Rozpúšťanie kanabinoidov v alkoholických nápojoch pomocou ultrazvukovej nanoemulgácie
Vyrábajte číre, stabilné nápoje s CBD, THC, CBG a plnospektrálnymi konopnými extraktmi pomocou škálovateľnej ultrazvukovej nanoemulgácie. Kanabinoidy sú zlúčeniny rozpustné v oleji a pri nedostatočnom dispergovaní v alkoholických nápojových systémoch alebo v nápojových systémoch s nízkym obsahom alkoholu môžu spôsobovať zákal, tvorbu prstenca, sedimentáciu, nepríjemnú chuť a nejednotné dávkovanie. Vysokovýkonné ultrazvukové emulgátory Hielscher Ultrasonics vytvárajú jemné kanabinoidové nanoemulzie na dosiahnutie priehľadného vzhľadu, dlhodobej fyzikálnej stability a reprodukovateľného rozloženia účinných látok.
Od vývoja receptúr až po kontinuálnu výrobu v prietokovom režime pomáhajú sonikátory Hielscher výrobcom nápojov regulovať veľkosť kvapôčok, používanie emulgátorov, teplotu, čas zdržania a spracovateľskú kapacitu. Používajte ultrazvukové emulgačné systémy Hielscher na liehoviny s CBD, koktaily s prídavkom THC, sýtené vody s kanabisom, bittery, aperitívy, nealkoholické konopné nápoje a receptúry funkčných nápojov.
Vyrábajte nanoemulgované nápoje so sonikátorom UP400St
Prečo je náročné začleniť kanabinoidy do nápojových receptúr
Kanabinoidy sa dobre rozpúšťajú v alkohole s veľmi vysokým obsahom etanolu. Alkohol so silou 190 proof, ktorý obsahuje približne 92,4% hmotnostných etanolu, však nie je vhodný pre väčšinu spotrebiteľských nápojov pre svoj silný fyziologický účinok, ostrú chuť a obmedzenú flexibilitu pri tvorbe receptúr. Väčšina komerčných konopných nápojov vrátane liehovín, koktailov pripravených na priamu konzumáciu (RTD), sýtených vôd a výrobkov s nízkym objemovým obsahom alkoholu (ABV) vyžaduje nižší obsah alkoholu, príjemný chuťový profil a stabilný vzhľad.
Na začlenenie konopných extraktov, ako sú CBD, THC, CBG a plnospektrálne extrakty z konopy alebo kanabisu, do nápojových výrobkov sa musí olejová fáza obsahujúca kanabinoidy rozptýliť na veľmi malé kvapôčky a stabilizovať kompatibilným potravinárskym emulgátorom. Ultrazvuková nanoemulgácia vytvára intenzívne šmykové sily, ktoré dispergujú olejovú fázu do alkoholickej alebo vodno-alkoholickej nápojovej matrice. Výsledkom sú číre alebo jemne dispergované kanabinoidové nápoje so zlepšenou stabilitou, rovnomerným rozložením účinných látok a atraktívnym optickým vzhľadom.
Ultrazvuková nanoemulgácia pre číre nápoje s CBD a THC
Ultrazvukové procesory Hielscher vytvárajú v kvapalinách akustickú kavitáciu. Výsledné intenzívne šmykové pôsobenie, mikroprúdenie a tlakové výkyvy rozbíjajú olejové fázy obsahujúce kanabinoidy na kvapôčky nanometrových rozmerov a rovnomerne ich rozptyľujú v celom nápoji. V kombinácii s vhodným potravinárskym emulgátorom pomáha ultrazvuk vytvárať priehľadné alebo priesvitné nanoemulzie pre alkoholické a nealkoholické nápoje s prídavkom kanabisu.
Úzka distribučná krivka nanoemulzie konopného oleja vo vode pripravenej pomocou ultrazvukového prístroja UP400St.
- Účinná a rýchla homogenizácia s vysokým šmykovým namáhaním
- Číry alebo priehľadný vzhľad nápoja
- Malá veľkosť kvapôčok na zlepšenie stability disperzie
- Reprodukovateľné rozloženie účinných látok na zabezpečenie jednotného dávkovania
- Vhodné pre CBD, THC, CBG a plnospektrálne extrakty
- Kompatibilné s rôznymi systémami potravinárskych emulgátorov
- Škálovateľné od laboratórneho vývoja receptúr až po priemyselnú výrobu v prietokovom režime
- Jednoduchá obsluha s presným riadením procesu
Pracovný postup pre technikov pri výrobe nápojov
Nasledujúci pracovný postup pomáha tímom výskumu a vývoja nápojov a výrobným technikom vyvíjať stabilné receptúry kanabinoidových nápojov a prenášať ich z laboratória do výroby v prietokovom režime.
| Krok procesu | Na čo sa má technik zamerať | Účel |
|---|---|---|
| 1. Definujte nápojovú matricu | ABV, pH, obsah cukru, sýtenie oxidom uhličitým, systém ochucovania, konzervačné látky | Určite limity kompatibility pred pridaním kanabinoidov |
| 2. Pripravte kanabinoidovú fázu | CBD, THC, CBG, plnospektrálny extrakt, nosný olej, terpénový profil | Vytvorte fázu s kontrolovaným obsahom účinných látok na presné dávkovanie |
| 3. Vyberte emulgátor | Potravinársky, s čistou etiketou, kompatibilný s alkoholom, chuťovo neutrálny | Stabilizujte nanoemulziu a podporte čírosť nápoja |
| 4. Vykonajte predbežné premiešanie | Hrubá emulzia, riadené poradie pridávania, bez nasávania vzduchu | Pripraviť formuláciu na účinnú sonikáciu |
| 5. Sonikácia | Amplitúda, privádzaný výkon, prietok, čas zotrvania, teplota | Zmenšiť kvapôčky a homogenizovať kanabinoidnú fázu |
| 6. Kontrola kvality | Veľkosť kvapôčok, zákal, distribúcia účinných látok, fázová stabilita | Potvrdiť, že nápoj spĺňa špecifikáciu |
| 7. Testovanie trvanlivosti | Cykly zahrievania a ochladzovania, vystavenie svetlu, čas skladovania, stabilita sýtenia oxidom uhličitým | Overiť stabilitu v reálnych podmienkach na trhu |
| 8. Zväčšenie výrobnej mierky | Vsádzková, recirkulačná alebo kontinuálna prietoková prevádzka | Preniesť formuláciu do komerčnej výroby |
Kľúčové parametre formulácie stabilných kanabinoidných nápojov
Úspešná výroba kanabinoidných nápojov závisí od vzájomného pôsobenia kvality extraktu, chemických vlastností emulgátora, obsahu alkoholu a parametrov ultrazvukového procesu. Pri vývoji receptúry by nápojoví technológovia mali dokumentovať tieto premenné:
- Veľkosť kvapôčok: Menšie kvapôčky podporujú čírosť, fyzikálnu stabilitu a rovnomernú distribúciu kanabinoidov.
- Koncentrácia emulgátora: Množstvo emulgátora musí byť dostatočné na stabilizáciu rozhrania olej–voda alebo olej–alkohol bez toho, aby spôsobovalo nežiaducu príchuť alebo nadmerné penenie.
- Obsah alkoholu: Vysokokoncentrovaný etanol rozpúšťa kanabinoidy ľahšie, zatiaľ čo nápoje s nízkym objemovým obsahom alkoholu zvyčajne vyžadujú intenzívnejšiu emulgáciu a stabilizáciu.
- Teplota: Prívod ultrazvukovej energie môže zvýšiť teplotu kvapaliny. Pri formuláciách s chuťovými a aromatickými zložkami citlivými na teplotu môže byť potrebné chladenie alebo výmena tepla priamo v prietokovom systéme.
- Čas zotrvania a prietok: Prietoková sonikácia umožňuje presne riadiť prívod energie na jednotku objemu.
- Počet priechodov: Recirkulácia alebo viacnásobné priechody môžu v prípade potreby ďalej zmenšiť kvapôčky.
- Nápojová matrica: Cukor, kyseliny, sýtenie oxidom uhličitým, farbivá, chuťové a aromatické látky a konzervačné látky môžu ovplyvniť čírosť a dlhodobú stabilitu emulzie.
Tipy na zlepšenie nanoemulzií kanabinoidných nápojov
| Problém | Pravdepodobná príčina | Navrhovaná úprava |
|---|---|---|
| Zákal alebo zakalenie | Príliš veľké kvapôčky; nekompatibilný emulgátor; nadmerné zaťaženie olejovej fázy | Zvýšte intenzitu ultrazvuku, optimalizujte pomer emulgátora alebo znížte množstvo kanabinoidov |
| Tvorba prstenca | Olejová fáza nie je úplne stabilizovaná | Zlepšite výber emulgátora, zvýšte kvalitu predbežného miešania alebo pridajte ďalší sonikačný priechod |
| Sedimentácia | Nečistoty v extrakte, vosky alebo nestabilná disperzia | Použite čistejší extrakt, zlepšite filtráciu a optimalizujte podmienky sonikácie |
| Horká alebo výrazne konopná chuť | Profil extraktu, množstvo terpénov alebo vysoká koncentrácia THC či plnospektrálneho extraktu | Použite maskovanie chuti, znížte dávku na porciu alebo vyberte čistejší extrakt |
| Penenie počas spracovania | Systém povrchovo aktívnych látok, nasávanie vzduchu alebo prevádzkové podmienky čerpadla | Obmedzte strhávanie vzduchu do kvapaliny, optimalizujte plnenie prietokovej cely a upravte otáčky čerpadla |
| Nárast teploty | Vysoký prívod energie alebo nedostatočné chladenie | Použite prietokové chladenie, skráťte čas recirkulácie alebo regulujte čas zotrvania |
| Kolísavý obsah účinných látok | Nedostatočné miešanie, separácia fáz alebo nevhodný odber vzoriek | Overte homogenitu, odoberajte vzorky z rôznych výškových úrovní nádrže a zlepšite prietokovú dispergáciu |
Kanabinoidy rozpustené na nanoúrovni na zlepšenie disperzie a biologickej dostupnosti
Kanabinoidy sú slabo rozpustné vo vode a prirodzene hydrofóbne. V nápojoch to spôsobuje problémy s čírosťou, stabilitou a konzistentným dávkovaním. Nanoemulzie, lipozómy a nosiče z tuhých lipidov sa používajú vo farmaceutických, nutraceutických a funkčných potravinárskych aplikáciách na zlepšenie disperzie a podporu dostupnosti lipofilných bioaktívnych zlúčenín.
Ultrazvuková nanoemulgácia zväčšuje povrch fázy obsahujúcej kanabinoidy tým, že zmenšuje kvapôčky na veľmi malé rozmery. Tým sa zlepšuje distribúcia v nápojovej matrici a môže sa podporiť lepšie rozpúšťanie počas konzumácie. Výrobcovia nápojov by mali overiť biologickú dostupnosť, tvrdenia o nástupe účinku a tvrdenia o dávkovaní podľa príslušných analytických a regulačných požiadaviek na svojich cieľových trhoch.
Liehoviny s prídavkom THC a konopné nápoje pripravené na priamu konzumáciu (RTD)
Vývoj receptúr nápojov s obsahom THC je obzvlášť náročný. THC má intenzívny chuťový profil a mnohé značky nápojov vyžadujú okrem stabilnej disperzie a konzistentného dávkovania aj čistú, jemnú chuť. Ultrazvuková nanoemulgácia pomáha dispergovať extrakty obsahujúce THC do liehovín, koktailov, sýtených nápojov typu seltzer, bitterov a ďalších nápojových základov. Kvalita chuti však závisí aj od výberu extraktu, terpénového profilu, výberu emulgátora, dávkovania a systému chuťových zložiek nápoja.
Pri nápojoch s obsahom THC, CBD a plnospektrálnych konopných extraktov by výrobcovia mali overiť požiadavky na zloženie, dávkovanie, označovanie, balenie a distribúciu v príslušnej jurisdikcii. Predpisy pre konopu, alkohol a kombinované konopno-alkoholové výrobky sa môžu na jednotlivých trhoch výrazne líšiť.
Použitie v nápojoch
- liehoviny s obsahom CBD a THC
- receptúry vodky, whisky, rumu a ginu
- bittery a aperitívy, ako je amaro
- koktaily pripravené na priamu konzumáciu (RTD) a miešané nápoje
- alkoholické nápoje typu seltzer a alkoholické sýtené vody
- nápoje na báze piva a sladu
- alkoholické limonády a sýtené nealkoholické nápoje s prídavkom alkoholu
- ovocné šťavy, limonády a nealkoholické konopné nápoje
- funkčné nápoje s obsahom CBD, CBG alebo plnospektrálnych extraktov
Ultrazvukové ochucovanie a obohacovanie rastlinnými zložkami
Ultrazvukovú extrakciu možno použiť aj na výrobu nealkoholických a alkoholických konopných nápojov s ďalšími rastlinnými chuťovými látkami. Sonikáciu možno napríklad použiť na obohatenie konopného nápoja bylinkami, koreninami, citrusovými šupkami, rastlinnými zložkami používanými v bitteroch alebo inými ochucujúcimi prísadami. To môže zlepšiť senzorický profil a podporiť vývoj odlíšených nápojových výrobkov.
Ultrazvukové procesory s vysokým šmykovým účinkom na rozpúšťanie a emulgáciu
Hielscher Ultrasonics ponúka široký sortiment vysokovýkonných ultrazvukových procesorov na nanoemulgáciu kanabinoidov do alkoholických a nealkoholických nápojov. Konopné nápoje, aperitívy, liehoviny a koktaily možno pripraviť vmiešaním fytokanabinoidov, ako sú CBD, THC, CBG alebo plnospektrálne konopné extrakty, do kvapalín vhodných na pitie.
Priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy. V nepretržitej výrobe v režime 24/7 možno pracovať s amplitúdami až do 200µm. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru.
Ktorý ultrazvukový procesor Hielscher je vhodný pre váš proces výroby nápojov?
Výber vhodného ultrazvukového systému závisí od veľkosti šarže, cieľového prietoku, viskozity, obsahu alkoholu, požadovanej veľkosti kvapôčok a výrobného harmonogramu. Začnite laboratórnymi skúškami na potvrdenie stability receptúry a potom zvýšte rozsah na poloprevádzkové alebo priemyselné spracovanie v prietokovej linke s využitím rovnakého princípu ultrazvukového procesu.
| Výrobná fáza | Objem šarže | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|---|
| Laboratórny vývoj receptúr | 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| Vývoj receptúr a malé šarže | 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Poloprevádzkové skúšky a remeselná výroba | 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| Priemyselná výroba v prietokovej linke | 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| Veľkoobjemová kontinuálna výroba | nevzťahuje sa | 10 až 100L/min | UIP16000hdT |
| Veľmi veľké výrobné linky | nevzťahuje sa | vyšší | Zostava zariadení UIP16000hdT |
Často kladené otázky: Kanabinoidové nanoemulzie v alkoholických nápojoch
Prečo sa kanabinoidy ťažko rozpúšťajú v alkoholických nápojoch?
Kanabinoidy, ako sú CBD, THC, CBG a plnospektrálne konopné extrakty, sú hydrofóbne, čo znamená, že sa zle rozpúšťajú v nápojových systémoch na báze vody. Vysokokoncentrovaný etanol dokáže kanabinoidy rozpúšťať ľahšie, ale väčšina spotrebiteľských nápojov má oveľa nižší obsah alkoholu. V nápojoch s nízkym obsahom alkoholu, koktailoch, nápojoch typu seltzer a nápojoch pripravených na priamu konzumáciu musia byť kanabinoidy jemne emulgované, aby zostali rovnomerne rozptýlené a vzhľadovo stabilné.
Ako ultrazvuk pomáha rozpúšťať kanabinoidy v nápojoch?
Ultrazvukové procesory vytvárajú v kvapalinách intenzívne kavitačné sily. Tieto sily rozbíjajú olejové fázy obsahujúce kanabinoidy na veľmi malé kvapôčky a rovnomerne ich rozptyľujú v nápojovej matrici. S vhodným potravinárskym emulgátorom môže ultrazvuková nanoemulgácia vytvárať číre alebo jemne dispergované kanabinoidné nápoje so zlepšenou fyzikálnou stabilitou.
Možno ultrazvukovú emulgáciu použiť pri nápojoch s CBD a THC?
Áno. Ultrazvukovú emulgáciu možno použiť pre CBD, THC, CBG a plnospektrálne konopné extrakty. Tento proces je vhodný pre výrobcov nápojov, ktorí vyvíjajú liehoviny obohatené konopnými látkami, koktaily pripravené na priamu konzumáciu (RTD), alkoholické sýtené vody, horké likéry, aperitívy, nealkoholické konopné nápoje a ďalšie funkčné nápoje. Výrobcovia musia overiť, či ich zloženie, obsah kanabinoidov, označovanie a predajné kanály spĺňajú platné miestne predpisy.
Vďaka čomu je kanabinoidný nápoj číry a stabilný?
Čírosť a stabilita závisia od veľkosti kvapôčok, výberu emulgátora, koncentrácie kanabinoidov, obsahu alkoholu, obsahu cukru, pH, teploty a podmienok skladovania. Ultrazvuková nanoemulgácia pomáha zmenšovať kvapôčky a zlepšovať ich rozptýlenie, čo môže obmedziť zákal, vyplavovanie kvapôčok na povrch, sedimentáciu a oddeľovanie fáz.
Ktoré emulgátory možno použiť pre nanoemulzie kanabinoidných nápojov?
Receptúry kanabinoidných nápojov zvyčajne vyžadujú potravinárske emulgátory alebo stabilizátory, ktoré sú kompatibilné s nápojovou matricou a spĺňajú regulačné požiadavky. Najlepší emulgátor závisí od kanabinoidného extraktu, požadovaného chuťového profilu, obsahu alkoholu, požiadaviek na označovanie a cieľovej čírosti. Ultrazvukové systémy Hielscher možno počas vývoja receptúry testovať s rôznymi emulgačnými systémami.
Mení ultrazvukové spracovanie chuť konopných nápojov?
Ultrazvukové spracovanie zlepšuje dispergovanie, ale automaticky neodstraňuje charakteristickú chuť konopných extraktov. Kvalita chuti závisí od extraktu, terpénového profilu, emulgátora, dávkovania a nápojového základu. Pri THC a plnospektrálnych extraktoch môže byť potrebné maskovanie chuti alebo starostlivé kombinovanie chutí.
Je ultrazvuková nanoemulgácia vhodná na priemyselnú výrobu nápojov?
Áno. Hielscher dodáva ultrazvukové systémy od laboratórneho meradla až po poloprevádzkovú a priemyselnú prietokovú výrobu. Výrobcovia nápojov môžu začať skúškami receptúr v malom meradle, optimalizovať procesné parametre a rozšíriť ten istý ultrazvukový proces na kontinuálnu výrobu s prietokovými komorami a priemyselnými ultrazvukovými procesormi.
Ktoré procesné parametre by mali nápojoví technici riadiť?
Medzi dôležité parametre patria amplitúda, privádzaný ultrazvukový výkon, prietok, čas zotrvania, teplota, tlak, koncentrácia emulgátora, koncentrácia kanabinoidov a počet priechodov. Pri kontrole kvality by nápojoví technici mali sledovať veľkosť kvapôčok, zákal, fázovú stabilitu, rozptýlenie kanabinoidov, chuť a vlastnosti počas doby trvanlivosti.
Možno ultrazvukové systémy integrovať do existujúcej nápojovej linky?
Áno. Priemyselné ultrazvukové procesory možno nakonfigurovať na prietokové spracovanie a integrovať s čerpadlami, nádržami, výmenníkmi tepla, prietokovými komorami a existujúcimi zariadeniami na výrobu nápojov. Prietoková sonikácia je obzvlášť užitočná pri riadenom zväčšovaní výrobného meradla, zabezpečovaní reprodukovateľnej kvality a kontinuálnej výrobe.
Ako si vybrať správny ultrazvukový prístroj Hielscher na kanabinoidné nápoje?
Správny systém závisí od veľkosti šarže, cieľového prietoku, viskozity, obsahu alkoholu, požadovanej veľkosti kvapôčok a výrobného harmonogramu. Malé ultrazvukové prístroje sú vhodné na laboratórny vývoj receptúr a skúšky uskutočniteľnosti, zatiaľ čo priemyselné systémy Hielscher sa používajú pri poloprevádzkových skúškach, remeselnej výrobe a kontinuálnej prietokovej výrobe.
Literatúra / Referencie
- Huestis, Marilyn A. (2007): Human Cannabinoid Pharmacokinetics. Chem Biodivers. 2007 August; 4(8): 1770–1804.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
UIP4000hdT, výkonný priemyselný sonikátor s výkonom 4000 wattov, na prietokovú výrobu konopných nápojov obohatených nanoinfúziou a nanoemulgovaných konopných nápojov.
Vysokovýkonná ultrazvuková technológia: sortiment produktov Hielscher pokrýva celé spektrum od kompaktných laboratórnych ultrazvukových prístrojov a stolových jednotiek až po kompletné priemyselné ultrazvukové systémy.