Miten tekoäly voisi mullistaa arvokkaiden kasvipohjaisten yhdisteiden uutteen

Varhaisin ihmiselle tunnettu lääke oli kasvit, joissa on aktiivisia yhdisteitä, jotka auttavat lievittämään kipua, alentamaan kuumetta, torjumaan sairauksia ym. Nykyäänkin farmakobotani on erittäin tärkeä nykylääketieteen ala, ja harvinaisia molekyylejä löydetään säännöllisesti sekä tavallisista että harvinaisemmista kasveista uusien hoitojen kehittämiseksi.

Yksi ongelma on, että nämä yhdisteet voivat olla lääketieteellisesti voimakkaita, mutta ne esiintyvät kasveissa vain pieninä määrinä, tai kasvin viljely on vaikeaa. Molemmissa tapauksissa lopputuote voi olla erittäin kallista, erityisesti jos kiinnostavaa yhdistettä ei voida kemiallisesti syntetisoida.

Siksi kaikki parannukset, jotka optimoivat aktiivisten molekyylien uutteen kasveista, voivat aiheuttaa valtavia taloudellisia ja lääketieteellisiä vaikutuksia.

Iranilainen tutkijaryhmä Islamilaisessa Azad-yliopistossa, Tarbiat Modares -yliopistossa ja Isfahanin tekniikan yliopistossa on käyttänyt tekoälyä arvokkaiden yhdisteiden uutteen superkriittisen CO2:n avulla. He julkaisevat löydöksensä CO2 Utilization¹-lehdessä otsikolla “Sustainable CO₂-based process intensification for the extraction of Nepeta crispa essential oil using ultrasound-assisted supercritical CO₂: Optimization and machine learning modeling”.

Kasvien farmakooppian uutto

Laaja valikoima yrttejä ja aromaattisia kasveja, joiden arvokkaat ominaisuudet ja hyödyt johtuvat pitkälti niiden eteerisistä öljyistä, on löytänyt laajaa käyttöä lääke-, elintarvike-, kosmetiikka-, maali- ja kemianteollisuudessa. Eteeriset öljyt ovat haihtuvia yhdisteitä, jotka koostuvat monimutkaisista kemiallisista seoksista, sisältäen erilaisia molekyylejä.

Perinteiset tekniikat eteeristen öljyjen uutteen kasvimateriaalista, kuten hydrodistillointi, höyrydestillointi ja orgaanisiin liuottimiin perustuva uutto, kärsivät useista sisäänrakennetuista rajoituksista:

• Uutetun tuotteen mahdollinen kontaminaatio orgaanisten liuottimien käytöstä.
• Tarve poistaa liuotin jälkikäteen.
• Liuottimen toksisuus ja syttyvyys.
• Korkeat käyttökustannukset ja merkittävä energian tarve hyväksyttävien saantojen saavuttamiseksi

Viime vuosina ultraäänien avulla tapahtuva uutto (UAE) on saanut paljon huomiota sen parempien tulosten (saannot, liuottimen käyttö, nopeus) ansiosta, sillä akustinen kavitaatio rikkoo kasvisolukalvoja ja helpottaa bioaktiivisten yhdisteiden ja eteeristen öljyjen vapautumista.

Samaan aikaan superkriittiset nesteet (SCF), erityisesti superkriittinen hiilidioksidi (SC-CO₂), on yhä enemmän tunnustettu tehokkaaksi vaihtoehdoksi perinteisille uuttoprosesseille.

Superkriittinen neste on kemikaali, joka on paineistettu pisteen yläpuolelle, jossa erilliset neste- ja kaasuvaiheet häviävät. Se on siis teknisesti kaasu, mutta käyttäytyy enimmäkseen nestemäisesti.

CO₂:n etuihin kuuluu sen räjähdyksetön, myrkyttömyys, alhainen hinta, syttymättömyys ja korroosionkestävyys. Se myös säilyttää bioaktiivisten yhdisteiden luonnollisen eheyden ja voi tarjota korkean valikoivuuden uutteessa tarkkaa paine- ja lämpötilan hallintaa hyödyntäen.

Superkriittisen CO2-pohjaisen uutteen optimointi

Superkriittisen CO₂:n uutteen todellinen tehokkuus riippuu monista tekijöistä, kuten paineesta, uuttoaikasta, kosolventin määrästä, lämpötilasta, hiukkaskoolla ja CO₂:n virtausnopeudella. Näin ollen ihanteellisen konfiguraation löytäminen tietylle yhdisteelle tietyssä kasvissa voi olla melko vaikeaa, ja tähän mennessä se on ollut yhtä paljon taidetta kuin tiedettä.

Tilastolliset ja matemaattiset mallit voivat auttaa, mutta ne ovat käytännössä monimutkaisia suunnitella.

Optimoidakseen tällaisen menetelmän tutkijat käyttivät koneoppimisalgoritmia nimeltä ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) ja hiukkassumuoptimointialgoritmia (PSO).

Uutteen hiominen CO2:n ja tekoälyn avulla

Kasvin valinta ja testit

Tutkijat valitsivat testikäsitteeksi Nepeta crispa -kasvin. Erilaisilla Nepeta-lajeilla on laaja kirjo biologisista aktiviteeteista, kuten antibakteerisia, antiviraalisia ja antifungaalisia vaikutuksia. Perinteisessä lääketieteessä N. crispa on käytetty yskänlääkkeenä, spazmoinnin lievittäjänä, diureettina, hikoilun edistäjänä, astman hoitoon, kuukautisten kiihdyttämisenä ja rauhoittavana lääkkeenä.

Lähde: WorldPlant

Tutkijat vertasivat aktiivisten yhdisteiden uutetta tästä kasvista kolmella eri menetelmällä:

• SC-CO₂ optimaalisissa olosuhteissa
• Hydrodistillointi
• Ultraäänien avustama uutto

Identifioitiin 19 kemiallista yhdistettä, jotka muodostivat 97–99 % kokonaisuutena uutetusta eteerisestä öljystä, ja superkriittinen CO₂ oli tuottavin menetelmä lähes täydellisellä uutosaannilla. Kokonaiskoostumus ja eteeristen öljyjen laadullinen profiili olivat vertailukelpoisia kaikissa tekniikoissa.

Lähde: CO2 Utilization

Mallin rakentaminen ja testaaminen

Erilaisia kokoonpanoja, jotka sisälsivät eri tyyppejä ja määriä syöte-muuttujia (lämpötila, paine, massavirtaus ja kosolventin määrä), kehitettiin ANFIS:n avulla käyttäen takaisinkytkentä- ja hybridialgoritmeja neuro-fuzzy-järjestelmien optimointiin.

Lähde: CO2 Utilization

Kaiken kaikkiaan lämpötila ei vaikuttanut uutteen merkittävästi, kun taas paine ja CO₂:n virtausnopeus olivat tärkeämpiä, ja kosolventin (etanolin) lisääminen oli myös merkittävää.

Tarkistaakseen, oliko superkriittisen CO₂:n uutteen ennustava malli tarkka, tiedemiehet testasivat sen useiden kokeiden avulla. Saanto-ennuste vastasi lähes täydellisesti kokeellisia tuloksia jokaisessa tapauksessa.

Optimaaliset käyttöolosuhteet prosessille olivat 34 MPa paine, 112 °F / 44,8 °C lämpötila, 1,1 g/min massavirtaus ja 370 µL kosolventin määrä.

Resurssien hyödyntämisen tulevaisuus

Tämä tutkimus on yksi monista esimerkeistä siitä, miten jopa melko yksinkertaiset tekoälyjärjestelmät voivat löytää sovelluksia kapeissa, mutta tärkeissä käyttökohteissa. Esimerkiksi tässä tapauksessa kasveista peräisin olevien lääkeaineiden uutteen optimointi voi johtaa uusiin tai edullisempiin hoitoihin, samalla kun se vähentää resurssien uutteen ekologista vaikutusta hyödyntämällä uusiutuvia ja saastuttamattomia resursseja.

Kun nämä järjestelmät laajenevat, taloudellinen hyöty voi ulottua pelkän kasvien uutteen ulkopuolelle, luoden mahdollisuuksia teollisuuden kaasuntoimittajille, prosessisuunnitteluyrityksille, automaatiotoimittajille ja tekoälyyrityksille, jotka auttavat valmistajia leikkaamaan kustannuksia ja parantamaan läpimenoaikaa.

Superkriittistä CO₂:ta todennäköisesti käytetään yhä enemmän, esimerkiksi mullistava “Chaotan One” superkriittisen CO₂:n turbiinitesti Kiinassa, jossa perinteinen superkriittinen höyry korvataan CO₂:lla radikaalisen energian tuotannon parantamiseksi.

Sijoittaminen CO2:n teollisiin sovelluksiin

Linde Plc

Linde on yksi maailman suurimmista teollisuuskasvayrityksistä, kilpailijoiden kuten Air Products and Chemicals (APD ) (seuraa linkkiä saadaksesi raporttimme kyseisestä yrityksestä) kanssa, ja sillä oli jopa 34 miljardia dollaria myyntiä vuonna 2025. Se perustettiin Saksassa vuonna 1879 ja fuusioitiin toisen alan jättiläisen, Praxairin, kanssa vuonna 2018.

Nykyään Linde on aktiivinen sekä puhtaiden kaasujen, jotka on uutettu ilmakehästä, että harvinaisten kaasujen tuotannossa, sekä teollisuuden tuottamien kaasujen, kuten LNG:n (helium), hiilivetyjen (eteeninen, propaani, CO, CO₂) sekä vedyn tuotannossa.

Lähde: Linde

Myyntiä hallitsevat maantieteellisesti Amerikan maat (45 % myynnistä) ja EMEA-alue (25 %). Koska lähes jokainen teollinen prosessi tarvitsee näitä kaasuja, Linde:n asiakaskunta on erittäin monipuolinen, suurimpia palveltavia toimialoja ovat kemikaalit & energia (21 % myynnistä), valmistus (21 %), terveydenhuolto (17 %) ja kaivostoiminta (13 %).

Kaasun ja asiakkaan mukaan Linde tuottaa joko suoraan teollisuuslaitoksella näitä kaasuja tai keskitettyinä laitoksina ja kuljettaa ne lopulliselle käyttäjälle.

Lähde: Linde

Teollisuuskasvasektori on ala, jossa mittakaava on kestävä kilpailuetu, sillä se auttaa yritystä keräämään maineen luotettavuudesta (nopeat toimitukset, reaktiivinen toimitus) ja vähentämään pääomakustannuksia sekä T&K-kuluja suuremman tuotantomäärän ja laajan jakeluverkon ansiosta.

Sekä vihreä vety että hiilidioksidin talteenotto tarjoavat yritykselle kasvumahdollisuuksia enemmän kuin pelkkä globaali teollinen tuotannon kasvu, sillä ne avaavat uusia mahdollisuuksia energia-alalla.

Lähde: Linde

Viimeisimmät Linde (LIN) osakeuutiset ja kehitykset

Viitattu tutkimus

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. Kestävä CO₂-pohjainen prosessin tehostaminen Nepeta crispa -eterisen öljyn uutteen superkriittisen CO₂:n ja ultraäänien avulla: Optimointi ja koneoppimismallinnusg. CO2 Utilization. 10 heinäkuu 2026. Artikkeli: 103519. Volyymi: Volume 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}