Hitra in preprosta ultrazvočna ekstrakcija konoplje
S sistemi Hielscher za ultrazvočno ekstrakcijo hitreje ekstrahirajte kanabinoide, terpene in druge dragocene spojine iz konoplje. Visokozmogljivi ultrazvok okrepi prenos snovi, razgradi rastlinske celice in pomaga učinkovito sproščati aktivne spojine v izbrano topilo – od etanola in jedilnih olj do specializiranih ekstrakcijskih medijev.
Oprema za ultrazvočno ekstrakcijo konoplje za večje izkoristke in hitrejšo obdelavo
Ne glede na to, ali razvijate laboratorijski protokol, validirate pilotni proces ali povečujete obseg do industrijske proizvodnje, vam ultrazvočne naprave Hielscher omogočajo natančen nadzor amplitude, temperature, tlaka, zadrževalnega časa in pogojev uporabe topila. Zato je ultrazvočna ekstrakcija zanesljiva izbira za ponovljive ekstrakte konoplje in industrijske konoplje s kratkimi časi obdelave in zmogljivostjo obdelave, ki jo je mogoče povečevati.
Zakaj predelovalci izberejo ultrazvočno ekstrakcijo Hielscher:
- Hitrejša ekstrakcija kanabinoidov in terpenov
- Visoka učinkovitost ekstrakcije in ponovljiva kakovost izdelkov
- Blaga, netermična obdelava toplotno občutljivih spojin
- Združljivost z običajnimi ekstrakcijskimi topili, vključno z etanolom in nosilnimi olji
- Preprosto povečanje obsega od laboratorijskih preizkusov do polne industrijske proizvodnje
- Procesno svetovanje, preizkusi izvedljivosti in podpora pri namestitvi, ki jih zagotavljajo inženirji podjetja Hielscher
Sporočite nam svojo surovino, topilo, velikost šarže ali pretok ter ciljni ekstrakt. Priporočili vam bomo ustrezno ultrazvočno opremo in procesne parametre za vašo uporabo.
Sonikator UP400St za ekstrakcijo konoplje
| Metoda | Izzivi in pomisleki | Prednosti ultrazvočne ekstrakcije |
|---|---|---|
| Maceracija | Dolg čas obdelave | Hitrejši prenos snovi in krajša ekstrakcija |
| Soxhlet | Izpostavljenost toploti in poraba topila | Blažja ekstrakcija pri nižji temperaturi |
| Superkritični CO₂ | Investicijski stroški in omejitve zmogljivosti obdelave | Možnost kombiniranja ali naknadne vgradnje za izboljšanje ekstrakcije |
| Ekstrakcija z etanolom | Izkoristek, hitrost, ohranjanje terpenov | Boljša razgradnja celic in ponovljivi parametri |
Ultrazvočne naprave Hielscher za ekstrakcijo konoplje – znanstveno dokazana učinkovitost!
Casiraghi in sodelavci z italijanske Univerze v Milanu so primerjali tri metode ekstrakcije konoplje: ultrazvočno ekstrakcijo, Soxhletovo ekstrakcijo in maceracijo.
Namen študije je bil raziskati učinkovitost ultrazvočne ekstrakcije kanabinoidov iz cannabis sativa in jo primerjati z drugimi ekstrakcijskimi metodami, kot sta Soxhletova ekstrakcija in maceracija.
Raziskovalci so za ekstrakcijski proces uporabili ultrazvočni procesor Hielscher UP200Ht (glejte sliko levo) in ugotovili, da je metoda ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka učinkovitejša pri ekstrakciji kanabinoidov od drugih dveh metod. Ultrazvočna ekstrakcija je bila tudi hitrejša, učinkovitejša in je zahtevala manj dela kot druge metode.
Ekstrakcija je bila izvedena z oljčnim oljem kot topilom. Rastlinski material so dodali topilu in ga z ultrazvočno napravo UP200Ht sonikirali 10 minut pri 60% amplitudi.
Po sonikaciji so ekstrakt filtrirali in topilo uparili pri znižanem tlaku, da so pridobili koncentriran ekstrakt. Nato so s tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti (HPLC) analizirali vsebnost kanabinoidov v ekstraktu.
Na splošno so rezultati te študije pokazali, da je ultrazvočna ekstrakcija kanabinoidov CBD in THC v oljčnem olju učinkovita metoda za ekstrakcijo kanabinoidov iz rastlinskega materiala Cannabis sativa z visokimi izkoristki in čistostjo.
Ena od prednosti ultrazvočne ekstrakcije z uporabo UP200Ht je, da lahko zagotovi večje izkoristke kanabinoidov v krajšem času kot tradicionalne ekstrakcijske metode. Raziskovalci so tudi ugotovili, da je ultrazvočna ekstrakcija okolju prijaznejša metoda v primerjavi z drugimi ekstrakcijskimi metodami, saj zahteva manj topila in energije. Poleg tega je mogoče obseg ultrazvočne ekstrakcije preprosto povečati za industrijsko proizvodnjo, zato je obetavna metoda za proizvodnjo ekstraktov CBD v velikem obsegu.
Študija torej nakazuje, da je ultrazvočna ekstrakcija z uporabo UP200Ht obetavna metoda za ekstrakcijo kanabinoidov iz cannabis sativa za medicinske namene.
(prim. Casiraghi in sod., 2022)
Ultrazvočna ekstrakcija je zelo učinkovita metoda za ekstrakcijo kanabinoidov, kot sta CBD in THC. Kot topilo je bilo uporabljeno oljčno olje, ultrazvočna ekstrakcija pa je bila izvedena z UP200ST.
(slika in študija: © Casiraghi in sod., 2022)
Industrijski sonikator UIP2000hdT z mešalom v sodu za ekstrakcijo konoplje v velikem obsegu
Pogoji sonikacije in ekstrakcije
Ultrazvočni ekstraktorji Hielscher vam omogočajo popoln nadzor nad vsemi pomembnimi procesnimi parametri, vključno z amplitudo, časom sonikacije, tlakom, temperaturo, pretokom in sestavo topila. Tako lahko ekstrakcijski proces optimizirate glede na izkoristek, profil ekstrakta, zmogljivost obdelave in zahteve nadaljnje obdelave.
Proces sonikacije konoplje
Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka temelji na ponavljajočih se ciklih visokega in nizkega tlaka. Ti izmenjujoči se cikli visokega in nizkega tlaka, ki se med sonikacijo ponovijo 20.000-krat na sekundo, ustvarjajo močne strižne sile in curke tekočine. Ta izjemna obremenitev premaga selektivnost membrane, predre in razbije celično steno ter povzroči intenziven prenos snovi med notranjostjo celice in okoliškim topilom. Z ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče doseči večje izkoristke in krajše čase ekstrakcije. Ker je ultrazvočna ekstrakcija ponovljiv proces, je mogoče rezultate ekstrakcije ponoviti in tako zagotoviti standardizirano kakovost ekstrakta.
Ultrazvočni ekstraktorji Hielscher vam omogočajo popoln nadzor nad pomembnimi ekstrakcijskimi parametri. S prilagajanjem amplitude, trajanja, tlaka in sestave tekočine je mogoče rezultate ekstrakcijskega procesa natančno nadzorovati in reproducirati.
Topila za ekstrakcijo konoplje
Ultrazvočna ekstrakcija je združljiva z vsemi običajnimi topili, zato lahko uporabljate izbrano topilo, kot so voda, topila in olja (npr. H2O, CO2, etanol, metanol, butan, propan, oljčno olje, kokosovo olje itd.).
Običajna topila in ekstrakcijski mediji vključujejo:
Pri izdelkih za peroralno uporabo imajo pogosto prednost topila živilske kakovosti in nosilna olja. Za analitično preskušanje in nadzor kakovosti se lahko uporabljajo laboratorijska topila. Za industrijsko ekstrakcijo kanabinoidov so pogosta izbira etanol in procesi na osnovi CO2. Sonikacija lahko izboljša prenos snovi v številnih teh sistemih s topili in tako pomaga skrajšati čas ekstrakcije, izboljšati učinkovitost ekstrakcije ali podpreti standardizacijo procesa.
Temperatura ekstrakcije
Pri številnih procesih ekstrakcije rastlinskih snovi se učinkovita ultrazvočna ekstrakcija doseže pri procesnih temperaturah med 0°C in 60°C. Nižje temperature lahko pomagajo ohraniti hlapne aromatične spojine in temperaturno občutljive sestavine, zmerne temperature pa lahko izboljšajo topnost in hitrost ekstrakcije. Idealna temperatura je odvisna od topila, biomase, ciljnih spojin in specifikacij končnega izdelka.
Ultrazvočne sisteme Hielscher je mogoče povezati s hladilnimi plašči, toplotnimi izmenjevalniki in reaktorji z uravnavano temperaturo, da ekstrakcijski proces ostane v želenem temperaturnem območju.
Kombinirane ekstrakcijske metode – sinergije
Naknadna vgradnja ultrazvočne naprave v obstoječi obrat za ekstrakcijo konoplje lahko pomaga izboljšati učinkovitost ekstrakcije, povečati zmogljivost obdelave, skrajšati čas ekstrakcije ali izboljšati ponovljivost procesa.
Ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče preprosto kombinirati s tlakom, toploto, superkritičnimi ekstrakcijskimi pogoji ali Soxhletovim ekstraktorjem za izboljšanje rezultatov in/ali prilagoditev ekstrakcijske opreme posebnim zahtevam. Naknadna vgradnja ultrazvočne naprave v obstoječi obrat za ekstrakcijo konoplje je posebej zanimiva, če obstoječa ekstrakcijska metoda ne dosega želene učinkovitosti in obsega proizvodnje.
Obstoječe ekstrakcijske naprave je mogoče preprosto nadgraditi z vgradnjo ultrazvočnega ekstraktorja. Z veseljem vam pomagamo pri oceni procesa, izbiri opreme, zasnovi namestitve in vključitvi v vaše obstoječe proizvodne linije.
Preberite več o ultrazvočno izboljšani ekstrakciji s superkritičnim CO2!
Področja uporabe ultrazvočne ekstrakcije konoplje
Natančen nadzor procesa in linearna razširljivost omogočata prenos ekstrakcijskih parametrov iz laboratorijskih preizkusov v pilotno proizvodnjo in proizvodnjo v polnem obsegu. Tako lahko predelovalci razvijejo zanesljivo ekstrakcijsko metodo, jo validirajo v manjšem obsegu in zanesljivo povečajo obseg.
Kanabinoidi, terpeni in druge aktivne sestavine rastline konoplje se ekstrahirajo za različne namene. Ultrazvočna ekstrakcija je zaupanja vredna metoda za pridobivanje ekstraktov rastline konoplje za
- medicinsko/ farmacevtsko proizvodnjo
- izdelke iz konoplje za rekreativno uporabo
- proizvodnjo nutracevtikov in živil
- uporabo pred nadaljnjo obdelavo, npr. nanoemulgiranjem
- preskušanje jakosti drog
- forenzično/kemično analizo
Ultrazvočni ekstraktorji – za majhen in velik obseg
Hielscher Ultrasonics je vaš partner za visokozmogljivo opremo za ultrazvočno ekstrakcijo. Ne glede na to, ali želite proizvajati manjše šarže visokokakovostnih ekstraktov CBD za svojo butično blagovno znamko ali predelovati velike količine industrijske konoplje ali marihuane v industrijskem obsegu – Hielscher Ultrasonics ima idealno opremo za ultrazvočno ekstrakcijo za vas!
Linearna razširljivost in natančen nadzor procesa omogočata zanesljive rezultate pri vsakem obsegu. Preberite več o povečevanju obsega procesov ultrazvočne ekstrakcije!
Pomagamo vam: naše svetovanje in optimizacija procesov
Hielscher Ultrasonics ima dolgoletne izkušnje z ultrazvočno obdelavo in poglobljeno razumevanje procesov ultrazvočne ekstrakcije. Pomagamo vam s priporočili za najprimernejšo ultrazvočno napravo za vaš proces in vas naučimo, kako naše naprave uporabljati najučinkoviteje. Naši inženirji so na voljo za namestitev po vsem svetu.
V našem popolnoma opremljenem laboratoriju za ultrazvočne procese v Nemčiji lahko naša ekipa procesnih inženirjev in kemikov razvije in optimizira vaš proces za vas ali skupaj z vami.
- kratek čas ekstrakcije
- visoka hitrost ekstrakcije
- popolnejša ekstrakcija
- blaga, netermična obdelava
- preprosta vključitev in varno delovanje
- brez nevarnih / strupenih kemikalij, brez nečistoč
- nizki stroški
- energijska učinkovitost
- zelena ekstrakcija: okolju prijazna
Kaj je ultrazvočna ekstrakcija konoplje?
Ultrazvočna ekstrakcija konoplje je ekstrakcijska metoda, ki uporablja visokozmogljivi ultrazvok za sproščanje kanabinoidov, terpenov in drugih bioaktivnih spojin iz rastlinskega materiala konoplje ali industrijske konoplje. Ultrazvočna kavitacija ustvarja močne strižne sile v tekočini, ki razgradijo rastlinske celice in izboljšajo prenos snovi med rastlinskim materialom in topilom.
Kako ultrazvok izboljša ekstrakcijo kanabinoidov?
Ultrazvok izboljša ekstrakcijo kanabinoidov z razbijanjem celičnih sten, povečanjem prodiranja topila in pospeševanjem sproščanja spojin iz rastlinskega matriksa. To lahko skrajša čas ekstrakcije in izboljša učinkovitost ekstrakcije v primerjavi s počasnimi pasivnimi metodami, kot je maceracija.
Katere kanabinoide je mogoče ekstrahirati z ultrazvočno ekstrakcijo?
Ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče uporabiti za ekstrakcijo kanabinoidov, kot so CBD, THC, THCA, CBDA, CBG, in drugih spojin, prisotnih v biomasi konoplje ali industrijske konoplje. Končni profil kanabinoidov je odvisen od rastlinskega materiala, topila, temperature, časa ekstrakcije in pogojev nadaljnje obdelave.
Ali lahko ultrazvočna ekstrakcija ohrani terpene?
Da, ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče izvajati pri nizkih in nadzorovanih temperaturah, kar je koristno pri obdelavi toplotno občutljivih spojin, kot so terpeni. Nadzor temperature, kratki časi ekstrakcije in ustrezna izbira topila pomagajo zaščititi hlapne in občutljive sestavine ekstrakta.
Katera topila se lahko uporabljajo za ultrazvočno ekstrakcijo konoplje?
Ultrazvočna ekstrakcija konoplje je združljiva s številnimi običajnimi ekstrakcijskimi mediji, vključno z etanolom, mešanicami vode in etanola, jedilnimi olji, kot sta oljčno in kokosovo olje, ter drugimi topili za posamezne procese. Najboljše topilo je odvisno od predvidenega izdelka, regulativnih zahtev, nadaljnje obdelave in ciljnih spojin.
Ali je ultrazvočna ekstrakcija primerna za ekstrakcijo konoplje z etanolom?
Da, etanol se pogosto uporablja pri ultrazvočni ekstrakciji konoplje. Sonikacija lahko okrepi ekstrakcijo z etanolom z izboljšanjem stika med topilom in rastlinskim materialom, skrajšanjem časa ekstrakcije in zagotavljanjem ponovljivih procesnih pogojev.
Ali je ultrazvočno ekstrakcijo konoplje mogoče izvajati z nosilnimi olji?
Da, kanabinoide je mogoče ekstrahirati v nosilna olja, kot sta oljčno in kokosovo olje. To je lahko koristno za formulacije, pri katerih olje neposredno služi kot ekstrakcijski medij ali kot del formulacije končnega izdelka.
Ali je ultrazvočna ekstrakcija konoplje termični proces?
Ne. Ultrazvočna ekstrakcija velja za blago, netermično ekstrakcijsko metodo. Čeprav je treba procesno temperaturo še vedno spremljati in nadzorovati, je ekstrakcijski učinek predvsem mehanski: kavitacija, strižne sile, razgradnja delcev in izboljšan prenos snovi.
Kako dolgo traja ultrazvočna ekstrakcija konoplje?
Čas ekstrakcije je odvisen od rastlinskega materiala, velikosti delcev, topila, temperature, koncentracije trdnih snovi, ultrazvočne amplitude in konfiguracije opreme. Pri številnih uporabah sonikacija znatno skrajša čas ekstrakcije v primerjavi s konvencionalno maceracijo.
Ali je mogoče obseg ultrazvočne ekstrakcije konoplje povečati do industrijske proizvodnje?
Da. Obseg ultrazvočne ekstrakcije je mogoče povečati od laboratorijskega preskušanja do pilotne in industrijske proizvodnje. Ultrazvočne naprave Hielscher so na voljo za preizkuse z majhnimi šaržami, razvoj procesov in kontinuirano obdelavo v velikem obsegu.
Kateri procesni parametri so najpomembnejši pri ultrazvočni ekstrakciji konoplje?
Pomembni parametri vključujejo ultrazvočno amplitudo, čas sonikacije, temperaturo, tlak, vrsto topila, razmerje med topilom in biomaso, velikost delcev ter pogoje mešanja ali pretoka. Natančen nadzor teh parametrov pomaga doseči ponovljivo kakovost ekstrakta.
Ali je mogoče ultrazvočno ekstrakcijo dodati obstoječi liniji za ekstrakcijo konoplje?
Da. Ultrazvočne naprave je pogosto mogoče vključiti v obstoječe ekstrakcijske sisteme za izboljšanje prenosa snovi, skrajšanje časa obdelave ali povečanje učinkovitosti ekstrakcije. Najboljša zasnova vključitve je odvisna od trenutne ekstrakcijske metode, ravnanja s topili, zmogljivosti obdelave in razpoložljivega prostora za proces.
Katera ultrazvočna naprava Hielscher je primerna za ekstrakcijo konoplje?
Prava ultrazvočna naprava je odvisna od zahtevane velikosti šarže, pretoka, topila, rastlinskega materiala in proizvodnega cilja. Manjše naprave so primerne za preizkuse izvedljivosti in razvoj protokolov v laboratorijskem obsegu, industrijske ultrazvočne naprave serije UIP pa so zasnovane za ekstrakcijo v pilotnem in proizvodnem obsegu.
Kako izberem pravo opremo za ultrazvočno ekstrakcijo?
Za izbiro prave opreme opredelite vrsto biomase, ciljne kanabinoide ali terpene, topilo, velikost šarže ali pretok pri kontinuiranem delovanju, temperaturne omejitve in korake nadaljnje obdelave. Hielscher vam bo na podlagi teh zahtev priporočil ultrazvočni procesor, sonotrodo, reaktor in procesne parametre.
Osnovne informacije o ultrazvočni ekstrakciji
Visokozmogljivi ultrazvok je preizkušena metoda za učinkovito in zanesljivo ekstrakcijo aktivnih spojin, vključno z rastlinskimi/ zdravilnimi spojinami, oljem, beljakovinami in bioaktivnimi snovmi (npr. flavoni, polifenolnimi spojinami, antocianinom, aromo), iz rastlin, zelišč, cvetov in semen.
Pri ultrazvočni ekstrakciji se močni ultrazvočni valovi sklopijo z mešanico rastlinskega materiala in topila, tako da nastane akustična kavitacija. Akustična kavitacija je opisana kot z ultrazvokom povzročeno nastajanje, rast in implozijsko sesedanje mehurčkov v tekočinah.
“Med kavitacijo sesedanje mehurčkov povzroča intenzivno lokalno segrevanje in visoke tlake, ki trajajo zelo kratek čas. V oblakih kavitacijskih mehurčkov imajo te vroče točke ekvivalentne temperature približno 5000 K, tlake približno 1000 atmosfer ter hitrosti segrevanja in ohlajanja nad 1010 K/s. Pri kavitaciji posameznega mehurčka so lahko razmere še bolj ekstremne. Kavitacija lahko torej ustvari ekstremne fizikalne in kemijske razmere v sicer hladnih tekočinah. Če tekočine, ki vsebujejo trdne snovi, izpostavimo ultrazvoku, lahko pride do sorodnih pojavov. V bližini obsežne trdne površine postane sesedanje kavitacijskih votlin nesferično, kar usmeri hitre curke tekočine v trdno površino. Ti curki in z njimi povezani udarni valovi lahko povzročijo znatne poškodbe površine ter razkrijejo sveže, močno segrete površine. Poleg tega med ultrazvočnim obsevanjem suspenzij praška v tekočini zaradi kavitacije in udarnih valov, ki jih ta ustvarja v takšnih suspenzijah, prihaja do trkov med delci pri visokih hitrostih. Nastali trki lahko povzročijo izrazite spremembe morfologije, sestave in reaktivnosti površine.” [Suslick 2001: 2f.]
Te intenzivne razmere ultrazvočne kavitacije imajo več učinkov na rastlinski material in možnost ekstrakcije snovi iz njega:
- premagovanje selektivnosti celične membrane
- povečan prenos snovi med notranjostjo celice in okoliškim topilom
- razbijanje celic
- sproščanje znotrajceličnega materiala
Zato je sonikacija zelo učinkovita ekstrakcijska metoda. Zaradi močnih mehanskih sil je pogosto mogoče uporabljati zelena in blaga topila, kot so voda, etanol itd.
Ultrazvočna ekstrakcija skrajša čas ekstrakcije in omogoča uporabo manjše količine topil in/ali blažjih topil. To pomeni, da ultrazvočna ekstrakcija zagotavlja višje hitrosti ekstrakcije in proizvaja bolj zdrave ekstrakte. To je posledica značilnosti njenega delovanja pri nizki temperaturi, ki zmanjšuje izgubo toplote zaradi temperaturnih dejavnikov, preprečuje izparevanje snovi zaradi nizkega vrelišča in ohranja biološko aktivne snovi.
Druga prednost ultrazvočne ekstrakcije je njena preprosta in varna uporaba ter možnost natančnega nadzora izvajanja. Kot netermično ekstrakcijsko metodo je sonikacijo mogoče izvajati pri nizkih temperaturah, s čimer se prepreči razgradnja toplotno občutljivih, termolabilnih snovi.
Literatura/viri
- 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.
Ultrazvočna obdelava: Hielscher vas podpira od preverjanja izvedljivosti in optimizacije do komercialne proizvodnje!
SonoStation: mobilni sistem na ključ za ultrazvočno obdelavo – sestavljen iz ultrazvočnih dispergatorjev, črpalke, mešala in rezervoarja