Hvordan AI kan transformere ekstraksjon av verdifulle planteforbindelser

Den tidligste medisinen kjent for mennesket var planter med aktive forbindelser som hjelper med å lindre smerte, redusere feber, bekjempe sykdommer osv. Den dag i dag er farmakobotanikk et svært viktig felt innen moderne medisin, og sjeldne molekyler blir jevnlig funnet i vanlige og mindre vanlige planter for å utvikle nye terapier.

Et problem er at disse forbindelsene kan være medisinsk kraftige, men forekommer i små mengder i en plante, eller at planten er vanskelig å dyrke. I begge tilfeller betyr dette at den resulterende medisinen kan bli svært dyr, spesielt når det ikke finnes en levedyktig måte å kjemisk syntetisere den ønskede forbindelsen på.

Dermed kan enhver forbedring som optimaliserer ekstraksjonen av aktive molekyler fra planter ha enorme økonomiske og medisinske konsekvenser.

Et team av iranske forskere ved Islamic Azad University, Tarbiat Modares University og Isfahan University of Technology har brukt AI for å optimalisere ekstraksjonen av verdifulle forbindelser med superkritisk CO2. De publiserte sine funn i CO2 Utilization¹, under tittelen “Bærekraftig CO₂-basert prosessintensivering for ekstraksjon av Nepeta crispa essensiell olje ved hjelp av ultralydassistert superkritisk CO₂: optimalisering og maskinlæringsmodellering”.

Ekstraksjon av plantefarmakopeia

Et bredt spekter av urter og aromatiske planter, på grunn av deres verdifulle egenskaper og fordeler, som i stor grad tilskrives deres essensielle oljer, har funnet omfattende anvendelser innen farmasøytisk, mat-, kosmetikk-, maling- og kjemisk industri. Essensielle oljer er flyktige bestanddeler bestående av komplekse kjemiske blandinger som inneholder ulike typer molekyler.

Tradisjonelle teknikker for ekstraksjon av essensielle oljer fra plantematerialer, som hydrodestillasjon, dampdestillasjon og organisk løsningsmiddelbasert ekstraksjon, lider under flere iboende begrensninger:

• Potensiell forurensning av de ekstraherte produktene som følge av bruk av organiske løsningsmidler.
• Kravet om påfølgende fjerning av løsningsmiddelet.
• Løsningsmiddelets toksisitet og brennbarhet.
• Høye driftskostnader og betydelig energiforbruk for å oppnå akseptable avkastninger

I de senere år har ultralydassistert ekstraksjon (UAE) fått mye oppmerksomhet for sine overlegne resultater (avkastning, løsningsmiddeletforbruk, hastighet) gjennom akustisk kavitasjon, som bryter ned plantecellens vegger og letter frigjøringen av bioaktive forbindelser og essensielle oljer.

Samtidig har superkritiske væsker (SCF), med spesiell oppmerksomhet på superkritisk karbondioksid (SC-CO₂), blitt stadig mer anerkjent som et effektivt alternativ til konvensjonelle ekstraksjonsmedier.

En superkritisk væske er et kjemikalie som er presset over et punkt hvor distinkte væske- og gassfasene forsvinner. Så den er teknisk sett en gass, men oppfører seg for det meste som en væske.

Blant fordelene med CO2 er dens ikke-eksplosive, ikke-toksiske, lave kostnad, ikke-brennbare og ikke-korrosive egenskaper. Den bevarer også den naturlige integriteten til bioaktive forbindelser og kan gi høy selektivitet for ekstraksjon gjennom presis kontroll av trykk og temperatur.

Optimalisering av superkritisk CO2-basert ekstraksjon

Den faktiske effektiviteten av ekstraksjon med superkritisk CO2 avhenger av en rekke faktorer, inkludert trykk, ekstraksjonstid, co‑løsningsmiddelets volum, temperatur, partikkelstørrelse og strømningshastigheten til CO₂. Dermed kan det å finne den ideelle konfigurasjonen for en gitt forbindelse i en bestemt plante være ganske vanskelig og har hittil vært like mye en kunst som en vitenskap.

Statistiske og matematiske modeller kan hjelpe, men de er komplekse å utforme i praksis.

For å optimalisere en slik metode brukte forskerne en maskinlæringsalgoritme kalt ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) og Particle Swarm Optimization (PSO) algoritmen.

Perfeksjonering av ekstraksjon med CO2 og AI

Plantevalg og tester

Nepeta crispa var planten som ble valgt som test av forskerne. Ulike Nepeta-arter har et bredt spekter av biologiske aktiviteter, som antibakterielle, antivirale og antifungale effekter. I tradisjonell medisin har N. crispa blitt brukt som hostestillende, antispasmodisk, diuretisk, diaforetisk, anti-asmatisk, emmenagogisk og beroligende middel.

Kilde: WorldPlant

Forskerne sammenligner ekstraksjonen av aktive forbindelser fra denne planten ved 3 forskjellige metoder:

• SC-CO₂ under optimale forhold
• Hydrodestillasjon
• Ultralydassistert ekstraksjon

19 kjemiske forbindelser ble identifisert, og utgjorde 97‑99 % av de totale ekstraherte essensielle oljene, med superkritisk CO2 som den mest produktive metoden, med en nesten perfekt ekstraksjonsutbytte. Den samlede sammensetningen og den kvalitative profilen til de essensielle oljene var sammenlignbare på tvers av alle teknikkene.

Kilde: CO2 Utilization

Bygging og testing av AI-modellen

Ulike konfigurasjoner som involverer forskjellige typer og antall inndata‑variabler (temperatur, trykk, massestrømningsrate og co‑løsningsmiddelets volum), med ANFIS som benytter tilbakepropagering og hybride algoritmer for å optimalisere nevo‑fuzzy‑systemer.

Kilde: CO2 Utilization

Generelt påvirket ikke temperatur ekstraksjonen mye, mens trykk og CO2‑strømningsrate var viktigere, og tilsetning av et co‑løsningsmiddel (etanol) var også viktig.

For å sjekke om modellen som forutsier superkritisk CO2‑ekstraksjon var nøyaktig, testet forskerne den mot flere eksperimenter. Forutsigelsen av avkastning var i hvert tilfelle nesten perfekt i samsvar med de eksperimentelle resultatene.

De optimale driftsforholdene for prosessen ble funnet å være et trykk på 34 MPa, en temperatur på 112 °F / 44,8 °C, en massestrømningsrate på 1,1 g/min og et co‑løsningsmiddelets volum på 370 µL.

Fremtiden for ressursutnyttelse

Denne studien er ett av mange eksempler på hvordan selv relativt enkle AI‑systemer kan brukes til nisjeapplikasjoner med viktige anvendelser. For eksempel, i dette tilfellet, optimalisering av ekstraksjon av medisinske molekyler fra planter, som potensielt kan føre til nye eller billigere terapier, samtidig som den reduserer den økologiske påvirkningen av ressursutvinning ved å bruke fornybare og ikke‑forurensende ressurser.

Etter hvert som disse systemene skalerer, kan den økonomiske gevinsten strekke seg utover selve botanisk ekstraksjon, og skape muligheter for leverandører av industrielle gasser, prosess‑ingeniørfirmaer, automatiseringsleverandører og AI‑selskaper som hjelper produsenter med å kutte kostnader og forbedre gjennomstrømning.

Superkritisk CO2 vil også sannsynligvis bli brukt stadig mer, for eksempel den banebrytende “Chaotan One” superkritisk CO2‑turbintesten i Kina, som erstatter tradisjonell superkritisk damp med CO2 for radikalt å forbedre energiproduksjonen til turbinen.

Investering i industrielle CO2‑applikasjoner

Linde Plc

Linde er et av verdens største industrielle gasselskaper, sammen med konkurrenter som Air Products and Chemicals (APD ) (følg lenken for vår rapport om det selskapet), med så mye som $34 milliarder i salg i 2025. Selskapet ble grunnlagt i Tyskland i 1879 og fusjonerte med en annen gigant i sektoren, Praxair, i 2018.

I dag er Linde aktiv i produksjonen av både rene gasser ekstrahert fra atmosfæren, inkludert sjeldne gasser, samt gasser produsert av industrier som LNG (helium), hydrokarboner (etylen, propan, CO, CO2), og også hydrogenproduksjon.

Kilde: Linde

Salget domineres geografisk av Amerika (45 % av salget) og EMEA-regionen (25 %). Ettersom nesten alle industrielle prosesser krever disse gassene, er Linde sin kundebase svært diversifisert, med de største betjente industriene som kjemikalier og energi (21 % av salget), produksjon (21 %), helsevesen (17 %) og gruvedrift (13 %).

Avhengig av gassen og kunden, produserer Linde enten direkte på industristeder ved bruk av disse gassene eller i sentraliserte anlegg og transporterer dem deretter til sluttbrukeren.

Kilde: Linde

Industrielle gasser er en sektor hvor skala er en varig konkurransefordel, da det hjelper selskapet å opparbeide seg et rykte for pålitelighet (raske leveranser, reaktiv forsyning) og redusere kapitalkostnader og FoU‑utgifter gjennom større produksjonsvolum og omfattende distribusjonsnettverk.

Både grønn hydrogen og karbonfangst er muligheter for mer vekst for selskapet enn «bare» den globale industrielle produksjonsveksten, da de gir nye arenaer hvor det kan ekspandere i energisektoren.

Kilde: Linde

Siste Linde (LIN) aksjenyheter og utviklinger

Studie referert

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. Bærekraftig CO₂-basert prosessintensivering for ekstraksjon av Nepeta crispa essensiell olje ved hjelp av ultralydassistert superkritisk CO₂: optimalisering og maskinlæringsmodelleringg. CO2 Utilization. 10 juli 2026. Artikkel: 103519. Volum: 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}