Thiết bị chiết xuất cần sa – Ưu điểm của xử lý siêu âm
Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm có nhiều ưu điểm khiến phương pháp này trở thành phương pháp chiết xuất vượt trội đối với cây gai dầu và cần sa. Mặc dù có thể chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học như THC và CBD từ cần sa bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, xử lý siêu âm mang lại nhiều ưu điểm. Nhờ hiệu suất thu hồi cao, dịch chiết chất lượng cao, quy trình nhanh, chi phí đầu tư và vận hành thấp, khả năng vận hành an toàn và thân thiện với người dùng, chiết xuất bằng siêu âm là phương pháp được ưu tiên cho các quy trình chiết xuất trong sản xuất dịch chiết cần sa ở cả quy mô nhỏ lẫn quy mô công nghiệp.
Ưu điểm của chiết xuất cần sa bằng siêu âm
Máy siêu âm dạng đầu dò là một loại thiết bị chiết xuất sử dụng sóng siêu âm để phá vỡ nguyên liệu thực vật và chiết xuất các hợp chất mong muốn. Phương pháp này đã được chứng minh là vượt trội hơn các phương pháp chiết xuất truyền thống trong chiết xuất cần sa vì một số lý do:
- Hiệu quả: Đầu dò siêu âm có thể chiết xuất tỷ lệ các hợp chất mục tiêu từ nguyên liệu thực vật cao hơn so với các phương pháp chiết xuất truyền thống như chiết xuất bằng dung môi hoặc chưng cất lôi cuốn hơi nước. Điều này là do đầu dò siêu âm sử dụng sóng âm tần số cao để phá vỡ nguyên liệu thực vật ở cấp độ tế bào, giúp việc chiết xuất các hợp chất mong muốn trở nên dễ dàng hơn.
- Chiết xuất nhanh: Đầu dò siêu âm có thể chiết xuất các hợp chất mục tiêu từ nguyên liệu thực vật chỉ trong vài phút, trong khi các phương pháp chiết xuất truyền thống có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày. Điều này có nghĩa là đầu dò siêu âm có thể xử lý nhiều nguyên liệu hơn trong thời gian ngắn hơn, khiến phương pháp này trở thành phương pháp chiết xuất hiệu quả hơn.
- Toàn phổ: Máy siêu âm dạng đầu dò chiết xuất toàn bộ các hợp chất có hoạt tính sinh học. Điều này cho phép sản xuất các dịch chiết toàn phổ bằng đầu dò siêu âm; các dịch chiết này được biết đến nhờ hiệu ứng cộng hưởng, có thể có ý nghĩa quan trọng đối với mục đích y học hoặc nghiên cứu.
- An toàn: Sử dụng đầu dò siêu âm được xem là phương pháp chiết xuất an toàn hơn so với các phương pháp truyền thống như chiết xuất bằng dung môi, vốn có thể sử dụng các dung môi dễ cháy và có khả năng gây độc, hoặc sử dụng thiết bị chiết xuất CO2 siêu tới hạn, vốn vận hành ở áp suất cao. Siêu âm tương thích với mọi loại dung môi, bao gồm nước và dung dịch ethanol trong nước, khiến phương pháp này trở thành phương pháp chiết xuất an toàn hơn và thân thiện hơn với môi trường.
Tóm lại, chiết xuất cần sa bằng đầu dò siêu âm có một số ưu điểm so với các phương pháp chiết xuất truyền thống, bao gồm hiệu quả, tốc độ, tính chọn lọc và độ an toàn cao hơn.
Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm UIP2000hdT (2kW) để sản xuất dịch chiết cần sa hoàn toàn tự nhiên, hữu cơ ở quy mô công nghiệp.
Máy siêu âm so với thiết bị chiết xuất CO2 trong chiết xuất cần sa
Chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn là một phương pháp thông dụng để sản xuất dịch chiết cần sa. Tuy nhiên, do chi phí cao, các vấn đề an toàn và việc vận hành phức tạp, máy siêu âm đã thay thế nhiều thiết bị chiết xuất CO2 đã được lắp đặt. Đọc các ưu điểm dưới đây để biết vì sao xử lý siêu âm vượt trội hơn chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn.
- Hiệu suất thu hồi: Chiết xuất bằng siêu âm đã được chứng minh là cho hiệu suất thu hồi các hợp chất mong muốn cao hơn so với chiết xuất bằng CO2. Điều này là do chiết xuất bằng siêu âm có thể phá vỡ nguyên liệu thực vật ở cấp độ tế bào, cho phép chiết xuất các hợp chất mục tiêu hiệu quả hơn.
- Tốc độ: Chiết xuất bằng siêu âm có thể hoàn tất chỉ trong vài phút, trong khi chiết xuất bằng CO2 có thể mất vài giờ. Điều này có nghĩa là chiết xuất bằng siêu âm là phương pháp nhanh hơn và có thể xử lý thể tích nguyên liệu lớn hơn trong thời gian ngắn hơn.
- Tính chọn lọc: Chiết xuất bằng siêu âm tạo ra dịch chiết phổ rộng, chứa nhiều loại hợp chất có hoạt tính sinh học. Dịch chiết phổ rộng được đánh giá cao nhờ hiệu ứng được gọi là hiệu ứng cộng hưởng, trong đó các chất hỗ trợ và tăng cường tác dụng riêng của nhau theo cơ chế hiệp đồng. Điều này khiến chiết xuất bằng siêu âm trở thành một lựa chọn rất tốt để sản xuất dịch chiết phục vụ điều trị cũng như cho mục đích nghiên cứu.
- Hiệu quả năng lượng: Chiết xuất bằng siêu âm sử dụng ít năng lượng hơn chiết xuất bằng CO2, khiến phương pháp này trở thành một lựa chọn thân thiện hơn với môi trường.
- Chi phí thiết bị: Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm thường có chi phí thấp hơn thiết bị chiết xuất bằng CO2, nhờ đó có thể trở thành lựa chọn dễ tiếp cận hơn cho các nhà sản xuất quy mô nhỏ.
- Độ an toàn: Quá trình chiết xuất bằng siêu âm có thể được thực hiện mà không sử dụng dung môi dễ cháy hoặc độc hại. Nước hoặc dung dịch ethanol trong nước là những dung môi được sử dụng phổ biến nhất để chiết xuất cần sa. Ngược lại, chiết xuất bằng CO2 đòi hỏi sử dụng CO2 dưới áp suất cao. Áp suất cao này đi kèm với nguy cơ rò rỉ CO2 hoặc hỏng thiết bị cùng các mối nguy liên quan đến áp suất cao. Vì vậy, chiết xuất bằng siêu âm được xem là phương pháp an toàn hơn cho cả người vận hành và môi trường.
Chiết xuất cần sa bằng siêu âm – Nguyên lý hoạt động của siêu âm trong chiết xuất
Chiết xuất bằng siêu âm dựa trên nguyên lý xâm thực âm. Việc đưa siêu âm công suất cao vào chất lỏng và huyền phù tạo ra hiện tượng xâm thực mạnh và các lực cắt lớn. Trong huyền phù gồm lá, búp, hoa, thân và các bộ phận khác của thực vật, tế bào thực vật bị phá vỡ bởi lực cắt do siêu âm, giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học như cannabidiol (CBD) và tetrahydrocannabinol (THC). Chiết xuất bằng siêu âm đã được khẳng định là kỹ thuật có hiệu quả cao và đáng tin cậy để phân lập các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật. Đặc biệt trong sản xuất dầu cần sa chất lượng cao, xử lý bằng siêu âm đã chứng tỏ ưu thế nhờ hiệu suất thu hồi cao (sản lượng dịch chiết cao hơn), chất lượng vượt trội (toàn phổ) và thời gian xử lý ngắn. Việc sử dụng sóng siêu âm là một phương pháp xử lý cơ học, không độc hại, an toàn và thân thiện với môi trường.
Chiết xuất cần sa bằng siêu âm theo mẻ 120L với UIP2000hdT và máy khuấy
- Hiệu suất thu hồi cao hơn
- Chất lượng cao
- Không phân hủy do nhiệt
- Chiết xuất nhanh
- Vận hành đơn giản và an toàn
- Chiết xuất xanh
Tổng quan – Ưu điểm của thiết bị chiết xuất bằng siêu âm Hielscher
Hiệu quả
- Hiệu suất thu hồi cao hơn
- Quá trình chiết xuất nhanh – chỉ trong vài phút
- Dịch chiết chất lượng cao – chiết xuất nhẹ nhàng, không dùng nhiệt
- Dung môi xanh (nước, ethanol, glycerin, dầu thực vật, v.v.)
Tính đơn giản
- Cắm là chạy – Thiết lập và vận hành chỉ trong vài phút
- Năng suất xử lý cao – Phục vụ sản xuất dịch chiết quy mô lớn
- Vận hành theo mẻ hoặc liên tục trên đường ống
- Lắp đặt và khởi động đơn giản
- Di động / Có thể di chuyển – Thiết bị di động hoặc được trang bị bánh xe
- Mở rộng quy mô tuyến tính – bổ sung một hệ thống siêu âm chạy song song để tăng năng lực xử lý
- Giám sát và điều khiển từ xa – qua PC, điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng
- Không cần giám sát quá trình – Thiết lập rồi vận hành
- Hiệu năng cao – được thiết kế để sản xuất liên tục 24/7
- Bền bỉ và ít cần bảo trì
- Chất lượng cao – được thiết kế và chế tạo tại Đức
- Nạp và tháo liệu nhanh giữa các lô
- Dễ vệ sinh
Độ an toàn
- Vận hành đơn giản và an toàn
- Chiết xuất không dùng dung môi hoặc có dùng dung môi (nước, ethanol, dầu thực vật, glycerin, v.v.)
- Không sử dụng áp suất và nhiệt độ cao
- Có các hệ thống chống cháy nổ được chứng nhận ATEX
- Dễ điều khiển (kể cả điều khiển từ xa)
UP400St Chiết xuất nguyên liệu thực vật như cần sa bằng siêu âm theo mẻ 8L
Thiết bị siêu âm để chiết xuất cần sa
Hielscher Ultrasonic là đối tác đáng tin cậy của bạn về thiết bị chiết xuất bằng siêu âm hiệu năng cao để chiết xuất cần sa và các nguyên liệu thực vật khác. Với vô số hệ thống đã được lắp đặt trên toàn thế giới, thiết bị chiết xuất bằng siêu âm Hielscher được công nhận rộng rãi nhờ tốc độ chiết xuất cao, độ tin cậy và độ bền bỉ.
Từ các thiết bị siêu âm để bàn nhỏ gọn như UP400St (400W) đến UIP16000hdT mạnh nhất thế giới, Hielscher cung cấp đầy đủ các loại thiết bị chiết xuất bằng siêu âm. Điều này cho phép chúng tôi đề xuất cho bạn thiết bị chiết xuất bằng siêu âm phù hợp nhất với yêu cầu quy trình của bạn.
Thiết kế, chế tạo và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức
Các thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với tiêu chuẩn chất lượng và thiết kế cao nhất. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Các thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt và môi trường có yêu cầu cao.
Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các thiết bị siêu âm hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến nhất và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Bảng dưới đây cho biết năng suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | – | UP100H |
| 10 đến 8000mL | – | UP200Ht, UP400St |
| 0,5–150L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 1 đến 300L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| – | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| – | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Những thông tin đáng biết
Tổng quan và so sánh các phương pháp chiết xuất cần sa phổ biến nhất
Chiết xuất bằng siêu âm
Sản phẩm: Chiết xuất bằng siêu âm tạo ra dịch chiết toàn phổ chất lượng cao. Dịch chiết thô được tinh chế bằng cách lọc, chưng cất và/hoặc loại sáp bằng làm lạnh.
Chi phí thiết bị: từ khoảng US$5.000 đến vài trăm nghìn đô la Mỹ (US$100.000), tùy thuộc vào năng suất và cấu hình
Bố trí vận hành: vận hành theo mẻ/trong thùng hoặc liên tục trên đường ống
Kỹ năng kỹ thuật: dễ dàng và an toàn khi thao tác và vận hành
Dung môi: có thể sử dụng mọi loại dung môi như nước, hỗn hợp nước–cồn, cồn isopropyl, hexane, ethanol, methanol, butane, dầu thực vật (dầu ô liu, dầu dừa), glycerine, v.v.
Các hợp chất mục tiêu: toàn phổ (tất cả các cannabinoid và terpene hiện có)
Ưu điểm chính: hiệu suất thu hồi cao, dễ vận hành, chi phí thấp, dễ mở rộng quy mô lên sản xuất công nghiệp
Chiết xuất bằng dung môi (cồn, ethanol)
Sản phẩm: thường là dịch chiết thô cần được tinh chế thêm, chẳng hạn bằng cách loại sáp bằng làm lạnh hoặc lọc. Thông thường, dịch chiết ethanol được tinh chế thêm bằng chưng cất sau khi loại sáp bằng làm lạnh và lọc.
Chi phí thiết bị: từ $5.000 đến hàng triệu đô la, tùy thuộc vào quy mô, khả năng xử lý hoặc khả năng tự động hóa.
Kỹ năng kỹ thuật: được đào tạo về hóa học cơ bản/ở mức trung bình.
Các hợp chất mục tiêu: tất cả các cannabinoid hiện có; dịch chiết thu được có hàm lượng monoterpene thấp.
Chiết xuất bằng CO2
Sản phẩm: dịch chiết thô cần được tinh chế thêm, chẳng hạn bằng cách loại sáp bằng làm lạnh hoặc lọc
Chi phí thiết bị: từ $100.000 đến hàng triệu USD, tùy thuộc vào quy mô, khả năng xử lý hoặc mức độ tự động hóa
Kỹ năng kỹ thuật: được đào tạo để vận hành với CO2 lỏng (hệ thống áp suất cao – an toàn)
Các hợp chất mục tiêu: các cannabinoid với hàm lượng monoterpene chỉ ở mức thấp
Chiết xuất bằng hydrocarbon
Sản phẩm: các dạng dịch chiết shatter, budder, wax, HTFSE, HCFSE, hoặc dịch chiết thô để chưng cất, hoặc terpene để bổ sung vào sản phẩm chưng cất
Chi phí thiết bị: $5.000 đến $100.000 tùy thuộc vào quy mô và khả năng xử lý
Kỹ năng kỹ thuật: được đào tạo về hóa học và an toàn (sử dụng chất lỏng dễ cháy, butane lỏng)
Các hợp chất mục tiêu: tất cả các cannabinoid
Ứng dụng sóng siêu âm trong chiết xuất
Khi siêu âm hiệu suất cao được áp dụng cho các hệ chất lỏng (bao gồm cả huyền phù và các khối nhão có độ nhớt cao), hiện tượng xâm thực âm được tạo ra. Xâm thực âm mô tả hiện tượng hình thành, phát triển và cuối cùng là sụp vỡ của các bọt xâm thực. Trong quá trình sóng siêu âm lan truyền, các bọt chân không dao động, phát triển và sụp vỡ tại thời điểm bọt không thể hấp thụ thêm năng lượng. Sự sụp vỡ của bọt tạo ra các điều kiện cực đoan cục bộ với nhiệt độ, áp suất, tốc độ gia nhiệt và làm nguội rất cao, cùng với chênh lệch áp suất và các tia chất lỏng. Các điều kiện cực đoan này tạo ra các tác động nhiệt, cơ học và hóa học. Sự phá vỡ tế bào và giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học (= chiết xuất) là một tác động cơ học có hiệu quả và hiệu suất rất cao.
Hiện tượng xâm thực âm do siêu âm cường độ cao, tần số thấp tạo ra gây nên các lực cắt mạnh cùng áp suất cao và chênh lệch nhiệt độ xuất hiện cục bộ, tạo tác động cần thiết để phá vỡ tế bào, trộn mạnh và truyền khối. Các lực cắt siêu âm này được ứng dụng thành công để chiết xuất cần sa.
Nhờ sản lượng dịch chiết vượt trội, tốc độ chiết xuất cao, tốc độ xử lý nhanh cũng như khả năng vận hành đơn giản và an toàn, chiết xuất bằng siêu âm được ứng dụng thành công để chiết xuất nhiều loại hợp chất thực vật.
Sóng siêu âm mạnh phá vỡ nền tế bào của các cấu trúc sinh học và giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học. Quá trình truyền khối giữa nguyên liệu thực vật và dung môi được tăng cường. Nhờ các cơ chế này, chiết xuất bằng siêu âm đạt hiệu quả cao khi chiết xuất cần sa.
Các ví dụ tiêu biểu về chiết xuất bằng siêu âm bao gồm cần sa (các cannabinoid và dầu cần sa từ cần sa marijuana và cây gai dầu), curcumin, hạt tiêu, nhụy hoa nghệ tây, cà phê, mướp đắng, dầu ô liu, dầu bơ, lá móng, thảo dược Ayurveda, gừng, trà, và các loại thảo dược khác.
Khử carboxyl
Khử carboxyl là một bước quan trọng để sản xuất hiệu quả các hợp chất có hoạt tính sinh học chính trong cần sa, chẳng hạn như Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC), cannabidiol (CBD) và cannabigerol (CBG). Quá trình khử carboxyl, còn được gọi là “hoạt hóa” hoặc “decarbing”, được áp dụng như một bước tiền xử lý để tăng hàm lượng THC (delta9-tetrahydrocannabinol) trong nguyên liệu thực vật. Về mặt hóa học, khử carboxyl là phản ứng trong đó một nhóm carboxyl (-COOH) bị loại bỏ và carbon dioxide (CO2) được giải phóng. Để tăng hàm lượng THC trong nguyên liệu cây cần sa, bước khử carboxyl được áp dụng. Thông qua quá trình khử carboxyl, lượng axit Δ9-tetrahydrocannabinolic (THCA) không gây tác động hướng thần có thể được chuyển hóa thành THC có tác động hướng thần. Axit Δ9-tetrahydrocannabinolic trải qua quá trình khử carboxyl khi được gia nhiệt (đến khoảng 105°C / 220°F trong 30 phút đối với nguyên liệu khô, lên đến 90 phút đối với nguyên liệu thực vật ẩm), sau đó chuyển hóa thành hợp chất có tác động hướng thần Δ9-Tetrahydrocannabinol.
Tương tự, nguyên liệu cây cần sa giàu CBD-A có thể được khử carboxyl bằng xử lý nhiệt và qua đó chuyển hóa thành CBD. Để đông hóa nguyên liệu thực vật, nguyên liệu thực vật khô đã cắt nhỏ được gia nhiệt đến khoảng 160°C / 320°F trong 30–60 phút để bắt đầu quá trình khử carboxyl.
Nhiệt độ khử carboxyl của các cannabinoid:
CBD: 160°C / 320°F
CBC: 220°C / 428°F
THC: 155°C / 314,6°F
CBN: 185°C / 365°F
THCV: 220°C / 428°F
Các công đoạn xử lý tiếp theo – Lọc và chưng cất
Sau khi chiết xuất bằng siêu âm, các hạt cần sa phải được lọc ra khỏi chất lỏng. Vì vậy, huyền phù cần sa được lọc qua bộ lọc, chẳng hạn như lưới lọc (ví dụ: túi lọc), hoặc bằng máy ép lọc. Dịch mẹ thu được gồm dung môi (ví dụ: ethanol) và dịch chiết cần sa sau đó được cô đặc bằng cách tách ethanol. Các phương pháp chưng cất điển hình để loại bỏ dung môi sử dụng thiết bị cô quay hoặc hệ thống chưng cất chân không.
Thiết bị cô quay (thường gọi là roto-vap) thường được dùng để tách các dung môi như ethanol khỏi cần sa, qua đó tạo ra dầu cần sa tinh chế. Nhiệt độ được kiểm soát và thao tác dễ dàng khiến thiết bị cô quay trở thành thiết bị chưng cất chủ đạo trong ngành công nghiệp cần sa.
Chưng cất chân không chủ yếu được sử dụng để phân lập CBD cho mục đích dược phẩm và y học, khi cần loại bỏ terpene và/hoặc THC. Do terpene, THC và CBD có nhiệt độ sôi cao (trong khoảng 160–250°C / 310–482°F), chưng cất ở điều kiện áp suất khí quyển sẽ đòi hỏi xử lý ở nhiệt độ cao, dẫn đến sự phân hủy nhiệt của các cannabinoid nhạy nhiệt. Ngoài ra, việc tiếp xúc với oxy khởi phát các phản ứng oxy hóa, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng của các cannabinoid. Việc áp dụng chân không làm giảm nhiệt độ sôi. Hơn nữa, oxy được loại bỏ khi áp dụng chân không. Nhờ đó, chưng cất trong điều kiện chân không làm giảm sự phân hủy do nhiệt và oxy hóa của dịch chiết.
Đông hóa
Đông lạnh loại sáp là quá trình loại bỏ lipid, chất béo và sáp thực vật bằng cách rửa với cồn nhằm tách cannabinoid và terpene khỏi các chất không mong muốn, như sáp thực vật, chất béo và diệp lục. Để đông lạnh loại sáp, dầu cần sa đã chiết xuất được cho vào ethanol và làm lạnh xuống nhiệt độ dưới -20°C / -6°F. Ở các nhiệt độ thấp này, lipid, chất béo và sáp kết tủa và có thể được loại bỏ.
Hielscher Ultrasonics sản xuất các thiết bị đồng nhất siêu âm hiệu suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.