Ультразвуковая экстракция с использованием конопли в качестве сырья
- Для растения cannabis sativa можно выделить два вида: марихуану и коноплю.
- Ультразвук хорошо известен как превосходный метод выделения каннабиноидов как из марихуаны, так и из конопли.
Ультразвуковая экстракция каннабиноидов
Технология ультразвуковой экстракции высокоэффективна для высвобождения активных соединений (т. е. каннабиноидов (CBD, THC, CBG), эфирных масел, терпенов и т. д.) из растительного материала, такого как соцветия, листья и стебли.
Ультразвуковая экстракция превосходит традиционные методы экстракции благодаря ряду преимуществ:
Экстракция с применением ультразвука (UAE) хорошо известна как метод интенсификации процессов, который улучшает массоперенос и обеспечивает более высокий выход биоактивных соединений, таких как каннабиноиды, терпены и т. д.
Обработка ультразвуком позволяет получать высококачественные экстракты, поскольку ультразвуковая экстракция не требует использования агрессивных токсичных растворителей для высвобождения каннабиноидов. Например, ультразвуковую экстракцию можно проводить с использованием воды, водно-спиртовой смеси, спирта или масла (оливкового, кокосового) в качестве растворителей. Это делает экстракцию с применением ультразвука (UAE) значительно более экологичной.
Узнайте больше о правильном выборе растворителей для ультразвуковой экстракции!
Мягкие условия экстракции при обработке ультразвуком позволяют получить экстракт с теми же, но усиленными свойствами исходного сырья (например, конопли, марихуаны) – с превосходным воздействием на здоровье, вкусом и запахом.
Ультразвуковые экстракторы Hielscher поддаются точному управлению. Полный контроль параметров процесса, таких как интенсивность и температура, позволяет получить экстракт исключительно высокого качества. Поскольку обработка ультразвуком является нетермическим методом обработки, удаётся избежать термического разложения термочувствительных компонентов. Температуры экстракции в диапазоне 0–60°C оптимальны для получения превосходных экстрактов.
Ещё одно преимущество ультразвуковой экстракции – быстрота процесса: весь процесс экстракции для высвобождения каннабиноидов из растительных клеток занимает лишь несколько минут, тогда как другие методы экстракции требуют нескольких часов или даже дней обработки.
Как капитальные, так и эксплуатационные затраты минимальны по сравнению с альтернативными экстракторами, например экстракторами со сверхкритическим CO2. Системы ультразвуковой экстракции обеспечивают очень быструю окупаемость инвестиций.
UP400St для экстракции каннабиноидов из конопли
- Высококачественные экстракты
- Более полная экстракция
- Высокая скорость экстракции
- Экстракт полного спектра
- Использование различных растворителей
- Нетоксичность
- Нетермический (холодный) метод
- Быстрый процесс экстракции
- Безопасность и простота использования
- Линейная масштабируемость
Конопля и марихуана: сравнение
Каннабис – это семейство растений, которые можно разделить на C. Indica и C. Sativa. Конопля и марихуана являются видами Cannabis Sativa.
При сравнении конопли и марихуаны обнаруживается огромное различие: конопля содержит очень низкую концентрацию THC (0,3% или менее), тогда как марихуана богата THC, концентрация которого составляет от 15% до 40%.
Поэтому до недавнего времени коноплю выращивали преимущественно для промышленных целей. Сегодня конопля ценится также за выход CBD. CBD – это непсихоактивный каннабиноид, обладающий противовоспалительными и анксиолитическими свойствами. Марихуану выращивают главным образом ради содержащегося в ней THC, который используется в рекреационных и медицинских целях.
Конопляное масло и CBD, основной каннабиноид, содержащийся в конопле, являются перспективными веществами, которые применяют для помощи при таких состояниях и заболеваниях, как тревожность, хроническое воспаление, аутоиммунные заболевания, боль, головные боли и мигрень, желудочно-кишечные расстройства и другие.
Зондовый ультразвуковой аппарат UP400St – популярный ультразвуковой экстрактор, используемый для выделения CBD, THC, CBG, CBN, других каннабиноидов, а также терпенов из конопли и марихуаны.
Высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы
Hielscher Ultrasonics предлагает малые, средние и промышленные ультразвуковые процессоры, которые могут работать в режиме 24/7. В зависимости от вашего сырья и объёма обработки мы можем предложить систему ультразвуковой экстракции, соответствующую вашим потребностям. Вы можете выбрать периодическую или непрерывную экстракцию. Впоследствии легко увеличить производительность процесса, поскольку ультразвуковые процессы масштабируются линейно.
Пилотные и промышленные системы Hielscher могут обеспечивать очень высокие амплитуды – позволяя надёжно и непрерывно работать с амплитудами до 200µm в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Прочная конструкция ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет эксплуатировать их при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Как производитель мощных ультразвуковых экстракторов с многолетним опытом, Hielscher является вашим надёжным партнёром в решении сложных задач экстракции. Мы консультируем наших клиентов, помогаем им, опираясь на наши знания, и сопровождаем их от испытаний на осуществимость до установки промышленного оборудования.
Свяжитесь с нами прямо сейчас! Мы будем рады обсудить ваши требования к экстракции!
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Установка Hielscher UIP4000hdT, ультразвукового экстрактора мощностью 4kW, для промышленной экстракции.
Литература / Источники
- 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.
Полезные сведения
Ультразвуковая экстракция стала самым эффективным и удобным для пользователя методом извлечения биоактивных соединений из растительного сырья. Самым ярким примером успешной экстракции может быть выделение CBD и других каннабиноидов из каннабиса.
Ультразвуковые и традиционные методы экстракции: сравнение
Замачивание в этаноле – простой метод, но он требует очень много времени, производительность процесса ограничена, а затраты на растворитель и энергию высоки. Остаточный растворитель в конечном продукте препятствует достижению цели получения высококачественного экстракта.
Экстракция с использованием закрытой углеводородной системы требует применения ископаемого топлива, поэтому в конечном продукте могут присутствовать канцерогенные вещества, такие как бензол.
Системы экстракции сверхкритическим CO2 отличаются высокими капитальными затратами и энергопотреблением. Для эксплуатации экстракторов со сверхкритическим CO2 требуется хорошо обученный персонал, поскольку системы с CO2 под высоким давлением опасны в эксплуатации. Утечка CO2 может привести к смерти находящихся рядом работников от удушья.
Экстракция водой в критических условиях – экологичная альтернатива, которая протекает медленно и высвобождает лишь небольшую долю биоактивных соединений.
Ультразвуковая экстракция
Ультразвуковая экстракция – метод интенсификации экстракции, который можно использовать в сочетании с водой (без растворителя) , а также с растворителями , такими как этанол, смесь этанола и воды, глицерин, метанол, растительные масла или другие выбранные растворители. Ультразвуковая экстракция способствует массопереносу, что позволяет получить выход экстракта 95–99% . Обработку ультразвуком легко масштабировать, и она позволяет получать высококачественные экстракты.
Малый ультразвуковой экстрактор, такой как UP400St (400W), способен обработать партию объёмом до 10L за 5–15min (в зависимости от параметров процесса, таких как сырьё (свежее или высушенное; соцветия, листья, стебли), растворитель, температура).
Мощный ультразвуковой экстрактор UIP2000hdT мощностью 2kW может работать как система, встроенная в технологическую линию. В проточном режиме UIP2000hdT легко обрабатывает от 200 до 800L/hr (также в зависимости от параметров процесса).
Капитальные затраты на ультразвуковой процессор низки по сравнению с экстрактором CO2. Затраты на электроэнергию при эксплуатации также пренебрежимо малы. Ультразвуковые экстракторы очень безопасны в эксплуатации, легко очищаются и требуют совсем небольшого объёма технического обслуживания.
Каннабис
В последнее время биоактивные соединения растения каннабис (как конопли, так и марихуаны) привлекают большое внимание. В частности, для каннабиноида каннабидиола (CBD) были продемонстрированы многочисленные полезные для здоровья эффекты – от противораковых и противовоспалительных свойств до обезболивающего и антидепрессивного действия. Помимо каннабидиола, растение каннабис содержит множество других каннабиноидов, таких как THC (тетрагидроканнабинол), каннабинол (CBN), каннабигерол (CBG), каннабихромен (CBC) и каннабинодиол (CBND). Каннабиноиды продемонстрировали огромный терапевтический потенциал и находятся в центре внимания многочисленных исследований.
Взаимодействие различных каннабиноидов и других биоактивных соединений, таких как терпены, полифенолы, флавоноиды и алкалоиды, по-видимому, обеспечивает ещё более выраженное благотворное воздействие на здоровье. Взаимодействие различных терпенов, различных каннабиноидов и других растительных соединений называется «эффектом антуража». Благодаря этому эффекту антуража экстракты полного спектра, которые можно успешно получать посредством экстракции с применением ультразвука (UAE), известны своими исключительными терапевтическими эффектами.
Терпены каннабиса
Терпеноиды – компоненты эфирных масел, встречающиеся в растительном сырье. Растение каннабис очень богато терпенами. В каннабисе терпены образуются в трихомах растения. Трихомы – это блестящие липкие кристаллы, которые прикрепляются к листьям и соцветиям. Эти трихомы представляют собой естественный защитный механизм растения каннабис, защищающий его от насекомых и животных. Благодаря ароматному запаху терпены действуют как репеллент. Для нас, людей, наиболее заметная особенность терпенов каннабиса – их запах. Эти терпены способствуют многочисленным полезным для здоровья эффектам растения каннабис (конопли и марихуаны).
Помимо аромата и запаха, молекулы терпенов являются сильнодействующими растительными веществами, обладающими различными полезными медицинскими свойствами.
Как марихуана, так и конопля рода Cannabis Sativa содержат исключительно большое количество терпеноидов и более 100 различных типов этих веществ.
Каждый терпен обладает уникальными свойствами, от успокаивающих до повышающих настроение. Например, неролидол обладает успокаивающим и противотревожным действием, линалоол помогает справляться с симптомами тревожности и артрита, а мирцен известен своей способностью облегчать хроническую боль. Терпены β-мирцен, Ɣ-pinene и гумулен уменьшают воспаление и обладают обезболивающим действием.
Некоторые терпены встречаются только в каннабисе, но многие терпены, обнаруженные в каннабисе, присутствуют также в ряде других растений. Кариофиллен содержится, например, в зелёных листовых овощах, хмеле , а также в розмарине и орегано. Лимонен – основной терпен, содержащийся в цитрусовых, таких как лимоны и апельсины.
Эффект антуража
Каждый терпен известен определёнными терапевтическими эффектами. Однако известно, что терпены и другие растительные соединения, такие как полифенолы и флавоноиды, проявляют исключительные синергетические эффекты, которые приводят к улучшению симбиоза между каннабиноидами. Это взаимодействие различных биоактивных соединений известно как «эффект антуража«.
Эффект антуража повышает биодоступность терпенов и помогает организму эффективнее усваивать каннабиноиды.
Типы биоактивных соединений
Количество, концентрация и разнообразие биоактивных соединений определяют лечебные свойства растительного экстракта. Эти биоактивные соединения синтезируются как вторичные метаболиты, которые не участвуют в росте или фотосинтезе растений. Однако они имеют решающее значение для выживания растений и их взаимодействия с окружающей средой. Растительные биоактивные соединения можно в целом разделить на три класса: терпены и терпеноиды, алкалоиды и фенольные соединения. Фенольные соединения – наиболее распространённая группа вторичных метаболитов в растительном царстве; они хорошо известны и ценятся за свои антиоксидантные эффекты. Ещё один важный класс низкомолекулярных фенольных соединений – флавоноиды, которые также проявляют очень сильные антиоксидантные эффекты.
К фенольным соединениям относятся фенольные кислоты, такие как бензойная и гидроксикоричные кислоты, флавоноиды, такие как флавоны и флавонолы, лигнаны и стильбены. Экстракт полного спектра (например, полученный посредством ультразвуковой экстракции из каннабиса) включает все эти различные растительные соединения, которые обладают самым широким спектром воздействия на здоровье.
Принцип действия ультразвуковой экстракции
Ультразвуковая экстракция основана на акустических волнах (ультразвуке), передаваемых в жидкую среду. Интенсивные ультразвуковые волны создают циклы высокого / низкого давления. Из-за перепадов давления при распространении ультразвуковых волн через жидкость возникают кавитационные пузырьки. Схлопывание этих кавитационных пузырьков создаёт условия с высокой плотностью энергии.
Ультразвуковая экстракция активных соединений и эфирных масел основана на принципе действия акустической кавитации. На рисунке выше показано воздействие схлопывания кавитационного пузырька и происходящее в результате высвобождение эфирного масла из растительного материала
источник: Altaf et al. 2018
Условия вблизи схлопывающихся кавитационных пузырьков могут быть экстремальными – с возникновением температур до 4500°C и давлений до 100 MPa. Схлопывание и возникающие в результате перепады давления приводят к очень высоким сдвиговым усилиям и турбулентности в кавитационной горячей точке. Сочетание этих факторов – перепадов давления, перепадов температуры и сдвига – способствует массопереносу и, следовательно, процессам экстракции. Под действием интенсивных сил ультразвуковой кавитации клетки (например, растений, бактерий или тканей) разрушаются, а внутриклеточный материал (такой как масла, липиды, белки и активные соединения) высвобождается в окружающий растворитель.
Поэтому ультразвуковая экстракция является предпочтительным методом интенсификации процессов экстракции.
Ультразвуковая экстракция основана на акустической кавитации и создаваемых ею гидродинамических сдвиговых усилиях
Мощные ультразвуковые экстракторы для лабораторного, пилотного и промышленного масштаба.