Ultrazvočna ekstrakcija z uporabo industrijske konoplje kot surovine
- Pri rastlini cannabis sativa lahko razlikujemo dve vrsti: marihuano in industrijsko konopljo.
- Ultrazvok je dobro znan kot vrhunska metoda za izolacijo kanabinoidov tako iz marihuane kot iz industrijske konoplje.
Ultrazvočna ekstrakcija kanabinoidov
Tehnologija ultrazvočne ekstrakcije je zelo učinkovita pri sproščanju aktivnih spojin (tj. kanabinoidov (CBD, THC, CBG), eteričnih olj, terpenov itd.) iz rastlinskega materiala, kot so cvetni vršički, listi in stebla.
Ultrazvočna ekstrakcija zaradi različnih prednosti presega običajne tehnike ekstrakcije:
Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) je dobro znana kot tehnika intenzifikacije procesa, ki izboljša prenos snovi in omogoča večje izkoristke bioaktivnih spojin, kot so kanabinoidi, terpeni itd.
Ultrazvočna obdelava daje visokokakovostne ekstrakte, saj ultrazvočna ekstrakcija za sproščanje kanabinoidov ne zahteva uporabe agresivnih, strupenih topil. Ultrazvočno ekstrakcijo lahko na primer izvajamo z vodo, mešanico vode in alkohola, alkoholom ali oljem (oljčnim, kokosovim) kot topili. Zaradi tega je ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) bistveno prijaznejša do okolja.
Preberite več o pravilni izbiri topil za ultrazvočno ekstrakcijo!
Blagi pogoji ultrazvočne ekstrakcije dajejo ekstrakt, ki ima enake, vendar okrepljene lastnosti kot surovina (npr. industrijska konoplja, marihuana) – s tem zagotavlja boljše učinke na zdravje, okus in vonj.
Ultrazvočne ekstraktorje Hielscher je mogoče natančno nadzorovati. S popolnim nadzorom nad procesnimi parametri, kot sta intenzivnost in temperatura, je mogoče doseči izjemno visoko kakovost ekstrakta. Ker je sonikacija netermična metoda obdelave, se prepreči toplotna razgradnja komponent, občutljivih na toploto. Temperature ekstrakcije med 0–60°C so optimalne za vrhunske ekstrakte.
Druga prednost ultrazvočne ekstrakcije je hiter proces: celoten proces ekstrakcije za sproščanje kanabinoidov iz rastlinskih celic traja le nekaj minut, medtem ko druge tehnike ekstrakcije zahtevajo ure ali celo dneve obdelave.
Tako investicijski kot obratovalni stroški so minimalni v primerjavi z alternativnimi ekstraktorji, npr. ekstraktorji s superkritičnim CO2. Sistemi za ultrazvočno ekstrakcijo zagotavljajo zelo hitro donosnost naložbe.
UP400St za ekstrakcijo kanabinoidov iz industrijske konoplje
- Visokokakovostni ekstrakti
- Popolnejša ekstrakcija
- Visoka hitrost ekstrakcije
- Ekstrakt s polnim spektrom
- Uporaba različnih topil
- Nestrupeno
- Netermična (hladna) metoda
- Hiter proces ekstrakcije
- Varno in preprosto za uporabo
- Linearno povečanje obsega
Industrijska konoplja v primerjavi z marihuano
Konoplja je družina rastlin, ki jih lahko razvrstimo v C. Indica in C. Sativa. Industrijska konoplja in marihuana sta vrsti Cannabis Sativa.
Pri primerjavi industrijske konoplje in marihuane obstaja velika razlika; industrijska konoplja vsebuje zelo nizko koncentracijo THC (0,3% ali manj), marihuana pa je bogata s THC, katerega koncentracija je med 15% in 40%.
Zato so industrijsko konopljo do nedavnega gojili predvsem za industrijske namene. Danes je cenjena tudi zaradi izkoristka CBD. CBD je nepsihoaktiven kanabinoid s protivnetnimi in anksiolitičnimi lastnostmi. Marihuano gojijo predvsem zaradi vsebnosti THC, ki se uporablja za rekreativne in medicinske namene.
Konopljino olje in CBD, glavni kanabinoid v industrijski konoplji, sta obetavni snovi, ki se uporabljata za pomoč pri zdravstvenih težavah, kot so anksioznost, kronična vnetja, avtoimunske bolezni, bolečine, glavoboli in migrena ter prebavne motnje, med drugim.
Oglejte si preprost protokol ultrazvočne ekstrakcije konoplje v srednje velikih šaržah po 120L!
Sonikator UP400St s sondo je priljubljen ultrazvočni ekstraktor, ki se uporablja za izolacijo CBD, THC, CBG, CBN, drugih kanabinoidov in terpenov iz industrijske konoplje in marihuane.
Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji
Hielscher Ultrasonics ponuja majhne, srednje velike in industrijske ultrazvočne procesorje, ki lahko delujejo 24/7. Glede na vašo surovino in količino za obdelavo vam lahko ponudimo sistem za ultrazvočno ekstrakcijo, ki ustreza vašim potrebam. Izbirate lahko med šaržno in kontinuirno ekstrakcijo. Poznejše povečanje obsega na večje procesne zmogljivosti je preprosto, saj je mogoče ultrazvočne procese linearno povečevati.
Pilotni in industrijski sistemi Hielscher lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude – omogočajo zanesljivo in neprekinjeno delovanje z amplitudami do 200µm pri obratovanju 24/7. Za še višje amplitude so na voljo ultrazvočne sonotrode po meri. Robustnost sonikatorjev Hielscher omogoča delovanje pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Kot proizvajalec visokozmogljivih ultrazvočnih ekstraktorjev z dolgoletnimi izkušnjami je Hielscher vaš zanesljiv partner za zahtevno ekstrakcijo. Svojim strankam svetujemo in jim pomagamo s svojim znanjem ter jih vodimo od preizkusov izvedljivosti do industrijske namestitve.
Stopite v stik z nami zdaj! Z veseljem se bomo z vami pogovorili o vaših zahtevah glede ekstrakcije!
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Namestitev Hielscher UIP4000hdT, ultrazvočnega ekstraktorja z močjo 4kW, za industrijsko ekstrakcijo.
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.
- 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.
Koristna dejstva
Ultrazvočna ekstrakcija je postala najučinkovitejša in uporabniku najprijaznejša tehnika za ekstrakcijo bioaktivnih spojin iz rastlin. Najvidnejši primer uspešne ekstrakcije bi lahko bila izolacija CBD in drugih kanabinoidov iz konoplje.
Ultrazvočne in običajne metode ekstrakcije
Namakanje v etanolu je preprosta metoda, vendar je zelo zamudna, procesna zmogljivost je omejena, stroški topil in energije pa so visoki. Preostalo topilo v končnem izdelku ovira doseganje cilja, da bi pridobili visokokakovosten ekstrakt.
Ekstrakcija v zaprtem sistemu z ogljikovodiki zahteva uporabo fosilnih goriv, zato so lahko v končnem izdelku prisotne rakotvorne snovi, kot je benzen.
Sistemi za ekstrakcijo s superkritičnim CO2 imajo visoke investicijske stroške in veliko porabo energije. Ekstraktorji s superkritičnim CO2 zahtevajo dobro usposobljeno osebje za upravljanje, saj je upravljanje sistemov s CO2 pod visokim tlakom nevarno. Uhajanje CO2 lahko pri prisotnih delavcih povzroči smrt zaradi zadušitve.
Ekstrakcija z vodo v kritičnih pogojih je okolju prijazna alternativa, ki je počasna in sprosti le majhen delež bioaktivnih spojin.
Ultrazvočna ekstrakcija
Ultrazvočna ekstrakcija je tehnika intenzifikacije ekstrakcije, ki se lahko uporablja v kombinaciji z vodo (brez topil) in tudi s topili , kot so etanol, mešanica etanola in vode, glicerin, metanol, rastlinska olja ali druga izbrana topila. Ultrazvočna ekstrakcija pospešuje prenos snovi, tako da je mogoče izkoristke ekstrakcije od 95–99% doseči. Obseg sonikacije je mogoče preprosto povečati, pri tem pa nastajajo visokokakovostni ekstrakti.
Ultrazvočni ekstraktor za majhen obseg, kot je UP400St (400W), lahko obdela šaržo do 10L v 5–15min (odvisno od procesnih parametrov, kot so surovina (sveža ali posušena; cvetni vršički, listi, stebla), topilo in temperatura).
Zmogljiv ultrazvočni ekstraktor UIP2000hdT z močjo 2kW lahko deluje kot sistem, vgrajen v procesno linijo. V pretočnem načinu UIP2000hdT zlahka obdela od 200 do 800L/hr (prav tako odvisno od procesnih parametrov).
Investicijski stroški ultrazvočnega procesorja so v primerjavi z ekstraktorjem s CO2 nizki. Tudi stroški energije za delovanje so zanemarljivi. Ultrazvočni ekstraktorji so zelo varni za uporabo, preprosti za čiščenje in zahtevajo zelo malo vzdrževanja.
Konoplja
Bioaktivne spojine rastline konoplje (tako industrijske konoplje kot marihuane) so v zadnjem času pritegnile veliko pozornosti. Zlasti za kanabinoid kanabidiol (CBD) so bile dokazane številne koristi za zdravje, ki segajo od protirakavih in protivnetnih lastnosti do lajšanja bolečin in antidepresivnih učinkov. Poleg kanabidiola rastlina konoplje vsebuje številne druge kanabinoide, kot so THC (tetrahidrokanabinol), kanabinol (CBN), kanabigerol (CBG), kanabikromen (CBC) in kanabinodiol (CBND). Kanabinoidi so pokazali izjemen terapevtski potencial in so v središču številnih raziskav.
Zdi se, da medsebojno delovanje različnih kanabinoidov in drugih bioaktivnih spojin, kot so terpeni, polifenoli, flavonoidi in alkaloidi, prinaša še večje koristi za zdravje. Medsebojno delovanje različnih terpenov, različnih kanabinoidov in drugih rastlinskih spojin se imenuje »učinek spremstva«. Zaradi teh učinkov spremstva so ekstrakti s polnim spektrom, ki jih je mogoče uspešno pridobiti z ekstrakcijo s pomočjo ultrazvoka (UAE), znani po izjemnih terapevtskih učinkih.
Terpeni konoplje
Terpenoidi so sestavine eteričnih olj, ki jih najdemo v rastlinah. Rastlina konoplje je zelo bogata s terpeni. V konoplji terpeni nastajajo v trihomih rastline. Trihomi so sijoči, lepljivi kristali, ki se oprijemajo listov in cvetnih vršičkov. Ti trihomi so naravni obrambni mehanizem rastline konoplje, ki jo ščiti pred žuželkami in živalmi. Zaradi dišečega vonja terpeni delujejo kot repelent. Za nas ljudi je najbolj opazna značilnost terpenov konoplje njihov vonj. Ti terpeni prispevajo k številnim koristim rastline konoplje (industrijske konoplje in marihuane) za zdravje.
Poleg arome in vonja so molekule terpenov močne rastlinske snovi, ki zagotavljajo različne medicinske koristi.
Tako marihuana kot industrijska konoplja iz rodu Cannabis Sativa vsebujeta izjemno količino terpenoidov in več kot 100 različnih vrst teh snovi.
Vsak terpen ima edinstvene lastnosti, ki segajo od pomirjevalnih do poživljajočih. Nerolidol ima na primer pomirjevalne učinke in učinke proti anksioznosti, linalol pomaga obvladovati simptome anksioznosti in artritisa, mircen pa je znan po lajšanju kroničnih bolečin. Terpeni β-mircen, Ɣ-pinene in humulen zmanjšujejo vnetje in imajo analgetične učinke.
Različni terpeni so značilni samo za konopljo, vendar so številni terpeni, ki jih najdemo v konoplji, prisotni tudi v več drugih rastlinah. Kariofilen najdemo npr. v zeleni listnati zelenjavi, hmelju ter tudi v rožmarinu in origanu. Limonen je glavni terpen v citrusih, kot so limone in pomaranče.
Učinek spremstva
Vsak terpen je znan po specifičnih terapevtskih učinkih. Vendar je za terpene in druge rastlinske spojine, kot so polifenoli in flavonoidi, znano, da imajo izjemne sinergijske učinke, ki izboljšujejo simbiozo med kanabinoidi. To medsebojno delovanje različnih bioaktivnih spojin je znano kot »učinek spremstva«.
Učinek spremstva povečuje biološko uporabnost terpenov in pomaga telesu učinkoviteje absorbirati kanabinoide.
Vrste bioaktivnih spojin
Število, koncentracija in raznovrstnost bioaktivnih spojin določajo zdravilne lastnosti rastlinskega ekstrakta. Te bioaktivne spojine se sintetizirajo kot sekundarni metaboliti, ki ne prispevajo k rasti ali fotosintezi rastlin. Vendar so ključnega pomena za preživetje rastlin in njihovo interakcijo z okoljem. Rastlinske bioaktivne spojine lahko na splošno razvrstimo v tri razrede: terpene in terpenoide, alkaloide ter fenolne spojine. Fenolne spojine so najbolj razširjena skupina sekundarnih metabolitov v rastlinskem kraljestvu ter so dobro znane in cenjene zaradi svojih antioksidativnih učinkov. Drug pomemben razred fenolnih spojin z nizko molekulsko maso so flavonoidi, ki imajo prav tako zelo močne antioksidativne učinke.
Med fenolne spojine sodijo fenolne kisline, kot sta benzojska in hidroksicimetna kislina, flavonoidi, kot so flavoni in flavonoli, lignani ter stilbeni. Ekstrakt s polnim spektrom (npr. pridobljen z ultrazvočno ekstrakcijo iz konoplje) vsebuje vse te različne rastlinske spojine, ki imajo najširši razpon učinkov na zdravje.
Načelo delovanja ultrazvočne ekstrakcije
Ultrazvočna ekstrakcija temelji na akustičnih valovih (ultrazvoku), ki se vnašajo v tekoči medij. Intenzivni ultrazvočni valovi ustvarjajo cikle visokega / nizkega tlaka. Zaradi tlačnih razlik med širjenjem ultrazvočnih valov skozi tekočino nastajajo kavitacijski mehurčki. Implozija teh kavitacijskih mehurčkov ustvarja razmere z visoko gostoto energije.
Ultrazvočna ekstrakcija aktivnih spojin in eteričnih olj temelji na načelu delovanja akustične kavitacije. Zgornja slika prikazuje učinek sesutja kavitacijskega mehurčka in posledično sproščanje eteričnega olja iz rastlinskega materiala
vir: Altaf et al. 2018
Razmere v bližini implodirajočih kavitacijskih mehurčkov so lahko ekstremne – nastajajo temperature do 4500°C in tlaki do 100 MPa. Implozija in posledične tlačne razlike povzročajo zelo velike strižne sile in turbulence v kavitacijski vroči točki. Kombinacija teh dejavnikov, torej tlačnih razlik, temperaturnih razlik in striga, pospešuje prenos snovi in s tem procese ekstrakcije. Intenzivne sile ultrazvočne kavitacije razgradijo celice (npr. rastlin, bakterij ali tkiva), znotrajcelični material (kot so olja, lipidi, beljakovine in aktivne spojine) pa se sprosti v okoliško topilo.
Ultrazvočna ekstrakcija je zato prednostna metoda za intenzifikacijo procesov ekstrakcije.
Ultrazvočna ekstrakcija temelji na akustični kavitaciji in njenih hidrodinamičnih strižnih silah
Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji od laboratorijskega do pilotnega in industrijskega obsega.