Rýchla a jednoduchá ultrazvuková extrakcia kanabisu
Extrahujte kanabinoidy, terpény a ďalšie cenné zlúčeniny z kanabisu rýchlejšie pomocou ultrazvukových extrakčných systémov Hielscher. Výkonový ultrazvuk zintenzívňuje prenos hmoty, rozrušuje rastlinné bunky a pomáha účinne uvoľňovať aktívne zlúčeniny do vami zvoleného rozpúšťadla – od etanolu a jedlých olejov až po špecializované extrakčné médiá.
Ultrazvukové zariadenia na extrakciu kanabisu pre vyššie výťažky a rýchlejšie spracovanie
Či už vyvíjate laboratórny protokol, validujete poloprevádzkový proces alebo zväčšujete rozsah na priemyselnú výrobu, ultrazvukové procesory Hielscher vám poskytujú presnú kontrolu nad amplitúdou, teplotou, tlakom, dobou zdržania a podmienkami rozpúšťadla. Vďaka tomu je ultrazvuková extrakcia spoľahlivou voľbou na získavanie reprodukovateľných extraktov z kanabisu a konopy s krátkymi časmi spracovania a škálovateľnou spracovateľskou kapacitou.
Prečo si spracovatelia vyberajú ultrazvukovú extrakciu Hielscher:
- Rýchlejšia extrakcia kanabinoidov a terpénov
- Vysoká účinnosť extrakcie a reprodukovateľná kvalita produktu
- Šetrné, netepelné spracovanie zlúčenín citlivých na teplo
- Kompatibilita s bežnými extrakčnými rozpúšťadlami vrátane etanolu a nosných olejov
- Jednoduché zväčšenie rozsahu od laboratórnych skúšok až po plnú priemyselnú výrobu
- Procesné poradenstvo, skúšky uskutočniteľnosti a podpora pri inštalácii od inžinierov spoločnosti Hielscher
Uveďte nám svoju surovinu, rozpúšťadlo, veľkosť dávky alebo prietok a požadovaný extrakt. Odporučíme vám vhodnú ultrazvukovú zostavu a procesné parametre pre vašu aplikáciu.
Sonikátor UP400St na extrakciu kanabisu
| Metóda | Výzvy a problematické aspekty | Výhody ultrazvukovej extrakcie |
|---|---|---|
| Macerácia | Dlhý čas spracovania | Rýchlejší prenos hmoty a kratšia extrakcia |
| Soxhlet | Vystavenie teplu a spotreba rozpúšťadla | Šetrnejšia extrakcia pri nižšej teplote |
| Superkritický CO₂ | Investičné náklady a obmedzenia spracovateľskej kapacity | Možno ju kombinovať alebo dodatočne integrovať na zlepšenie extrakcie |
| Extrakcia etanolom | Výťažok, rýchlosť, zachovanie terpénov | Lepšie rozrušenie buniek a reprodukovateľné parametre |
Ultrazvukové procesory Hielscher na extrakciu kanabisu – vedecky preukázaná účinnosť!
Casiraghi a kolegovia z talianskej Milánskej univerzity porovnali tri metódy extrakcie konopy: ultrazvukovú extrakciu, Soxhletovu extrakciu a maceráciu.
Cieľom štúdie bolo preskúmať účinnosť ultrazvukovej extrakcie pri získavaní kanabinoidov z konopy siatej a porovnať ju s inými extrakčnými metódami, ako sú Soxhletova extrakcia a macerácia.
Výskumníci pri extrakcii použili ultrazvukový procesor Hielscher UP200Ht (pozri obrázok vľavo) a zistili, že metóda extrakcie podporovanej ultrazvukom bola pri získavaní kanabinoidov účinnejšia než ostatné dve metódy. Ultrazvuková extrakcia bola tiež rýchlejšia, efektívnejšia a menej náročná na prácu než ostatné metódy.
Extrakcia sa uskutočnila s použitím olivového oleja ako rozpúšťadla. Rastlinný materiál sa pridal do rozpúšťadla a sonikoval sa 10 minút pri 60% amplitúde pomocou ultrazvukového prístroja UP200Ht.
Po sonikácii sa extrakt prefiltroval a rozpúšťadlo sa odparilo pri zníženom tlaku, aby sa získal koncentrovaný extrakt. Následne sa obsah kanabinoidov v extrakte analyzoval pomocou vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie (HPLC).
Celkovo výsledky tejto štúdie ukázali, že ultrazvuková extrakcia kanabinoidov CBD a THC v olivovom oleji je účinnou metódou získavania kanabinoidov z rastlinného materiálu Cannabis sativa s vysokými výťažkami a čistotou.
Jednou z výhod ultrazvukovej extrakcie pomocou UP200Ht je, že môže poskytovať vyššie výťažky kanabinoidov za kratší čas než tradičné extrakčné metódy. Výskumníci tiež uviedli, že ultrazvuková extrakcia je v porovnaní s inými extrakčnými metódami šetrnejšia k životnému prostrediu, pretože vyžaduje menej rozpúšťadla a energie. Ultrazvukovú extrakciu možno navyše ľahko škálovať na priemyselnú výrobu, čo z nej robí sľubnú metódu veľkokapacitnej výroby extraktov CBD.
Na záver štúdia naznačuje, že ultrazvuková extrakcia pomocou UP200Ht je sľubnou metódou získavania kanabinoidov z konopy siatej na liečebné účely.
(porov. Casiraghi et al., 2022)
Ultrazvuková extrakcia je vysoko účinná metóda získavania kanabinoidov, ako sú CBD a THC. Ako rozpúšťadlo sa použil olivový olej a ultrazvuková extrakcia sa uskutočnila pomocou UP200ST.
(obrázok a štúdia: © Casiraghi et al., 2022)
Priemyselný sonikátor UIP2000hdT s miešadlom v sude na veľkokapacitnú extrakciu konopy
Podmienky sonikácie a extrakcie
Ultrazvukové extraktory Hielscher vám poskytujú úplnú kontrolu nad všetkými relevantnými procesnými parametrami vrátane amplitúdy, času sonikácie, tlaku, teploty, prietoku a zloženia rozpúšťadla. To vám umožňuje optimalizovať proces extrakcie z hľadiska výťažku, profilu extraktu, spracovateľskej kapacity a požiadaviek na následné spracovanie.
Proces sonikácie konopy
Extrakcia podporovaná ultrazvukom je založená na opakujúcich sa cykloch vysokého a nízkeho tlaku. Tieto striedajúce sa cykly vysokého a nízkeho tlaku, ktoré sa počas sonikácie opakujú 20 000-krát za sekundu, vytvárajú intenzívne šmykové sily a prúdy kvapaliny. Toto extrémne namáhanie prekonáva selektivitu membrány, perforuje a rozrušuje bunkovú stenu a vedie k intenzívnemu prenosu hmoty medzi vnútrom bunky a okolitým rozpúšťadlom. Ultrazvukovou extrakciou možno dosiahnuť vyššie výťažky a kratšie časy extrakcie. Keďže ultrazvuková extrakcia je reprodukovateľný proces, výsledky extrakcie možno opakovane dosahovať so štandardizovanou kvalitou extraktu.
Ultrazvukové extraktory Hielscher vám poskytujú úplnú kontrolu nad dôležitými parametrami extrakcie. Úpravou amplitúdy, času, tlaku a zloženia kvapaliny možno výstup extrakčného procesu presne riadiť a reprodukovať.
Rozpúšťadlá na extrakciu konopy
Ultrazvuková extrakcia je kompatibilná so všetkými bežnými rozpúšťadlami, čo vám umožňuje použiť médium podľa vlastného výberu, napríklad vodu, rozpúšťadlá a oleje (napr. H2O, CO2, etanol, metanol, bután, propán, olivový olej, kokosový olej atď.).
Medzi bežné rozpúšťadlá a extrakčné médiá patria:
Pri výrobkoch na perorálne použitie sa často uprednostňujú potravinárske rozpúšťadlá a nosné oleje. Na analytické testovanie a kontrolu kvality sa môžu používať laboratórne rozpúšťadlá. Pri priemyselnej extrakcii kanabinoidov sú bežnou voľbou etanol a procesy založené na CO2. Pôsobenie ultrazvuku môže zlepšiť prenos hmoty v mnohých z týchto rozpúšťadlových systémov, a preto môže pomôcť skrátiť čas extrakcie, zvýšiť účinnosť extrakcie alebo podporiť štandardizáciu procesu.
Teplota extrakcie
Pri mnohých procesoch extrakcie rastlinných látok sa účinná ultrazvuková extrakcia dosahuje pri procesných teplotách medzi 0°C a 60°C. Nižšie teploty môžu pomôcť zachovať prchavé aromatické zlúčeniny a zložky citlivé na teplotu, zatiaľ čo mierne teploty môžu zlepšiť rozpustnosť a zvýšiť rýchlosť extrakcie. Ideálna teplota závisí od rozpúšťadla, biomasy, cieľových zlúčenín a špecifikácií konečného produktu.
Ultrazvukové systémy Hielscher možno integrovať s chladiacimi plášťami, výmenníkmi tepla a reaktormi s regulovanou teplotou, aby proces extrakcie prebiehal v požadovanom teplotnom rozsahu.
Kombinované extrakčné metódy – synergie
Dodatočné začlenenie ultrazvukového zariadenia do existujúcej prevádzky na extrakciu konopy môže pomôcť zlepšiť výkonnosť extrakcie, zvýšiť spracovateľskú kapacitu, skrátiť čas extrakcie alebo zvýšiť reprodukovateľnosť procesu.
Ultrazvukovú extrakciu možno jednoducho kombinovať s tlakom, teplom, superkritickými extrakčnými podmienkami alebo Soxhletovým extraktorom s cieľom zlepšiť výsledky a/alebo prispôsobiť extrakčnú zostavu špecifickým požiadavkám. Dodatočné začlenenie ultrazvukového zariadenia do existujúcej prevádzky na extrakciu konopy je obzvlášť zaujímavé vtedy, keď existujúca extrakčná metóda nedosahuje požadovanú výkonnosť a objem produkcie.
Existujúce extrakčné zariadenia možno jednoducho modernizovať začlenením ultrazvukového extraktora. Radi vám pomôžeme s vyhodnotením procesu, výberom zariadenia, návrhom inštalácie a integráciou do vašich existujúcich výrobných liniek.
Prečítajte si viac o superkritickej extrakcii CO2 zdokonalenej ultrazvukom!
Oblasti použitia ultrazvukovej extrakcie konopy
Presné riadenie procesu a lineárna škálovateľnosť umožňujú prenášať extrakčné parametre z laboratórnych skúšok do poloprevádzkovej výroby a výroby v plnom rozsahu. Spracovatelia tak môžu vyvinúť spoľahlivú extrakčnú metódu, overiť ju v menšom rozsahu a s istotou zväčšiť rozsah výroby.
Kanabinoidy, terpény a ďalšie účinné látky rastliny konopy sa extrahujú na rozmanité účely. Ultrazvuková extrakcia je osvedčená metóda získavania extraktov z rastliny konopy na
- medicínsku/ farmaceutickú výrobu
- rekreačné konopné produkty
- výrobu nutraceutík a potravín
- použitie pred následným spracovaním, napr. nanoemulgáciou
- testovanie obsahu účinných látok v drogách
- forenznú/chemickú analýzu
Ultrazvukové extraktory – pre malý aj veľký rozsah spracovania
Hielscher Ultrasonics je vaším partnerom pre vysokovýkonné ultrazvukové extrakčné zariadenia. Či už chcete vyrábať menšie šarže vysokokvalitných CBD extraktov pre svoju exkluzívnu značku, alebo spracúvať veľké množstvá technickej konopy či marihuany v priemyselnom rozsahu – Hielscher Ultrasonics má pre vás ideálne ultrazvukové extrakčné zariadenie!
Lineárna škálovateľnosť a presné riadenie procesu umožňujú dosahovať spoľahlivé výsledky pri akomkoľvek rozsahu spracovania. Prečítajte si viac o zväčšovaní rozsahu procesov ultrazvukovej extrakcie!
Pomôžeme vám: naše poradenstvo a služby optimalizácie procesov
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics má dlhoročné skúsenosti s ultrazvukovým spracovaním a dôkladne rozumie procesom ultrazvukovej extrakcie. Pomáhame vám s odporúčaniami pri výbere najvhodnejšieho ultrazvukového zariadenia pre váš proces a učíme vás, ako naše zariadenia používať čo najefektívnejšie. Naši inžinieri poskytujú inštalačné služby po celom svete.
V našom plne vybavenom laboratóriu ultrazvukových procesov v Nemecku dokáže náš tím procesných inžinierov a chemikov vyvinúť a optimalizovať váš proces pre vás alebo spoločne s vami.
- krátky čas extrakcie
- vysoká rýchlosť extrakcie
- úplnejšia extrakcia
- šetrné, netepelné spracovanie
- jednoduchá integrácia a bezpečná prevádzka
- žiadne nebezpečné / toxické chemikálie, žiadne nečistoty
- nízke náklady
- energetická účinnosť
- zelená extrakcia: šetrná k životnému prostrediu
Čo je ultrazvuková extrakcia kanabisu?
Ultrazvuková extrakcia kanabisu je extrakčná metóda, ktorá využíva vysokovýkonný ultrazvuk na uvoľnenie kanabinoidov, terpénov a ďalších bioaktívnych zlúčenín z rastlinného materiálu kanabisu alebo konopy. Ultrazvuková kavitácia vytvára v kvapaline intenzívne šmykové sily, ktoré narúšajú rastlinné bunky a zlepšujú prenos hmoty medzi rastlinným materiálom a rozpúšťadlom.
Ako ultrazvuk zlepšuje extrakciu kanabinoidov?
Ultrazvuk zlepšuje extrakciu kanabinoidov narúšaním bunkových stien, zvyšovaním prieniku rozpúšťadla a urýchľovaním uvoľňovania zlúčenín z rastlinnej matrice. V porovnaní s pomalými pasívnymi metódami, ako je macerácia, to môže skrátiť čas extrakcie a zlepšiť jej účinnosť.
Ktoré kanabinoidy možno extrahovať ultrazvukovou extrakciou?
Ultrazvukovú extrakciu možno použiť na extrakciu kanabinoidov, ako sú CBD, THC, THCA, CBDA, CBG, a ďalších zlúčenín prítomných v biomase kanabisu alebo konopy. Konečný kanabinoidový profil závisí od rastlinného materiálu, rozpúšťadla, teploty, času extrakcie a podmienok následného spracovania.
Môže ultrazvuková extrakcia zachovať terpény?
Áno, ultrazvukovú extrakciu možno vykonávať pri nízkych a regulovaných teplotách, čo je užitočné pri spracovaní zlúčenín citlivých na teplo, ako sú terpény. Regulácia teploty, krátke časy extrakcie a výber vhodného rozpúšťadla pomáhajú chrániť prchavé a citlivé zložky extraktu.
Ktoré rozpúšťadlá možno použiť na ultrazvukovú extrakciu kanabisu?
Ultrazvuková extrakcia kanabisu je kompatibilná s mnohými bežnými extrakčnými médiami vrátane etanolu, zmesí vody a etanolu, jedlých olejov, ako je olivový alebo kokosový olej, a ďalších rozpúšťadiel špecifických pre daný proces. Najlepšie rozpúšťadlo závisí od zamýšľaného produktu, regulačných požiadaviek, následného spracovania a cieľových zlúčenín.
Je ultrazvuková extrakcia vhodná na extrakciu kanabisu etanolom?
Áno, etanol sa bežne používa pri ultrazvukovej extrakcii kanabisu. Sonikácia môže zintenzívniť extrakciu etanolom tým, že zlepšuje kontakt medzi rozpúšťadlom a rastlinným materiálom, skracuje čas extrakcie a podporuje reprodukovateľné procesné podmienky.
Možno ultrazvukovú extrakciu kanabisu použiť s nosnými olejmi?
Áno, kanabinoidy možno extrahovať do nosných olejov, ako je olivový alebo kokosový olej. To môže byť užitočné pri formuláciách, v ktorých olej slúži priamo ako extrakčné médium alebo ako súčasť formulácie konečného produktu.
Je ultrazvuková extrakcia kanabisu tepelný proces?
Nie. Ultrazvuková extrakcia sa považuje za šetrnú, netepelnú extrakčnú metódu. Hoci je aj naďalej potrebné monitorovať a regulovať procesnú teplotu, extrakčný účinok je predovšetkým mechanický: kavitácia, šmykové sily, narúšanie častíc a zlepšený prenos hmoty.
Ako dlho trvá ultrazvuková extrakcia kanabisu?
Čas extrakcie závisí od rastlinného materiálu, veľkosti častíc, rozpúšťadla, teploty, koncentrácie pevných látok, amplitúdy ultrazvuku a konfigurácie zariadenia. V mnohých aplikáciách sonikácia výrazne skracuje čas extrakcie v porovnaní s konvenčnou maceráciou.
Možno ultrazvukovú extrakciu konopy rozšíriť na priemyselnú výrobu?
Áno. Ultrazvukovú extrakciu možno rozšíriť z laboratórneho testovania na poloprevádzkovú a priemyselnú výrobu. Ultrazvukové procesory Hielscher sú dostupné na skúšky s malými šaržami, vývoj procesov a veľkokapacitné kontinuálne spracovanie.
Ktoré procesné parametre sú pri ultrazvukovej extrakcii konopy najdôležitejšie?
Medzi dôležité parametre patria amplitúda ultrazvuku, čas sonikácie, teplota, tlak, typ rozpúšťadla, pomer rozpúšťadla k biomase, veľkosť častíc a podmienky miešania alebo prúdenia. Presná regulácia týchto parametrov pomáha dosiahnuť reprodukovateľnú kvalitu extraktu.
Možno ultrazvukovú extrakciu doplniť do existujúcej linky na extrakciu konopy?
Áno. Ultrazvukové procesory možno často integrovať do existujúcich extrakčných systémov na zlepšenie prenosu hmoty, skrátenie času spracovania alebo zvýšenie účinnosti extrakcie. Najvhodnejšia koncepcia integrácie závisí od súčasnej extrakčnej metódy, manipulácie s rozpúšťadlami, spracovateľskej kapacity a dostupného priestoru pre proces.
Ktorý ultrazvukový procesor Hielscher je vhodný na extrakciu konopy?
Vhodný ultrazvukový procesor závisí od požadovanej veľkosti šarže, prietoku, rozpúšťadla, rastlinného materiálu a výrobného cieľa. Menšie zariadenia sú vhodné na skúšky uskutočniteľnosti a vývoj laboratórnych protokolov, zatiaľ čo priemyselné ultrazvukové procesory série UIP sú navrhnuté na extrakciu v poloprevádzkovom a výrobnom meradle.
Ako si vyberiem vhodnú zostavu na ultrazvukovú extrakciu?
Pri výbere vhodnej zostavy určte typ biomasy, cieľové kanabinoidy alebo terpény, rozpúšťadlo, veľkosť šarže alebo prietok pri kontinuálnom spracovaní, teplotné limity a následné kroky spracovania. Hielscher na základe týchto požiadaviek odporučí ultrazvukový procesor, sonotródu, reaktor a procesné parametre.
Základné informácie o ultrazvukovej extrakcii
Výkonový ultrazvuk je osvedčenou metódou účinnej a spoľahlivej extrakcie aktívnych zlúčenín vrátane rastlinných/liečivých zlúčenín, oleja, bielkovín a bioaktívnych látok (napr. flavónov, polyfenolových zlúčenín, antokyánu, aromatických látok) z rastlinných surovín, bylín, kvetov a semien.
Pri ultrazvukovej extrakcii sa výkonné ultrazvukové vlny prenášajú do zmesi rastlinného materiálu a rozpúšťadla, čím vzniká akustická kavitácia. Akustická kavitácia sa opisuje ako ultrazvukom vyvolaný vznik, rast a implozívny kolaps bublín v kvapalinách.
„Počas kavitácie spôsobuje kolaps bublín intenzívny lokálny ohrev a vysoké tlaky s veľmi krátkym trvaním. V oblakoch kavitujúcich bublín majú tieto horúce miesta ekvivalentné teploty približne 5000 K, tlaky približne 1000 atmosfér a rýchlosti ohrevu a ochladzovania nad 1010 K/s. Pri kavitácii jednej bubliny môžu byť podmienky ešte extrémnejšie. Kavitácia teda môže vytvárať extrémne fyzikálne a chemické podmienky v inak studených kvapalinách. Ak sa kvapaliny obsahujúce pevné látky ožarujú ultrazvukom, môžu sa vyskytnúť súvisiace javy. V blízkosti rozľahlého pevného povrchu stráca kolaps kavitačnej dutiny sférickú symetriu, čo ženie vysokorýchlostné prúdy kvapaliny proti pevnému povrchu. Tieto prúdy a súvisiace rázové vlny môžu spôsobiť značné poškodenie povrchu a odkryť čerstvé, silno zahriate povrchy. Okrem toho počas ultrazvukového ožarovania suspenzií prášku v kvapaline dochádza k vysokorýchlostným zrážkam medzi časticami v dôsledku kavitácie a rázových vĺn, ktoré v takýchto suspenziách vytvára. Výsledné zrážky môžu vyvolať výrazné zmeny morfológie povrchu, zloženia a reaktivity.“ [Suslick 2001: 2f.]
Tieto intenzívne podmienky ultrazvukovej kavitácie majú viaceré účinky na rastlinný materiál a jeho extrahovateľnosť:
- prekonanie selektivity bunkovej membrány
- zvýšený prenos hmoty medzi vnútrom bunky a okolitým rozpúšťadlom
- rozrušenie buniek
- uvoľnenie vnútrobunkového materiálu
Vďaka tomu je sonikácia vysoko účinnou metódou extrakcie. Vďaka intenzívnym mechanickým silám možno často používať ekologické a šetrné rozpúšťadlá, ako sú voda, etanol atď.
Ultrazvuková extrakcia skracuje čas extrakcie a umožňuje používať menšie množstvo rozpúšťadla a/alebo šetrnejšie rozpúšťadlá. To znamená, že ultrazvuková extrakcia dosahuje vyššiu rýchlosť extrakcie a poskytuje zdravšie extrakty. Je to dané charakteristikami jej prevádzky pri nízkej teplote, ktorá znižuje tepelné straty spôsobené teplotnými faktormi, zabraňuje odparovaniu látok s nízkym bodom varu a zároveň zachováva biologicky aktívne látky.
Ďalšou výhodou ultrazvukovej extrakcie je jej jednoduché a bezpečné používanie a možnosť presne riadiť jej priebeh. Sonikáciu ako netepelnú metódu extrakcie možno vykonávať pri nízkych teplotách, čím sa zabraňuje degradácii látok citlivých na teplo a termolabilných látok.
Literatúra/Referencie
- 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.
- Da Porto, C.; Natolino, A.; Decorate, D. (2015): Effect of ultrasound pre-treatment of hemp (Cannabis sativa L.) seed on supercritical CO2 extraction of oil. J Food Sci Technol 2015 Mar 25;52(3):1748-53.
- Karami, Z.; Yousefi, G.; Alipour, M.; Emam Djomeh, Z.(2013): Modeling and Optimization of Ultrasonic Assisted Extraction (UAE) of Oil from Cannabis with RSM.
Ultrazvukové spracovanie: Hielscher vás podporuje od overenia uskutočniteľnosti a optimalizácie až po komerčnú výrobu!
SonoStation: Mobilný systém na kľúč na ultrazvukové spracovanie – pozostávajúci z ultrazvukových dispergátorov, čerpadla, miešadla a nádrže