Chiết xuất bằng siêu âm sử dụng cây gai dầu làm nguyên liệu
- Đối với cây cannabis sativa, có thể phân biệt hai loài: cần sa và gai dầu.
- Siêu âm được biết đến rộng rãi là phương pháp ưu việt để phân lập các cannabinoid từ cả cần sa và gai dầu.
Chiết xuất cannabinoid bằng siêu âm
Công nghệ chiết xuất bằng siêu âm có hiệu quả cao trong việc giải phóng các hợp chất có hoạt tính (tức là các cannabinoid (CBD, THC, CBG), tinh dầu, terpene v.v.) từ nguyên liệu thực vật như nụ hoa, lá và thân.
Chiết xuất bằng siêu âm vượt trội so với các kỹ thuật chiết xuất thông thường nhờ nhiều ưu điểm:
Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) được biết đến rộng rãi là một kỹ thuật tăng cường quá trình, giúp cải thiện sự truyền khối và thu được lượng hợp chất có hoạt tính sinh học cao hơn, chẳng hạn như cannabinoid, terpene, v.v.
Xử lý siêu âm tạo ra các dịch chiết chất lượng cao vì chiết xuất bằng siêu âm không đòi hỏi sử dụng các dung môi có tính ăn mòn mạnh, độc hại để giải phóng cannabinoid. Ví dụ, chiết xuất bằng siêu âm có thể được thực hiện với các dung môi như nước, hỗn hợp nước–cồn, cồn hoặc dầu (ô liu, dừa). Điều này giúp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) thân thiện với môi trường hơn đáng kể.
Tìm hiểu thêm về cách lựa chọn dung môi phù hợp cho chiết xuất bằng siêu âm!
Điều kiện chiết xuất nhẹ nhàng của quá trình xử lý siêu âm tạo ra dịch chiết có các đặc tính giống nguyên liệu ban đầu (ví dụ: gai dầu, cần sa) nhưng được tăng cường – mang lại tác dụng đối với sức khỏe, hương vị và mùi vượt trội.
Các thiết bị chiết xuất siêu âm Hielscher có thể được điều khiển chính xác. Khả năng kiểm soát hoàn toàn các thông số quá trình như cường độ và nhiệt độ giúp thu được dịch chiết có chất lượng đặc biệt cao. Vì xử lý siêu âm là phương pháp xử lý phi nhiệt nên tránh được sự phân hủy do nhiệt của các thành phần nhạy nhiệt. Nhiệt độ chiết xuất trong khoảng 0–60°C là tối ưu để thu được các dịch chiết vượt trội.
Một lợi ích khác của chiết xuất bằng siêu âm là quá trình diễn ra nhanh chóng: Toàn bộ quá trình chiết xuất chỉ mất vài phút để giải phóng các cannabinoid khỏi tế bào thực vật, trong khi các kỹ thuật chiết xuất khác đòi hỏi thời gian xử lý hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày.
Cả chi phí đầu tư và chi phí vận hành đều ở mức tối thiểu so với các thiết bị chiết xuất thay thế, ví dụ như thiết bị chiết xuất CO2 siêu tới hạn. Các hệ thống chiết xuất bằng siêu âm mang lại khả năng hoàn vốn đầu tư rất nhanh.
UP400St để chiết xuất cannabinoid từ gai dầu
- Dịch chiết chất lượng cao
- Chiết xuất triệt để hơn
- Tốc độ chiết xuất cao
- Dịch chiết toàn phổ
- Sử dụng nhiều loại dung môi
- Không độc hại
- Phương pháp phi nhiệt (lạnh)
- Quá trình chiết xuất nhanh chóng
- An toàn và dễ sử dụng
- Khả năng mở rộng quy mô tuyến tính
Gai dầu và cần sa
Cannabis là một họ thực vật có thể được phân loại thành C. Indica và C. Sativa. Gai dầu và cần sa là các loài thuộc Cannabis Sativa.
Khi so sánh gai dầu với cần sa, có một khác biệt rất lớn; trong khi gai dầu chứa hàm lượng THC rất thấp (0,3% hoặc thấp hơn), cần sa chứa nhiều THC với hàm lượng từ 15% đến 40%.
Vì vậy, cho đến gần đây, gai dầu chủ yếu được trồng cho mục đích công nghiệp. Ngày nay, gai dầu cũng được đánh giá cao về lượng CBD thu được. CBD là một cannabinoid không gây tác động hướng thần, có đặc tính chống viêm và giảm lo âu. Cần sa chủ yếu được trồng để thu THC, chất được sử dụng cho mục đích giải trí và y học.
Dầu gai dầu và CBD, cannabinoid chính có trong gai dầu, là những chất đầy hứa hẹn được sử dụng để hỗ trợ điều trị các tình trạng bệnh lý như lo âu, viêm mạn tính, bệnh tự miễn, đau, đau đầu và đau nửa đầu, rối loạn tiêu hóa, cùng nhiều tình trạng khác.
Khám phá quy trình đơn giản để chiết xuất cần sa bằng siêu âm với các mẻ cỡ trung 120L!
Thiết bị siêu âm dạng đầu dò UP400St là thiết bị chiết xuất siêu âm phổ biến được sử dụng để phân lập CBD, THC, CBG, CBN, các cannabinoid khác cũng như terpene từ gai dầu và cần sa.
Thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu năng cao
Hielscher Ultrasonics cung cấp cỡ nhỏ, cỡ trung và quy mô công nghiệp thiết bị xử lý siêu âm có thể vận hành 24/7. Tùy thuộc vào nguyên liệu thô và thể tích xử lý, chúng tôi có thể cung cấp cho bạn hệ thống chiết xuất bằng siêu âm phù hợp với nhu cầu. Bạn có thể lựa chọn giữa chiết xuất theo mẻ và chiết xuất liên tục. Việc nâng quy mô lên công suất xử lý lớn hơn sau này có thể thực hiện dễ dàng vì các quy trình siêu âm có thể được mở rộng quy mô theo tuyến tính.
Các hệ thống thí điểm và công nghiệp của Hielscher có thể tạo ra biên độ rất cao – cho phép vận hành ổn định và liên tục 24/7 ở biên độ lên đến 200µm. Đối với biên độ cao hơn nữa, có các đầu sonotrode siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Độ bền của các thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành với cường độ cao và trong các môi trường khắc nghiệt.
Là nhà sản xuất có kinh nghiệm lâu năm về thiết bị chiết xuất bằng siêu âm công suất cao, Hielscher là đối tác đáng tin cậy của bạn cho các yêu cầu chiết xuất phức tạp. Chúng tôi tư vấn và hỗ trợ khách hàng bằng kiến thức chuyên môn của mình, đồng thời hướng dẫn họ từ thử nghiệm tính khả thi đến lắp đặt công nghiệp.
Hãy liên hệ với chúng tôi ngay! Chúng tôi rất sẵn lòng trao đổi với bạn về các yêu cầu chiết xuất của bạn!
Liên hệ với chúng tôi! / Gửi câu hỏi cho chúng tôi!
Lắp đặt Hielscher UIP4000hdT, một thiết bị chiết xuất bằng siêu âm 4kW, để chiết xuất công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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.
Những điều đáng biết
Chiết xuất bằng siêu âm đã trở thành kỹ thuật hiệu quả nhất và thân thiện nhất với người dùng trong việc chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật. Ví dụ nổi bật nhất về chiết xuất thành công có thể là việc phân lập CBD và các cannabinoid khác từ cây cần sa.
Chiết xuất bằng siêu âm so với các phương pháp chiết xuất thông thường
Ngâm trong ethanol là một phương pháp đơn giản, nhưng rất tốn thời gian, công suất xử lý bị hạn chế và chi phí dung môi cũng như năng lượng đều cao. Dung môi tồn dư trong sản phẩm cuối cùng cản trở mục tiêu sản xuất dịch chiết chất lượng cao.
Chiết xuất bằng hệ thống hydrocarbon kín đòi hỏi sử dụng nhiên liệu hóa thạch, do đó các chất gây ung thư như benzen có thể hiện diện trong sản phẩm cuối cùng.
Các hệ thống chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn có chi phí đầu tư cũng như mức tiêu thụ năng lượng cao. Thiết bị chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn đòi hỏi nhân viên được đào tạo bài bản để vận hành vì các hệ thống CO2 áp suất cao gây nguy hiểm khi vận hành. Khi CO2 rò rỉ, khí này có thể gây tử vong do ngạt cho công nhân có mặt tại đó.
Chiết xuất bằng nước ở trạng thái tới hạn là một phương án thay thế thân thiện với môi trường, có tốc độ chậm và chỉ giải phóng một phần nhỏ các hợp chất có hoạt tính sinh học.
Chiết xuất bằng siêu âm
Chiết xuất bằng siêu âm là một kỹ thuật tăng cường quá trình chiết xuất, có thể được sử dụng kết hợp với nước (không dùng dung môi) cũng như với các dung môi như ethanol, ethanol–nước, glycerin, methanol, dầu thực vật hoặc các dung môi khác tùy chọn. Chiết xuất bằng siêu âm thúc đẩy quá trình truyền khối, nhờ đó hiệu suất thu hồi dịch chiết đạt 95–99% có thể đạt được. Xử lý bằng siêu âm có thể dễ dàng mở rộng quy mô và tạo ra dịch chiết chất lượng cao.
Một thiết bị chiết xuất bằng siêu âm quy mô nhỏ như UP400St (400W) có khả năng xử lý một mẻ lên đến 10L trong vòng 5–15min (tùy thuộc vào các thông số quy trình như nguyên liệu thô (tươi hoặc khô; búp, lá, thân), dung môi, nhiệt độ).
Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm công suất 2kW UIP2000hdT có thể vận hành như một hệ thống tích hợp trên đường ống. Ở chế độ dòng chảy qua, UIP2000hdT dễ dàng xử lý 200 đến 800L/hr (cũng tùy thuộc vào các thông số quy trình).
Chi phí đầu tư cho thiết bị xử lý siêu âm thấp so với thiết bị chiết xuất bằng CO2. Chi phí năng lượng để vận hành cũng không đáng kể. Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm rất an toàn khi vận hành, dễ vệ sinh và cần rất ít bảo trì.
Cần sa
Các hợp chất có hoạt tính sinh học của cây cần sa (cả gai dầu và cần sa marijuana) đã thu hút nhiều sự chú ý trong thời gian gần đây. Đặc biệt, cannabinoid cannabidiol (CBD) đã được chứng minh có nhiều lợi ích cho sức khỏe, từ đặc tính chống ung thư và chống viêm đến tác dụng giảm đau và chống trầm cảm. Ngoài cannabidiol, cây cần sa còn chứa nhiều cannabinoid khác như THC (tetrahydrocannabinol), cannabinol (CBN), cannabigerol (CBG), cannabichromene (CBC) và cannabinodiol (CBND). Các cannabinoid đã cho thấy tiềm năng điều trị rất lớn và đang là trọng tâm của nhiều nghiên cứu.
Sự tương tác giữa các cannabinoid khác nhau và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác như terpene, polyphenol, flavonoid và alkaloid dường như mang lại những lợi ích còn tốt hơn cho sức khỏe. Sự phối hợp giữa các terpene khác nhau, các cannabinoid khác nhau và các hợp chất thực vật khác được gọi là “hiệu ứng cộng hưởng”. Nhờ các hiệu ứng cộng hưởng này, các dịch chiết toàn phổ, vốn có thể thu được thành công bằng phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE), được biết đến với tác dụng điều trị vượt trội.
Terpene trong cần sa
Terpenoid là các thành phần của tinh dầu có thể tìm thấy trong thực vật. Cây cần sa rất giàu terpene. Trong cây cần sa, terpene được tạo ra trong các lông tuyến của cây. Các lông tuyến là những tinh thể sáng bóng, có tính dính, bám trên lá và nụ. Những lông tuyến này là cơ chế phòng vệ tự nhiên của cây cần sa, bảo vệ cây khỏi côn trùng và động vật. Nhờ mùi thơm, terpene có tác dụng xua đuổi. Đối với con người chúng ta, đặc điểm dễ nhận thấy nhất của terpene trong cần sa là mùi của chúng. Những terpene này góp phần tạo nên nhiều lợi ích cho sức khỏe của cây cần sa (gai dầu và cần sa marijuana).
Ngoài hương thơm và mùi đặc trưng, các phân tử terpene còn là những chất có nguồn gốc thực vật có hoạt tính mạnh, mang lại nhiều lợi ích y học.
Cả cần sa marijuana và gai dầu thuộc chi Cannabis Sativa đều chứa lượng terpenoid đặc biệt lớn và có hơn 100 loại chất này khác nhau.
Mỗi terpene có những đặc tính riêng, từ an thần đến nâng cao tinh thần. Ví dụ, nerolidol có tác dụng an thần và chống lo âu, linalool giúp kiểm soát các triệu chứng lo âu và viêm khớp, trong khi myrcene được biết đến với khả năng giảm đau mạn tính. Các terpene β-Myrcene, Ɣ-pinene và humulene làm giảm viêm và có tác dụng giảm đau.
Một số terpene chỉ có ở cần sa, nhưng nhiều terpene có trong cần sa cũng hiện diện ở một số loài thực vật khác. Ví dụ, caryophyllene có trong các loại rau lá xanh, hoa bia cũng như trong hương thảo và kinh giới oregano. Limonene là terpene chủ yếu có trong các loại quả có múi như chanh và cam.
Hiệu ứng cộng hưởng
Mỗi terpene được biết đến với những tác dụng điều trị cụ thể. Tuy nhiên, terpene và các hợp chất thực vật khác như polyphenol và flavonoid được biết đến với tác dụng hiệp đồng vượt trội, giúp tăng cường mối quan hệ cộng sinh giữa các cannabinoid. Sự tương tác giữa các hợp chất có hoạt tính sinh học khác nhau này được gọi là “hiệu ứng cộng hưởng“.
Hiệu ứng cộng hưởng làm tăng sinh khả dụng của terpene và giúp cơ thể hấp thu các cannabinoid hiệu quả hơn.
Các loại hợp chất có hoạt tính sinh học
Số lượng, nồng độ và tính đa dạng của các hợp chất có hoạt tính sinh học quyết định các đặc tính dược liệu của dịch chiết thực vật. Các hợp chất có hoạt tính sinh học này được tổng hợp dưới dạng các chất chuyển hóa thứ cấp, không góp phần vào sự sinh trưởng hay quá trình quang hợp ở thực vật. Tuy nhiên, chúng có vai trò thiết yếu đối với sự sống còn của thực vật và sự tương tác của chúng với môi trường. Các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật có thể được phân loại khái quát thành ba nhóm: terpene và terpenoid, alkaloid, và hợp chất phenolic. Các hợp chất phenolic là nhóm chất chuyển hóa thứ cấp phân bố rộng rãi nhất trong giới thực vật, được biết đến rộng rãi và đánh giá cao nhờ tác dụng chống oxy hóa. Một nhóm hợp chất phenolic có khối lượng phân tử thấp quan trọng khác là flavonoid, cũng có tác dụng chống oxy hóa rất mạnh.
Các hợp chất phenolic bao gồm các axit phenolic như axit benzoic và axit hydroxycinnamic, các flavonoid như flavone và flavonol, lignan và stilbene. Dịch chiết toàn phổ (ví dụ: thu được bằng chiết xuất bằng siêu âm từ cần sa) chứa tất cả các hợp chất thực vật khác nhau này, có tác dụng đối với sức khỏe trên phạm vi rộng nhất.
Nguyên lý hoạt động của chiết xuất bằng siêu âm
Chiết xuất bằng siêu âm dựa trên sóng âm (siêu âm) được truyền vào môi trường lỏng. Sóng siêu âm cường độ cao tạo ra các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp. Do sự chênh lệch áp suất trong quá trình sóng siêu âm lan truyền qua chất lỏng, các bọt xâm thực hình thành. Sự sụp đổ của các bọt xâm thực này tạo ra các điều kiện có mật độ năng lượng cao.
Chiết xuất các hoạt chất và tinh dầu bằng siêu âm dựa trên nguyên lý hoạt động của hiện tượng xâm thực âm. Hình trên cho thấy tác động của sự sụp đổ một bọt xâm thực và sự giải phóng tinh dầu từ nguyên liệu thực vật do quá trình này gây ra
nguồn: Altaf và cộng sự, 2018
Các điều kiện ở gần các bọt xâm thực đang sụp đổ có thể rất khắc nghiệt – tạo ra nhiệt độ lên đến 4500°C và áp suất lên đến 100 MPa. Sự sụp đổ và chênh lệch áp suất phát sinh tạo ra lực cắt và dòng chảy rối rất mạnh tại điểm nóng xâm thực. Sự kết hợp của các yếu tố chênh lệch áp suất, chênh lệch nhiệt độ và lực cắt này thúc đẩy quá trình truyền khối, qua đó thúc đẩy các quá trình chiết xuất. Dưới tác động của các lực xâm thực siêu âm mạnh, tế bào (ví dụ: tế bào thực vật, vi khuẩn hoặc mô) bị phá vỡ và vật chất nội bào (như dầu, lipid, protein và các hoạt chất) được giải phóng vào dung môi xung quanh.
Do đó, chiết xuất bằng siêu âm là phương pháp được ưu tiên để tăng cường các quá trình chiết xuất.
Chiết xuất bằng siêu âm dựa trên hiện tượng xâm thực âm và các lực cắt thủy động lực học của hiện tượng này
Thiết bị chiết xuất siêu âm công suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô thí điểm và công nghiệp.