Terpenextraktion med ultraljud
Ultraljud terpenextraktion har visat sig ge höga utbyten av terpenkaryofyllenoxid, t.ex. från cannabis och humle. Karyofyllenoxid är en terpen som finns i cannabis, humle, peppar, basilika och rosmarin. Som en aktiv förening används extraherad terpenkaryofyllenoxid som smaktillsats och hälsotillskott.
Användning av extraherad karyofyllenoxid
Karyofyllenoxid kännetecknas av sin aromatiska lukt och smak (dvs. örter). På grund av sin intensiva aromatiska lukt och smak används den ofta som smaktillsats i livsmedel samt som en doftkomponent. Dessutom har den också förmågan att binda till de endokrina CB2-receptorerna i människokroppen, vilket gör den till en intressant farmaceutisk komponent.
Ultraljud extraktion av karyofyllenoxid
Ultraljud extraktion av terpenkaryofyllenoxid är en utmärkt teknik för att producera höga utbyten, t.ex. från cannabis och humle. Läs mer om akustisk kavitation, den aktiva principen för ultraljud extraktion!
Till exempel extraherades β-karyofyllenoxid ultraljudsmässigt med ultraljudsanordningen UP100H (100W, 30kHz) från torkad humle, knoppar.
GC-analysdata visar extraktionsutbytet av β-karyofyllenoxid, extraherad med Hielschers UP100H från humle.
UP400St – 400W kraftfull ultraljudsprocessor för terpenextraktion med omrörare
Gaskromatografianalys av ultraljudshumleextrakt: β-karyofyllenoxid, α-karyofyllen, α-pinen, mykren, limonen, α-karyofyllen och karyofyllenoxid och andra.
Förutom β-karyofyllenoxid extraherades andra terpener som bland annat α-karyofyllen, α-pinen, mykren, limonen och α-karyofyllen.
Hur extraheras terpener från växter med hjälp av ultraljud av sondtyp? En steg-för-steg-instruktion!
- Först mals växtmaterialet eller hackas i små bitar för att öka ytan för extraktion.
- Växtmaterialet blandas sedan med ett lösningsmedel (t.ex. etanol eller vatten) för att extrahera terpenerna.
- Sond-typ ultraljud används sedan för att stödja i extraktionsprocessen genom att applicera högintensiva, lågfrekventa ultraljudsvågor vid ca 20kHz på slurryn. Detta orsakar akustisk kavitation och en snabb vibration av lösningsmedlet, vilket främjar sönderfall och störning av växtcellerna och frigör terpenerna.
- Blandningen filtreras sedan för att separera det fasta växtmaterialet från vätskan som innehåller de extraherade terpenerna.
- Vätskan förångas sedan eller utsätts för ytterligare bearbetning för att avlägsna lösningsmedlet och koncentrera terpenerna.
- Slutprodukten är ett terpenrikt extrakt som kan användas i olika applikationer som kosttillskott, funktionella livsmedel och kosmetika.
Protokoll för ultraljud terpenextraktion
Humlen maldes med en konventionell kaffekvarn för att få en mer homogen partikelstorlek på humleprovet.
4,5 mg humle lades i en flaska och sedan tillsattes 5 ml etanol. Injektionsflaskan placerades i en bägare med isvatten för att avleda värmen. Sedan var provet ultraljudsbehandlat med en UP100H, utrustad med sonotrode MS7, med en amplitudinställning på 50 % i 90 sek.
Gaskromatografianalys av ultraljudshumleextrakt:
Ultraljudsbehandling säkerställer en hög massöverföring mellan cellmatrisen och lösningsmedlet, så att följaktligen ett mycket högt utbyte av högkvalitativt extrakt uppnås.
- Terpenextrakt av hög kvalitet (ingen termisk nedbrytning)
- Höga skördar
- Snabbt förfarande
- Snabb ROI
- mildare lösningsmedel
- Mindre användning av lösningsmedel
- Säker och enkel att använda
- Lågt underhåll
- Grön, miljövänlig terpenextraktion
Ultraljud terpenextraktion sticker ut som en grön extraktionsmetod, som gör det möjligt att påskynda terpenextraktionsproceduren avsevärt samtidigt som det kräver mindre energi än andra konventionella extraktionsmetoder (dvs. superkritisk CO2, Soxhlet och så vidare). Andra fördelar kopplade till användningen av ultraljudsextraktion av terpener är enkel hantering av ultraljudsextraktorn, snabb process, inget kemiskt avfall, högt utbyte, miljövänlig, förbättrad kvalitet på grund av milda bearbetningsförhållanden och förebyggande av termisk nedbrytning.
Ultraljudsextraktorer för terpener
Tabellen nedan ger dig en indikation på vilken ultraljudsenhet som kan vara den mest lämpliga för dina krav på terpenextraktion.
| Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
|---|---|---|
| 10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000 |
| N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
| N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Ultraljudshomogenisatorer med hög effekt från labb till industriell skala.
Litteratur/Referenser
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
Fakta som är värda att veta
karyofyllen
Karyofyllen eller (−)-β-karyofyllen, är en naturlig bicyklisk seskviterpen som finns i många eteriska oljor. Följande örter är kända som en bra källa till karyofyllen: cannabis, hampa (Cannabis sativa), svart kummin (Carum nigrum), kryddnejlika (Syzygium aromaticum), humle (Humulus lupulus), basilika (Ocimum spp.), oregano (Origanum vulgare), svartpeppar (Piper nigrum), lavendel (Lavandula angustifolia), rosmarin (Rosmarinus officinali och kopaibaolja (Copaifera spp.). β-karyofyllen är en fytocannabinoid med stark affinitet till cannabinoidreceptor typ 2 (CB 2), men inte cannabinoidreceptor typ 1 (CB 1).
karyofyllenoxid
Karyofyllenoxid (även β-karyofyllenoxid) är oxidationsderivatet av β-karyofyllen och är ett vitt, kristallint fast pulver med en smältpunkt på ca 62 °C.
Den är uppskattad för sina antiinflammatoriska, lokalbedövande och antioxidativa effekter. För det första tyder forskning på att karyofyllenoxid också kan vara ett potentiellt läkemedel för cancerbehandling. Karyofyllenoxid är en del av cyklobutanringen, som redan används i medicinsk forskning för att syntetisera det allmänt använda kemoterapiläkemedlet karboplatin.
Karyofyllenoxid, där olefinen av karyofyllen har blivit en epoxid, är en godkänd komponent för livsmedelsarombildning.
Både β-karyofyllen och β-karyofyllenoxid uppvisar låg vattenlöslighet, vilket hindrar deras absorption till cellen. För att använda dessa seskviterpener som läkemedel eller näringstillskott måste inkapslingen i liposomer övervinna den dåliga lösligheten av dessa seskviterpener i vattenhaltiga vätskor och säkerställa biotillgänglighet och bioaktivitet. Klicka här för att lära dig mer om ultraljudsinkapsling av bioaktiva föreningar!
Karyofyllenoxid i cannabis
I cannabis sativa-växten finns karyofyllenoxid som en sesquiterpen, som består av tre isoprenenheter. Karyofyllenoxid är en av de största och mest förekommande terpenerna i cannabisväxten och är ansvarig för den distinkta aromen och lukten av cannabis. Ultraljudsextraktion används framgångsrikt för att producera Fullspektrum cannabidiololjor, så att entourage-effekten av de mångfaldiga föreningarna ges.
Ultraljud kavitation för extraktion
När ultraljudsvågor med hög effekt införs i en vätska sker kompressions- och expansionscykler (sällsynthet) i vätskan. Under sällsynthet bildas hålrum eller så kallade kavitationsbubblor i en vätska. Dessa kavitationsbubblor, som är små vakuumbubblor, uppstår när undertrycket utövas, så att vätskans lokala draghållfasthet övervinns. Vakuumbubblorna växer under flera kompressions-/sällsynthetscykler tills de inte kan absorbera mer energi och kavitationsbubblan genomgår en implosiv kollaps. Detta fenomen är känt som kavitation. Enligt Prof. Suslicks forskning (1990) råder i kavitationsbubblor extrema förhållanden med temperaturer på upp till 5000 K, tryck på 1000 atmosfär, värme-kylhastighet över 1010 K/s och vätskestrålar med en hastighet på upp till 280 m/s, som uppträder som mycket hög skjuvkraft och turbulens i kavitationszonen. Kombinationen av dessa faktorer (tryck, värme, skjuvning och turbulens) används för att påskynda massöverföringen i extraktionsprocessen. Dessutom används dessa lokalt förekommande förhållanden också i ultraljudsprocesser, såsom homogenisering, emulgering eller dispergering.
Ultraljudsextraktion är baserad på akustisk kavitation och dess hydrodynamiska skjuvkrafter
Ultraljud extraktion av terpener
Principen för ultraljudsextraktion bygger på två effekter, som produceras när ultraljudsvågor med hög effekt kopplas ihop till en vätska eller slurry:
För det första trycks lösningsmedlet (det omgivande flytande mediet) in i cellmatrisen. Beroende på kavitationens amplitud och styrka perforeras eller störs cellväggen av vätsketrycket.
För det andra, under sällsynthetscykeln spolas innehållet i cellen (dvs. intracellulärt material) ut ur den inre cellen. Efter ultraljudsextraktion finns de riktade föreningarna i lösningsmedlet och kan separeras från lösningsmedlet (t.ex. genom att förånga lösningsmedlet) så att slutligen ett rent extrakt erhålls.
Sammansättningen av råmaterialet (såsom fukthalt, maceration / malningsgrad och partikelstorlek, och det valda lösningsmedlet är mycket viktiga faktorer för att erhålla en effektiv och effektiv ultraljudsextraktionsprocess. Ultraljudsprocessens parametrar är också viktiga: amplitud, tryck, temperatur och ultraljudsbehandling tid måste fastställas och optimeras för bästa resultat.