscută ca tehnică de intensificare a proceselor, care îmbunătățește transferul de masă și eliberează randamente mai mari de compuși bioactivi, cum ar fi canabinoizi, terpene etc.
Sonicarea produce extracte de înaltă calitate, deoarece extracția cu ultrasunete nu necesită utilizarea unor solvenți agresivi și toxici pentru eliberarea canabinoizilor. Extracția cu ultrasunete poate fi realizată, de exemplu, cu apă, amestec apă-alcool, alcool sau ulei (de măsline, de cocos) ca solvenți. Acest lucru face ca extracția asistată de ultrasunete (UAE) să fie semnificativ mai ecologică.
Citiți mai multe despre alegerea corectă a solvenților pentru extracția cu ultrasunete!
Condițiile blânde de extracție ale sonicării conduc la un extract care oferă aceleași proprietăți ale materiei prime (de exemplu, cânepă, marijuana), dar intensificate – oferind efecte superioare asupra sănătății, precum și gust și miros superioare.
Extractoarele cu ultrasunete Hielscher pot fi controlate cu precizie. Prin controlul complet asupra parametrilor de proces, cum ar fi intensitatea și temperatura, se poate obține o calitate excepțional de ridicată a extractului. Deoarece sonicarea este o metodă de procesare non-termică, degradarea termică a componentelor sensibile la căldură este evitată. Temperaturile de extracție între 0–60°C sunt optime pentru extracte superioare.
Un alt avantaj al extracției cu ultrasunete este rapiditatea procesului: întregul proces de extracție durează doar câteva minute pentru a elibera canabinoizii din celulele vegetale, în timp ce alte tehnici de extracție necesită ore sau chiar zile de procesare.
Atât costurile de investiție, cât și cele operaționale sunt minime în comparație cu extractoarele alternative, de exemplu extractoarele cu CO2 supercritic. Sistemele de extracție cu ultrasunete asigură o rentabilitate a investiției (RoI) foarte rapidă.
UP400St pentru extracția canabinoizilor din cânepă
- Extracte de înaltă calitate
- Extracție mai completă
- Rată ridicată de extracție
- Extract cu spectru complet
- Utilizarea diverșilor solvenți
- Netoxic
- Metodă non-termică (la rece)
- Proces de extracție rapid
- Sigur și ușor de utilizat
- Scalabilitate liniară
Cânepa vs marijuana
Canabisul este o familie de plante care poate fi clasificată în C. Indica și C. Sativa. Cânepa și marijuana sunt specii de Cannabis Sativa.
Când comparăm cânepa cu marijuana, există o diferență uriașă: în timp ce cânepa conține o concentrație foarte scăzută de THC (0,3% sau mai puțin), marijuana este bogată în THC, cu concentrații între 15% și 40%.
De aceea, până de curând, cânepa a fost cultivată în principal în scopuri industriale. În prezent, cânepa este apreciată și pentru randamentul său de CBD. CBD este un canabinoid non-psihoactiv care are proprietăți antiinflamatorii și anxiolitice. Marijuana este cultivată în principal pentru conținutul său de THC, care este utilizat în scopuri recreative și medicinale.
Uleiul de cânepă și CBD, principalul canabinoid din cânepă, sunt substanțe promițătoare care sunt administrate pentru a ajuta în afecțiuni medicale precum anxietatea, inflamația cronică, bolile autoimune, durerea, durerile de cap și migrena, tulburările gastrointestinale, printre altele.
Sonicatorul cu sondă UP400St este un extractor cu ultrasunete popular, utilizat pentru izolarea CBD, THC, CBG, CBN, a altor canabinoizi, precum și a terpenelor din cânepă și marijuana.
Extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță
Hielscher Ultrasonics oferă procesoare cu ultrasunete mici, de dimensiuni medii și industriale care pot funcționa 24/7. În funcție de materia primă și de volumul de proces, vă putem oferi un sistem de extracție cu ultrasunete adaptat nevoilor dumneavoastră. Puteți alege între extracția în loturi și extracția continuă. Extinderea ulterioară la capacități de proces mai mari se poate realiza cu ușurință, deoarece procesele cu ultrasunete pot fi scalate liniar.
Sistemele pilot și industriale Hielscher pot furniza amplitudini foarte mari – permițând rularea fiabilă a amplitudinilor de până la 200µm și funcționarea continuă în regim 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, sunt disponibile sonotrode ultrasonice personalizate. Robustețea sonicatoarelor Hielscher permite operarea în regim intensiv și în medii solicitante.
Ca producător cu experiență îndelungată de extractoare cu ultrasunete de mare putere, Hielscher este partenerul dumneavoastră de încredere pentru extracții sofisticate. Noi consiliem și asistăm clienții noștri cu cunoștințele noastre și îi îndrumăm de la testele de fezabilitate până la instalarea industrială.
Contactați-ne acum! Vom fi bucuroși să discutăm cu dumneavoastră cerințele de extracție!
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Instalarea Hielscher UIP4000hdT, un extractor cu ultrasunete de 4kW, pentru extracție industrială.
Literatură / Referințe
- 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.
Fapte demne de știut
Extracția cu ultrasunete a devenit cea mai eficientă și mai ușor de utilizat tehnică în ceea ce privește extracția compușilor bioactivi din plante. Cel mai proeminent exemplu de extracție reușită ar putea fi izolarea CBD și a altor canabinoizi din canabis.
Extracția cu ultrasunete vs. metodele convenționale de extracție
Macerarea în etanol este o metodă simplă, dar consumă foarte mult timp, capacitatea de proces este limitată, iar costurile cu solventul și energia sunt ridicate. Solventul rezidual din produsul final interferează cu obiectivul de a produce un extract de înaltă calitate.
Extracția folosind un sistem închis cu hidrocarburi necesită utilizarea combustibililor fosili, astfel încât în produsul final pot fi găsite substanțe cancerigene precum benzenul.
Sistemele de extracție cu CO2 supercritic implică costuri ridicate de investiție, precum și un consum ridicat de energie. Extractoarele cu CO2 supercritic necesită personal bine instruit pentru operare, deoarece sistemele cu CO2 la presiune înaltă sunt periculoase de operat. Atunci când CO2 se scurge, poate provoca moartea prin asfixiere a lucrătorilor prezenți.
Extracția cu apă în condiții critice este o alternativă ecologică, care este lentă și eliberează doar o mică fracțiune din compușii bioactivi.
Extracția cu ultrasunete
Extracția cu ultrasunete este o tehnică de extracție intensificatoare care poate fi utilizată în combinație cu apă (fără solvenți) precum și cu solvenți precum etanol, etanol-apă, glicerină, metanol, uleiuri vegetale sau alți solvenți la alegere. Extracția cu ultrasunete favorizează transferul de masă, astfel încât randamente de extracție de 95–99% pot fi obținute. Sonicarea poate fi scalată cu ușurință și produce extracte de înaltă calitate.
Un extractor cu ultrasunete la scară mică precum UP400St (400W) poate procesa un lot de până la 10L în 5–15min (în funcție de parametrii de proces, cum ar fi materia primă (proaspătă sau uscată; muguri, frunze, tulpini), solventul, temperatura).
Puternicul extractor cu ultrasunete UIP2000hdT de 2kW poate funcționa ca sistem inline. În modul de curgere continuă, UIP2000hdT procesează cu ușurință între 200 și 800L/hr (de asemenea, în funcție de parametrii de proces).
Costul de investiție pentru un procesor cu ultrasunete este scăzut în comparație cu un extractor cu CO2. De asemenea, costurile energetice de operare sunt neglijabile. Extractoarele cu ultrasunete sunt foarte sigure în operare, ușor de curățat și necesită foarte puțină întreținere.
Canabis
Compușii bioactivi ai plantei de canabis (atât cânepa, cât și marijuana) au atras multă atenție în trecutul apropiat. În special pentru canabinoidul canabidiol (CBD) au fost demonstrate numeroase beneficii pentru sănătate, care variază de la proprietăți de combatere a cancerului și antiinflamatorii până la efecte de ameliorare a durerii și antidepresive. Pe lângă canabidiol, planta de canabis conține numeroși alți canabinoizi, cum ar fi THC (tetrahidrocanabinol), canabinol (CBN), canabigerol (CBG), canabicromenă (CBC) și canabinodiol (CBND). Canabinoizii au demonstrat un potențial terapeutic imens și se află în centrul multor studii de cercetare.
Interacțiunea diferiților canabinoizi și a altor compuși bioactivi, precum terpenele, polifenolii, flavonoidele și alcaloizii, pare să conducă la beneficii pentru sănătate și mai bune. Interacțiunea dintre diferite terpene, diferiți canabinoizi și alți compuși vegetali se numește „efect de anturaj”. Datorită acestui efect de anturaj, extractele cu spectru complet, care pot fi obținute cu succes prin extracție asistată de ultrasunete (UAE), sunt cunoscute pentru efecte terapeutice excepționale.
Terpenele din canabis
Terpenoidele sunt componente ale uleiurilor esențiale care se găsesc în plante. Planta de canabis este foarte bogată în terpene. În canabis, terpenele sunt produse în tricomii plantei. Tricomii sunt cristalele lucioase și lipicioase care aderă la frunze și muguri. Acești tricomi reprezintă mecanismul natural de apărare al plantei de canabis, care protejează planta împotriva insectelor și animalelor. Datorită mirosului parfumat, terpenele acționează ca repelent. Pentru noi, oamenii, cea mai remarcabilă caracteristică a terpenelor din canabis este mirosul lor. Aceste terpene contribuie la numeroasele beneficii pentru sănătate ale plantei de canabis (cânepă și marijuana).
Pe lângă aroma și mirosul lor, moleculele de terpene sunt substanțe botanice puternice care oferă diverse beneficii medicale.
Atât marijuana, cât și cânepa din genul Cannabis Sativa conțin o cantitate excepțională de terpenoide și conțin mai mult de 100 de tipuri diferite ale acestor substanțe.
Fiecare terpenă are proprietăți unice, care variază de la sedative la energizante. De exemplu, nerolidolul are efecte sedative și anxiolitice, linaloolul ajută la gestionarea simptomelor anxietății și artritei, în timp ce mircenul este cunoscut pentru ameliorarea durerii cronice. Terpenele β-mircen, Ɣ-pinene și humulen reduc inflamația și au efecte analgezice.
Diverse terpene sunt unice pentru canabis, dar multe dintre terpenele găsite în canabis sunt prezente și în alte câteva plante. Cariofilenul se găsește, de exemplu, în legumele cu frunze verzi, hamei precum și în rozmarin și oregano. Limonenul este principala terpenă din citrice, precum lămâile și portocalele.
Efectul de anturaj
Fiecare terpenă este cunoscută pentru efecte terapeutice specifice. Cu toate acestea, se știe că terpenele și alți compuși botanici, precum polifenolii și flavonoidele, prezintă efecte sinergice excepționale, care conduc la o simbioză îmbunătățită între canabinoizi. Această interacțiune a diverșilor compuși bioactivi este cunoscută sub numele de „efect de anturaj”.
Efectul de anturaj face terpenele mai biodisponibile și ajută organismul să absoarbă canabinoizii mai eficient.
Tipuri de compuși bioactivi
Numărul, concentrația și varietatea compușilor bioactivi sunt responsabile pentru proprietățile medicinale ale unui extract botanic. Acești compuși bioactivi sunt sintetizați ca metaboliți secundari, care nu contribuie la creșterea sau fotosinteza plantelor. Cu toate acestea, ei sunt esențiali pentru supraviețuirea plantelor și interacțiunea acestora cu mediul. Compușii bioactivi botanici pot fi clasificați, în linii mari, în trei clase: terpene și terpenoide, alcaloizi și compuși fenolici. Compușii fenolici reprezintă cel mai larg răspândit grup de metaboliți secundari din regnul vegetal și sunt bine cunoscuți și apreciați pentru efectele lor antioxidante. O altă clasă importantă de compuși fenolici cu masă moleculară mică o reprezintă flavonoidele, care prezintă, de asemenea, efecte antioxidante foarte puternice.
Gama compușilor fenolici include acizi fenolici, precum acizii benzoici și hidroxicinamici, flavonoide precum flavonele și flavonolii, lignani și stilbeni. Un extract cu spectru complet (de exemplu, obținut prin extracție cu ultrasunete din canabis) include toți acești compuși botanici diferiți, care prezintă cele mai variate efecte asupra sănătății.
Principiul de funcționare al extracției cu ultrasunete
Extracția cu ultrasunete se bazează pe unde acustice (ultrasunete) cuplate într-un mediu lichid. Undele ultrasonice intense generează cicluri de presiune înaltă / presiune joasă. Din cauza diferențelor de presiune din timpul propagării undelor ultrasonice prin lichid, apar bule de cavitație. Implozia acestor bule de cavitație conduce la condiții cu densitate energetică ridicată.
Extracția cu ultrasunete a compușilor activi și a uleiurilor esențiale se bazează pe principiul de funcționare al cavitației acustice. Figura de mai sus prezintă efectul colapsului unei bule de cavitație și eliberarea rezultată a uleiului esențial din materialul vegetal
sursa: Altaf et al. 2018
Condițiile din apropierea bulelor de cavitație care implodează pot fi extreme – producând temperaturi de până la 4500°C și presiuni de până la 100 MPa. Implozia și diferențele de presiune rezultate conduc la forțe de forfecare foarte mari și turbulențe în punctul fierbinte cavitațional. Combinația acestor factori – diferențe de presiune, diferențe de temperatură și forfecare – favorizează transferul de masă și, prin urmare, procesele de extracție. Prin forțele intense ale cavitației ultrasonice, celulele (de exemplu, ale plantelor, bacteriilor sau țesuturilor) sunt dezintegrate, iar materialul intracelular (cum ar fi uleiurile, lipidele, proteinele și compușii activi) este eliberat în solventul înconjurător.
Extracția cu ultrasunete este, prin urmare, metoda preferată pentru intensificarea proceselor de extracție.
Extracția cu ultrasunete se bazează pe cavitația acustică și pe forțele sale hidrodinamice de forfecare
Extractoare cu ultrasunete de mare putere, de la scară de laborator la scară pilot și industrială.