Ultrazvuková extrakcia s použitím konopy ako suroviny
- Pri rastline Cannabis sativa možno rozlíšiť dva druhy: marihuanu a konopu.
- Ultrazvuk je dobre známy ako účinnejšia metóda izolácie kanabinoidov z marihuany aj konopy.
Ultrazvuková extrakcia kanabinoidov
Technológia ultrazvukovej extrakcie je vysoko účinná pri uvoľňovaní účinných látok (t. j. kanabinoidov (CBD, THC, CBG), éterických olejov, terpénov atď.) z rastlinného materiálu, ako sú púčiky, listy a stonky.
Ultrazvuková extrakcia prekonáva konvenčné extrakčné techniky vďaka rôznym výhodám:
Ultrazvukom asistovaná extrakcia (UAE) je dobre známa ako technika intenzifikácie procesov, ktorá zlepšuje prenos hmoty a poskytuje vyššie výťažky bioaktívnych látok, ako sú kanabinoidy, terpény atď.
Pôsobením ultrazvuku sa získavajú vysokokvalitné extrakty, pretože ultrazvuková extrakcia nevyžaduje na uvoľnenie kanabinoidov použitie agresívnych, toxických rozpúšťadiel. Ultrazvukovú extrakciu možno vykonávať napríklad s vodou, zmesou vody a alkoholu, alkoholom alebo olejom (olivovým, kokosovým) ako rozpúšťadlami. Vďaka tomu je ultrazvukom asistovaná extrakcia (UAE) výrazne šetrnejšia k životnému prostrediu.
Prečítajte si viac o správnom výbere rozpúšťadiel na ultrazvukovú extrakciu!
Mierne podmienky ultrazvukovej extrakcie vedú k získaniu extraktu, ktorý má rovnaké, ale intenzívnejšie vlastnosti ako surovina (napr. konopa, marihuana) – poskytuje lepšie účinky na zdravie, chuť a vôňu.
Ultrazvukové extraktory Hielscher možno presne riadiť. Úplnou kontrolou nad procesnými parametrami, ako sú intenzita a teplota, možno dosiahnuť mimoriadne vysokú kvalitu extraktu. Keďže sonikácia je netepelná metóda spracovania, predchádza sa tepelnej degradácii zložiek citlivých na teplo. Extrakčné teploty v rozmedzí 0–60°C sú optimálne na získanie extraktov špičkovej kvality.
Ďalšou výhodou ultrazvukovej extrakcie je rýchlosť procesu: Celý extrakčný proces trvá iba niekoľko minút, počas ktorých sa kanabinoidy uvoľnia z rastlinných buniek, zatiaľ čo iné extrakčné techniky vyžadujú hodiny alebo dokonca dni spracovania.
Investičné aj prevádzkové náklady sú minimálne v porovnaní s alternatívnymi extraktormi, napr. superkritickými CO2 extraktormi. Ultrazvukové extrakčné systémy poskytujú veľmi rýchlu návratnosť investícií.
UP400St na extrakciu kanabinoidov z konopy
- Vysokokvalitné extrakty
- Úplnejšia extrakcia
- Vysoká rýchlosť extrakcie
- Plnospektrálny extrakt
- Použitie rôznych rozpúšťadiel
- Netoxická
- Netepelná (studená) metóda
- Rýchly extrakčný proces
- Bezpečná a jednoduchá na používanie
- Lineárna škálovateľnosť
Konopa verzus marihuana
Cannabis je čeľaď rastlín, ktorú možno rozdeliť na C. Indica a C. Sativa. Konopa a marihuana sú druhy Cannabis Sativa.
Pri porovnaní konopy a marihuany existuje obrovský rozdiel; zatiaľ čo konopa obsahuje veľmi nízku koncentráciu THC (0,3% alebo menej), marihuana je bohatá na THC s koncentráciami od 15% do 40%.
Preto sa konopa až donedávna pestovala predovšetkým na priemyselné účely. V súčasnosti sa konopa cení aj pre svoj výťažok CBD. CBD je nepsychoaktívny kanabinoid, ktorý má protizápalové a anxiolytické vlastnosti. Marihuana sa pestuje najmä pre svoj obsah THC, ktoré sa používa na rekreačné a liečebné účely.
Konopný olej a CBD, hlavný kanabinoid nachádzajúci sa v konope, sú sľubné látky, ktoré sa podávajú na pomoc pri zdravotných ťažkostiach, ako sú okrem iného úzkosť, chronický zápal, autoimunitné ochorenia, bolesť, bolesti hlavy a migréna či poruchy tráviaceho traktu.
Sondový sonikátor UP400St je obľúbený ultrazvukový extraktor používaný na izoláciu CBD, THC, CBG, CBN, ďalších kanabinoidov, ako aj terpénov z konopy a marihuany.
Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory
Hielscher Ultrasonics ponúka malé, stredne veľké a priemyselné ultrazvukové procesory, ktoré možno prevádzkovať 24/7. V závislosti od vašej suroviny a objemu spracovania vám dokážeme ponúknuť ultrazvukový extrakčný systém, ktorý vyhovuje vašim potrebám. Môžete si vybrať medzi dávkovou a kontinuálnou extrakciou. Neskoršie zvýšenie kapacity spracovania je jednoduché, pretože ultrazvukové procesy možno škálovať lineárne.
Pilotné a priemyselné systémy Hielscher dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy – umožňujú spoľahlivú a nepretržitú prevádzku s amplitúdami až 200µm v režime 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje prevádzku pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Ako výrobca vysokovýkonných ultrazvukových extraktorov s dlhoročnými skúsenosťami je Hielscher vaším spoľahlivým partnerom pre náročné extrakčné procesy. Poskytujeme poradenstvo a pomáhame našim zákazníkom svojimi znalosťami a sprevádzame ich od skúšok uskutočniteľnosti až po priemyselnú inštaláciu.
Kontaktujte nás teraz! Radi s vami prediskutujeme vaše požiadavky na extrakciu!
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Inštalácia Hielscher UIP4000hdT, ultrazvukového extraktora s výkonom 4kW, na priemyselnú extrakciu.
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.
- 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.
Užitočné fakty
Ultrazvuková extrakcia sa stala najúčinnejšou a používateľsky najprívetivejšou technikou extrakcie bioaktívnych zlúčenín z rastlinných surovín. Najvýznamnejším príkladom úspešnej extrakcie môže byť izolácia CBD a ďalších kanabinoidov z konopy.
Ultrazvuková extrakcia v porovnaní s konvenčnými extrakčnými metódami
Namáčanie v etanole je jednoduchá metóda, je však veľmi časovo náročná, kapacita spracovania je obmedzená a náklady na rozpúšťadlá a energiu sú vysoké. Zvyšky rozpúšťadla v konečnom produkte bránia dosiahnutiu cieľa vyrobiť vysokokvalitný extrakt.
Extrakcia pomocou uzavretého uhľovodíkového systému vyžaduje použitie fosílnych palív, takže v konečnom produkte sa môžu nachádzať rakovinotvorné látky, ako je benzén.
Systémy na extrakciu superkritickým CO2 majú vysoké investičné náklady aj vysokú spotrebu energie. Extraktory so superkritickým CO2 vyžadujú na obsluhu dôkladne vyškolený personál, pretože prevádzka systémov s CO2 pod vysokým tlakom je nebezpečná. Pri úniku môže CO2 spôsobiť smrť prítomných pracovníkov udusením.
Extrakcia kritickou vodou je ekologickou alternatívou, ktorá je pomalá a uvoľňuje iba malú časť bioaktívnych zlúčenín.
Ultrazvuková extrakcia
Ultrazvuková extrakcia je technika intenzifikácie extrakcie, ktorú možno používať v kombinácii s vodou (bez rozpúšťadiel) ako aj s rozpúšťadlami ako sú etanol, zmes etanolu a vody, glycerín, metanol, rastlinné oleje alebo iné rozpúšťadlá podľa výberu. Ultrazvuková extrakcia podporuje prenos hmoty, takže výťažky extraktu 95–99% možno dosiahnuť. Sonikáciu možno ľahko škálovať na väčšie objemy a poskytuje vysokokvalitné extrakty.
Ultrazvukový extraktor na spracovanie malých objemov, ako je UP400St (400W), dokáže spracovať dávku až 10L za 5–15min (v závislosti od procesných parametrov, ako sú surovina (čerstvá alebo sušená; púčiky, listy, stonky), rozpúšťadlo a teplota).
Ultrazvukový extraktor UIP2000hdT s výkonom 2kW možno prevádzkovať ako systém zapojený priamo do výrobnej linky. V prietokovom režime UIP2000hdT ľahko spracuje 200 až 800L/hr (takisto v závislosti od procesných parametrov).
Investičné náklady na ultrazvukový procesor sú v porovnaní s extraktorom CO2 nízke. Aj náklady na energiu potrebnú na prevádzku sú zanedbateľné. Prevádzka ultrazvukových extraktorov je veľmi bezpečná, ľahko sa čistia a vyžadujú len minimálnu údržbu.
Konopa
Bioaktívne zlúčeniny konopy (technickej konopy aj marihuany) si v nedávnej minulosti získali veľkú pozornosť. Najmä pri kanabinoide kanabidiol (CBD) sa preukázali mnohé priaznivé účinky na zdravie, od protirakovinových a protizápalových vlastností až po účinky zmierňujúce bolesť a antidepresívne účinky. Okrem kanabidiolu obsahuje konopa množstvo ďalších kanabinoidov, ako sú THC (tetrahydrokanabinol), kanabinol (CBN), kanabigerol (CBG), kanabichromén (CBC) a kanabinodiol (CBND). Kanabinoidy preukázali obrovský terapeutický potenciál a sú predmetom mnohých výskumných štúdií.
Zdá sa, že vzájomné pôsobenie rôznych kanabinoidov a ďalších bioaktívnych zlúčenín, ako sú terpény, polyfenoly, flavonoidy a alkaloidy, vedie k ešte priaznivejším účinkom na zdravie. Vzájomné pôsobenie rôznych terpénov, rôznych kanabinoidov a ďalších rastlinných zlúčenín sa nazýva „entourage efekt“. Vďaka týmto sprievodným účinkom sú plnospektrálne extrakty, ktoré možno úspešne získať pomocou ultrazvukom asistovanej extrakcie (UAE), známe svojimi výnimočnými terapeutickými účinkami.
Terpény konopy
Terpenoidy sú zložky éterických olejov, ktoré sa nachádzajú v rastlinách. Konopa je veľmi bohatá na terpény. V konope sa terpény tvoria v trichómoch rastliny. Trichómy sú lesklé, lepkavé kryštáliky, ktoré priľnú k listom a kvetným púčikom. Tieto trichómy sú prirodzeným obranným mechanizmom konopy, ktorý chráni rastlinu pred hmyzom a zvieratami. Vďaka svojej vôni pôsobia terpény ako repelent. Pre nás ľudí je najvýraznejšou vlastnosťou terpénov konopy ich vôňa. Tieto terpény prispievajú k mnohým priaznivým účinkom konopy (technickej konopy a marihuany) na zdravie.
Okrem svojej arómy a vône sú molekuly terpénov účinnými rastlinnými látkami, ktoré poskytujú rôzne liečebné prínosy.
Marihuana aj technická konopa z rodu Cannabis Sativa obsahujú výnimočne veľké množstvo terpenoidov a viac ako 100 rôznych typov týchto látok.
Každý terpén má jedinečné vlastnosti, ktoré siahajú od upokojujúcich až po povzbudzujúce. Napríklad nerolidol má sedatívne účinky a účinky proti úzkosti, linalool pomáha zvládať príznaky úzkosti a artritídy, zatiaľ čo myrcén je známy tým, že zmierňuje chronickú bolesť. Terpény β-myrcén, Ɣ-pinén a humulén zmierňujú zápal a majú analgetické účinky.
Rôzne terpény sú jedinečné pre konopu, no mnohé terpény nachádzajúce sa v konope sú prítomné aj vo viacerých ďalších rastlinách. Karyofylén sa nachádza napr. v zelenej listovej zelenine, chmeli aj v rozmaríne a oregane. Limonén je hlavným terpénom nachádzajúcim sa v citrusových plodoch, ako sú citróny a pomaranče.
Entourage efekt
Každý terpén je známy špecifickými terapeutickými účinkami. Je však známe, že terpény a ďalšie rastlinné zlúčeniny, ako sú polyfenoly a flavonoidy, vykazujú výnimočné synergické účinky, ktoré vedú k lepšej symbióze medzi kanabinoidmi. Toto vzájomné pôsobenie rôznych bioaktívnych zlúčenín je známe ako „entourage efekt„.
Entourage efekt zvyšuje biologickú dostupnosť terpénov a pomáha telu účinnejšie vstrebávať kanabinoidy.
Typy bioaktívnych zlúčenín
Počet, koncentrácia a rozmanitosť bioaktívnych zlúčenín určujú liečivé vlastnosti rastlinného extraktu. Tieto bioaktívne zlúčeniny sa syntetizujú ako sekundárne metabolity, ktoré neprispievajú k rastu ani fotosyntéze rastlín. Sú však kľúčové pre prežitie rastlín a ich interakciu s prostredím. Rastlinné bioaktívne zlúčeniny možno vo všeobecnosti rozdeliť do troch tried: terpény a terpenoidy, alkaloidy a fenolové zlúčeniny. Fenolové zlúčeniny sú najrozšírenejšou skupinou sekundárnych metabolitov v rastlinnej ríši a sú dobre známe a cenené pre svoje antioxidačné účinky. Ďalšou dôležitou triedou nízkomolekulových fenolových zlúčenín sú flavonoidy, ktoré tiež vykazujú veľmi silné antioxidačné účinky.
Medzi fenolové zlúčeniny patria fenolové kyseliny, ako sú kyselina benzoová a hydroxyškoricové kyseliny, flavonoidy, ako sú flavóny a flavonoly, lignany a stilbény. Plnospektrálny extrakt (napr. získaný pomocou ultrazvukovej extrakcie z konopy) obsahuje všetky tieto rozličné rastlinné zlúčeniny, ktoré vykazujú najširšie spektrum účinkov na zdravie.
Princíp fungovania ultrazvukovej extrakcie
Ultrazvuková extrakcia je založená na akustických vlnách (ultrazvuku) prenášaných do kvapalného média. Intenzívne ultrazvukové vlny vytvárajú cykly vysokého / nízkeho tlaku. V dôsledku tlakových rozdielov počas šírenia ultrazvukových vĺn kvapalinou vznikajú kavitačné bubliny. Implózia týchto kavitačných bublín vytvára podmienky s vysokou hustotou energie.
Ultrazvuková extrakcia účinných látok a éterických olejov je založená na princípe akustickej kavitácie. Obrázok vyššie znázorňuje účinok kolapsu kavitačnej bubliny a následné uvoľnenie éterického oleja z rastlinného materiálu
zdroj: Altaf et al. 2018
Podmienky v blízkosti implodujúcich kavitačných bublín môžu byť extrémne – vznikajú teploty až 4500°C a tlaky až 100 MPa. Implózia a následné tlakové rozdiely vedú k veľmi vysokým šmykovým silám a turbulenciám v kavitačnom horúcom mieste. Kombinácia týchto faktorov, teda tlakových rozdielov, teplotných rozdielov a šmyku, podporuje prenos hmoty, a tým aj extrakčné procesy. Intenzívne sily ultrazvukovej kavitácie narúšajú bunky (napr. rastlín, baktérií alebo tkaniva) a vnútrobunkový materiál (ako sú oleje, lipidy, bielkoviny a účinné látky) sa uvoľňuje do okolitého rozpúšťadla.
Ultrazvuková extrakcia je preto preferovanou metódou na intenzifikáciu extrakčných procesov.
Ultrazvuková extrakcia je založená na akustickej kavitácii a jej hydrodynamických šmykových silách
Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory od laboratórneho cez poloprevádzkové až po priemyselné meradlo.