Ultraljudsextraktion med hampa som råmaterial
- För växten Cannabis sativa kan två arter särskiljas: marijuana och hampa.
- Ultraljud är välkänt som en överlägsen metod för att isolera cannabinoider från både marijuana och hampa.
Ultraljudsextraktion av cannabinoider
Tekniken för ultraljudsextraktion är mycket effektiv för att frigöra de aktiva föreningarna (dvs. cannabinoider (CBD, THC, CBG), eteriska oljor, terpener osv.) från växtmaterialet, såsom blomknoppar, blad och stjälkar.
Ultraljudsextraktion överträffar konventionella extraktionstekniker tack vare flera fördelar:
Ultraljudsassisterad extraktion (UAE) är välkänd som en processintensifierande teknik som förbättrar massöverföringen och ger högre utbyten av bioaktiva föreningar såsom cannabinoider, terpener osv.
Ultraljudsbehandling ger extrakt av hög kvalitet eftersom ultraljudsextraktion inte kräver användning av aggressiva, giftiga lösningsmedel för att frigöra cannabinoider. Ultraljudsextraktion kan exempelvis utföras med vatten, en blandning av vatten och alkohol, alkohol eller olja (olivolja, kokosolja) som lösningsmedel. Detta gör ultraljudsassisterad extraktion (UAE) betydligt miljövänligare.
Läs mer om hur du väljer rätt lösningsmedel för ultraljudsextraktion!
De milda extraktionsförhållandena vid ultraljudsbehandling ger ett extrakt som har samma, men förstärkta, egenskaper som råmaterialet (t.ex. hampa, marijuana) – med överlägsna hälsoeffekter, smak och doft.
Hielschers ultraljudsextraktorer kan styras med hög precision. Genom full kontroll över processparametrar såsom intensitet och temperatur kan en exceptionellt hög extraktkvalitet uppnås. Eftersom ultraljudsbehandling är en icke-termisk bearbetningsmetod undviks termisk nedbrytning av värmekänsliga komponenter. Extraktionstemperaturer mellan 0–60°C är optimala för överlägsna extrakt.
En annan fördel med ultraljudsextraktion är den snabba processen: Hela extraktionsprocessen tar bara några minuter för att frigöra cannabinoiderna från växtcellerna, medan andra extraktionstekniker kräver timmars eller till och med dagars bearbetningstid.
Både investerings- och driftskostnaderna är minimala jämfört med alternativa extraktorer, t.ex. extraktorer för superkritisk CO2. System för ultraljudsextraktion ger mycket snabb avkastning på investeringen.
UP400St för extraktion av cannabinoider från hampa
- Extrakt av hög kvalitet
- Mer fullständig extraktion
- Hög extraktionshastighet
- Fullspektrumextrakt
- Användning av olika lösningsmedel
- Giftfri
- Icke-termisk (kall) metod
- Snabb extraktionsprocess
- Säker och lätt att använda
- Linjär skalbarhet
Hampa jämfört med marijuana
Cannabis är en växtfamilj som kan delas in i C. Indica och C. Sativa. Hampa och marijuana är arter av Cannabis Sativa.
När man jämför hampa med marijuana finns det en mycket stor skillnad: medan hampa innehåller en mycket låg koncentration av THC (0,3% eller mindre), är marijuana rik på THC med koncentrationer mellan 15% och 40%.
Därför har hampa fram till nyligen främst odlats för industriella ändamål. Numera uppskattas hampa även för sitt CBD-utbyte. CBD är en icke-psykoaktiv cannabinoid som har antiinflammatoriska och ångestdämpande egenskaper. Marijuana odlas huvudsakligen för sitt THC-innehåll, som används för rekreation och medicinska ändamål.
Hampolja och CBD, den huvudsakliga cannabinoiden i hampa, är lovande ämnen som administreras för att hjälpa vid bland annat ångest, kronisk inflammation, autoimmuna sjukdomar, smärta, huvudvärk och migrän samt mag-tarmsjukdomar.
Ta del av det enkla protokollet för ultraljudsextraktion av cannabis i medelstora satser på 120L!
Ultraljudssonden UP400St är en populär ultraljudsextraktor som används för att isolera CBD, THC, CBG, CBN, andra cannabinoider samt terpener från hampa och marijuana.
Högpresterande ultraljudsextraktorer
Hielscher Ultrasonics erbjuder små, medelstora och industriella ultraljudsprocessorer som kan användas dygnet runt, alla dagar i veckan. Beroende på ditt råmaterial och din processvolym kan vi erbjuda ett system för ultraljudsextraktion som passar dina behov. Du kan välja mellan satsvis och kontinuerlig extraktion. Senare uppskalning till större processkapacitet är enkel eftersom ultraljudsprocesser kan skalas linjärt.
Hielschers pilot- och industrisystem kan ge mycket höga amplituder – vilket möjliggör tillförlitlig och kontinuerlig drift med amplituder på upp till 200µm dygnet runt, alla dagar i veckan. För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder. Hielschers robusta ultraljudsapparater möjliggör drift under hög belastning och i krävande miljöer.
Som tillverkare med lång erfarenhet av ultraljudsextraktorer med hög effekt är Hielscher din tillförlitliga partner för avancerad extraktion. Vi ger råd och hjälper våra kunder med vår kunskap och vägleder dem från genomförbarhetstester till industriell installation.
Kontakta oss nu! Vi diskuterar gärna dina extraktionsbehov med dig!
Kontakta oss! / Fråga oss!
Installation av Hielscher UIP4000hdT, en ultraljudsextraktor på 4kW, för industriell extraktion.
Litteratur / Referenser
- 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.
Fakta värda att känna till
Ultraljudsextraktion har blivit den effektivaste och mest användarvänliga tekniken för extraktion av bioaktiva föreningar från växtmaterial. Det mest framträdande exemplet på framgångsrik extraktion kan vara isoleringen av CBD och andra cannabinoider från cannabis.
Ultraljudsextraktion jämfört med konventionella extraktionsmetoder
Blötläggning i etanol är en enkel metod, men den är mycket tidskrävande, processkapaciteten är begränsad och kostnaderna för lösningsmedel och energi är höga. Rester av lösningsmedel i slutprodukten motverkar målet att framställa ett högkvalitativt extrakt.
Extraktion med ett slutet kolvätesystem kräver användning av fossila bränslen, vilket innebär att cancerframkallande ämnen som bensen kan finnas i slutprodukten.
System för extraktion med superkritisk CO2 har höga investeringskostnader och hög energiförbrukning. Extraktorer med superkritisk CO2 kräver välutbildad driftpersonal eftersom CO2-systemen med högt tryck är farliga att använda. Vid CO2-läckage kan de närvarande arbetarna dö av kvävning.
Kritisk vattenextraktion är ett miljövänligt alternativ som är långsamt och endast frigör en liten del av de bioaktiva föreningarna.
Ultraljudsextraktion
Ultraljudsextraktion är en processintensifierande extraktionsteknik som kan användas i kombination med vatten (utan lösningsmedel) liksom med lösningsmedel såsom etanol, etanol–vatten, glycerin, metanol, vegetabiliska oljor eller andra valfria lösningsmedel. Ultraljudsextraktion främjar massöverföringen så att extraktionsutbyten på 95–99% kan uppnås. Ultraljudsbehandling kan enkelt skalas upp och ger högkvalitativa extrakt.
En småskalig ultraljudsextraktor som UP400St (400W) kan bearbeta en sats på upp till 10L inom 5–15min (beroende på processparametrar såsom råmaterial (färskt eller torkat; knoppar, blad, stjälkar), lösningsmedel, temperatur).
Den kraftfulla ultraljudsextraktorn UIP2000hdT på 2kW kan användas som ett inline-system. I genomströmningsläge bearbetar UIP2000hdT enkelt 200 till 800L/hr (också beroende på processparametrar).
Investeringskostnaden för en ultraljudsprocessor är låg jämfört med en CO2-extraktor. Även energikostnaderna för driften är försumbara. Ultraljudsextraktorer är mycket säkra att använda, enkla att rengöra och kräver mycket lite underhåll.
Cannabis
De bioaktiva föreningarna i cannabisväxten (både hampa och marijuana) har fått stor uppmärksamhet på senare tid. Särskilt för cannabinoiden cannabidiol (CBD) har många hälsofördelar påvisats, från cancerbekämpande och antiinflammatoriska egenskaper till smärtlindrande och antidepressiva effekter. Förutom cannabidiol innehåller cannabisväxten många andra cannabinoider såsom THC (tetrahydrocannabinol), cannabinol (CBN), cannabigerol (CBG), cannabikromen (CBC) och cannabinodiol (CBND). Cannabinoider har visat en enorm terapeutisk potential och står i fokus för många forskningsstudier.
Interaktionen mellan de olika cannabinoiderna och andra bioaktiva föreningar såsom terpener, polyfenoler, flavonoider och alkaloider verkar ge ännu bättre hälsofördelar. Samspelet mellan olika terpener, olika cannabinoider och andra växtämnen kallas ”entourageeffekten”. På grund av dessa entourageeffekter är fullspektrumextrakt, som framgångsrikt kan framställas genom ultraljudsassisterad extraktion (UAE), kända för sina exceptionella terapeutiska effekter.
Cannabisterpener
Terpenoider är beståndsdelar i eteriska oljor som finns i växter. Cannabisväxten är mycket rik på terpener. I cannabis bildas terpener i växtens trikomer. Trikomerna är de glänsande, klibbiga kristaller som sitter på bladen och blomknopparna. Dessa trikomer är cannabisväxtens naturliga försvarsmekanism som skyddar växten mot insekter och djur. Tack vare sin aromatiska doft har terpenerna en avstötande verkan. För oss människor är doften den mest märkbara egenskapen hos cannabisterpener. Dessa terpener bidrar till cannabisväxtens (hampa och marijuana) många hälsofördelar.
Utöver sin arom och doft är terpenmolekyler potenta växtämnen som ger olika medicinska fördelar.
Både marijuana och hampa av släktet Cannabis Sativa innehåller en exceptionellt stor mängd terpenoider och mer än 100 olika typer av dessa ämnen.
Varje terpen har unika egenskaper som sträcker sig från lugnande till uppiggande. Till exempel har nerolidol lugnande och ångestdämpande effekter, linalool hjälper till att hantera symtom på ångest och artrit, medan myrcen är känt för att lindra kronisk smärta. Terpenerna β-myrcen, Ɣ-pinen och humulen minskar inflammation och har smärtlindrande effekter.
Flera terpener är unika för cannabis, men många av terpenerna i cannabis finns även i flera andra växter. Karyofyllen finns till exempel i gröna bladgrönsaker, humle samt i rosmarin och oregano. Limonen är den huvudsakliga terpenen i citrusfrukter såsom citroner och apelsiner.
Entourageeffekten
Varje terpen är känd för specifika terapeutiska effekter. Terpener och andra växtämnen såsom polyfenoler och flavonoider är dock kända för att uppvisa exceptionella synergistiska effekter som resulterar i en förbättrad symbios mellan cannabinoider. Denna interaktion mellan olika bioaktiva föreningar kallas ”entourageeffekten”.
Entourageeffekten gör terpener mer biotillgängliga och hjälper kroppen att ta upp cannabinoiderna mer effektivt.
Typer av bioaktiva föreningar
Antalet, koncentrationen och mångfalden av bioaktiva föreningar avgör de medicinska egenskaperna hos ett växtextrakt. Dessa bioaktiva föreningar syntetiseras som sekundära metaboliter, vilka inte bidrar till växternas tillväxt eller fotosyntes. De är dock avgörande för växternas överlevnad och samspel med sin omgivning. Bioaktiva växtföreningar kan i stora drag delas in i tre klasser: terpener och terpenoider, alkaloider samt fenolföreningar. Fenolföreningar är den mest utbredda gruppen av sekundära metaboliter i växtriket och är välkända och uppskattade för sina antioxidativa effekter. En annan viktig klass av fenolföreningar med låg molekylvikt är flavonoiderna, som också uppvisar mycket starka antioxidativa effekter.
Fenolföreningarna omfattar fenolsyror såsom bensoesyra och hydroxikanelsyror, flavonoider såsom flavoner och flavonoler, lignaner och stilbener. Ett fullspektrumextrakt (t.ex. framställt genom ultraljudsextraktion från cannabis) innehåller alla dessa olika växtföreningar, som uppvisar de mest omfattande hälsoeffekterna.
Funktionsprincipen för ultraljudsextraktion
Ultraljudsextraktion bygger på akustiska vågor (ultraljud) som kopplas in i ett flytande medium. Intensiva ultraljudsvågor genererar cykler av högt tryck / lågt tryck. Tryckskillnaderna under ultraljudsvågornas utbredning genom vätskan ger upphov till kavitationsbubblor. När dessa kavitationsbubblor imploderar uppstår energitäta förhållanden.
Ultraljudsextraktion av aktiva föreningar och eteriska oljor bygger på funktionsprincipen för akustisk kavitation. Figuren ovan visar effekten av en kavitationsbubblas kollaps och den resulterande frisättningen av eterisk olja från växtmaterial
källa: Altaf et al. 2018
Förhållandena i närheten av imploderande kavitationsbubblor kan vara extrema – med temperaturer på upp till 4500°C och tryck på upp till 100 MPa. Implosionen och de resulterande tryckskillnaderna ger upphov till mycket stora skjuvkrafter och kraftig turbulens i kavitationens heta punkt. Kombinationen av dessa faktorer – tryckskillnader, temperaturskillnader och skjuvning – främjar massöverföring och därmed extraktionsprocesser. De intensiva krafterna från ultraljudskavitationen sönderdelar celler (t.ex. från växter, bakterier eller vävnad), och det intracellulära materialet (såsom oljor, lipider, proteiner och aktiva föreningar) frigörs i det omgivande lösningsmedlet.
Ultraljudsextraktion är därför den föredragna metoden för att intensifiera extraktionsprocesser.
Ultraljudsextraktion bygger på akustisk kavitation och dess hydrodynamiska skjuvkrafter
Ultraljudsextraktorer med hög effekt från laboratorie- till pilot- och industriskala.