Hur AI kan förändra extraktionen av värdefulla växtföreningar

Den tidigaste medicinen som människan kände till var växter med aktiva föreningar som hjälper till att lindra smärta, sänka feber, bekämpa sjukdomar osv. Än idag är farmakobotanik ett mycket viktigt område inom modern medicin, och sällsynta molekyler återfinns regelbundet i både vanliga och mindre vanliga växter för att utveckla nya terapier.

Ett problem är att dessa föreningar kan vara medicinskt kraftfulla men förekommer i små mängder i en växt, eller så är växten svår att odla. I båda fallen innebär det att den färdiga medicinen kan bli mycket dyr, särskilt när det inte finns någon möjlig metod att kemiskt syntetisera den önskade föreningen.

Därför kan varje förbättring som optimerar extraktionen av aktiva molekyler från växter ha enorma ekonomiska och medicinska konsekvenser.

Ett team av iranska forskare vid Islamic Azad University, Tarbiat Modares University och Isfahan University of Technology har använt AI för att optimera extraktionen av värdefulla föreningar med superkritisk CO2. De publicerade sina resultat i CO2 Utilization¹, under titeln “Hållbar CO₂-baserad processintensivering för extraktion av eterisk olja från Nepeta crispa med ultraljudsassisterad superkritisk CO₂: Optimering och maskininlärningsmodellering”.

Extrahering av växtfarmakopeia

Ett brett spektrum av örter och aromatiska växter, på grund av deras värdefulla egenskaper och fördelar som till stor del tillskrivs deras eteriska oljor, har funnit omfattande tillämpningar inom läkemedels-, livsmedels-, kosmetik-, färg- och kemisk industri. Eteriska oljor är flyktiga beståndsdelar bestående av komplexa kemiska blandningar som innehåller olika typer av molekyler.

Traditionella tekniker för extraktion av eteriska oljor från växtmaterial, såsom hydrodestillation, ångdestillation och organiska lösningsmedelsbaserade extraktioner, lider av flera inneboende begränsningar:

• Potentiell kontaminering av de extraherade produkterna på grund av användning av organiska lösningsmedel.
• Kravet på efterföljande borttagning av lösningsmedel.
• Lösningsmedelens toxicitet och brandfarlighet.
• Höga driftskostnader och betydande energianvändning för att uppnå acceptabla avkastningar

Under de senaste åren har ultraljudsassisterad extraktion (UAE) fått mycket uppmärksamhet för sina överlägsna resultat (avkastning, lösningsmedelsanvändning, hastighet) genom akustisk kavitation, som bryter ner växtcellväggar och underlättar frisättningen av bioaktiva föreningar och eteriska oljor.

Samtidigt har superkritiska vätskor (SCF), med särskild uppmärksamhet på superkritisk koldioxid (SC-CO₂), alltmer erkänts som ett effektivt alternativ till konventionella extraktionsmedier.

En superkritisk vätska är ett ämne som är trycksatt över en punkt där tydliga vätske- och gasfaser försvinner. Så den är tekniskt sett en gas, men fungerar mestadels som en vätska.

Bland fördelarna med CO2 är dess icke-explosivitet, icke-toxiskhet, låga kostnad, icke-brandfarlighet och icke-korrosivitet. Den bevarar också den naturliga integriteten hos bioaktiva föreningar och kan erbjuda hög selektivitet för extraktion genom exakt kontroll av tryck och temperatur.

Optimering av superkritisk CO2-baserad extraktion

Den faktiska effektiviteten för extraktion med superkritisk CO2 beror på en rad faktorer, inklusive tryck, extraktionstid, co‑lösningsmedelsvolym, temperatur, partikelstorlek och flödeshastigheten av CO₂. Därför kan det vara ganska svårt att hitta den ideala konfigurationen för en given förening i en specifik växt och har hittills varit lika mycket en konst som en vetenskap.

Statistiska och matematiska modeller kan hjälpa, men de är komplexa att utforma i praktiken.

För att optimera en sådan metod använde forskarna en maskininlärningsalgoritm kallad ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) och Particle Swarm Optimization (PSO)-algoritmen.

Perfektionering av extraktion med CO2 & AI

Växtval & tester

Nepeta crispa var den växt som forskarna valde för testet. Olika Nepeta‑arter har ett brett spektrum av biologiska aktiviteter, såsom antibakteriella, antivirala och svampdödande effekter. I traditionell medicin har N. crispa använts som hostdämpande, krampstillande, diuretiskt, svettframkallande, astmabehandlande, menstruationsframkallande och lugnande medel.

Källa: WorldPlant

Forskarna jämför extraktionen av aktiva föreningar från denna växt med 3 olika metoder:

• SC-CO₂ under optimala förhållanden
• Hydrodestillation
• Ultraljudsassisterad extraktion

19 kemiska föreningar identifierades, vilket utgjorde 97‑99 % av de totala extraherade eteriska oljorna, där superkritisk CO2 var den mest produktiva metoden med en nästan perfekt extraktionsavkastning. Den övergripande sammansättningen och den kvalitativa profilen för de eteriska oljorna var jämförbara över alla tekniker.

Källa: CO2 Utilization

Byggande & testning av AI‑modellen

Olika konfigurationer som involverar olika typer och antal indata‑variabler (temperatur, tryck, massflödeshastighet och co‑lösningsmedelsvolym), med ANFIS som använder bakåtspridning och hybridalgoritmer för att optimera neuro‑fuzzy‑system.

Källa: CO2 Utilization

Generellt påverkade inte temperaturen extraktionen särskilt mycket, medan tryck och CO2‑flödeshastighet var viktigare, och tillsatsen av ett co‑lösningsmedel (etanol) var också betydelsefullt.

För att kontrollera om modellen som förutsäger superkritisk CO2‑extraktion var korrekt, testade forskarna den mot flera experiment. Förutsägelsen av avkastning var i varje fall nästan exakt i linje med de experimentella resultaten.

De optimala driftsförhållandena för processen visade sig vara ett tryck på 34 MPa, en temperatur på 112 °F / 44,8 °C, en massflödeshastighet på 1,1 g/min och ett co‑lösningsmedelsvolym på 370 µL.

Framtiden för resursutnyttjande

Denna studie är ett av många exempel på hur även relativt enkla AI‑system kan användas för nischade tillämpningar med viktiga tillämpningar. Till exempel, i detta fall, optimeringen av extraktionen av medicinska molekyler från växter, vilket potentiellt kan leda till nya eller billigare terapier, samtidigt som den minskar den ekologiska påverkan av resursutvinning genom att använda förnybara och icke‑förorenande resurser.

Allteftersom dessa system skalar kan de ekonomiska fördelarna sträcka sig bortom själva botanisk extraktion, och skapa möjligheter för leverantörer av industriella gaser, process‑ingenjörsföretag, automationsleverantörer och AI‑företag som hjälper tillverkare att minska kostnader och förbättra genomströmning.

Superkritisk CO2 kommer sannolikt att användas alltmer, till exempel den banbrytande “Chaotan One“‑testningen av superkritisk CO2‑turbiner i Kina, som ersätter traditionell superkritisk ånga med CO2 för att radikalt förbättra turbinen energiproduktion.

Investering i industriella CO2‑tillämpningar

Linde Plc

Linde är ett av världens största företag inom industriella gaser, tillsammans med konkurrenter som Air Products and Chemicals (APD )  (följ länken för vår rapport om det företaget), med så mycket som 34  miljarder dollar i försäljning år 2025. Företaget grundades i Tyskland 1879 och gick samman med en annan branschjätte, Praxair, år 2018.

Idag är Linde aktivt i produktionen av både rena gaser som extraheras från atmosfären, inklusive sällsynta gaser, samt gaser som produceras av industrier som LNG (helium), kolväten (eten, propen, CO, CO2), och även vätgasproduktion.

Källa: Linde

Försäljningen domineras geografiskt av Amerika (45 % av försäljningen) och EMEA‑regionen (25 %). Eftersom nästan alla industriella processer kräver dessa gaser är Linde:s kundbas mycket diversifierad, med de största branscherna som betjänas är kemikalier & energi (21 % av försäljningen), tillverkning (21 %), sjukvård (17 %) och gruvdrift (13 %).

Beroende på gasen och kunden producerar Linde antingen direkt på den industriella platsen med dessa gaser eller i centraliserade anläggningar och transporterar dem sedan till slutkunden.

Källa: Linde

Industriella gaser är en sektor där skala är en hållbar konkurrensfördel, eftersom det hjälper företaget att bygga ett rykte om pålitlighet (snabba leveranser, reaktiv leverans) och minska kapitalkostnader och FoU‑utgifter genom en större produktionsvolym och ett omfattande distributionsnätverk.

Både grön vätgas och koldioxidinfångning är möjligheter för ytterligare tillväxt för företaget jämfört med “endast” den globala industriella produktionsökningen, eftersom de ger nya områden där det kan expandera inom energisektorn.

Källa: Linde

Senaste Linde (LIN) aktienyheter och utvecklingar

Studie refererad

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. Hållbar CO₂-baserad processintensivering för extraktion av eterisk olja från Nepeta crispa med ultraljudsassisterad superkritisk CO₂: Optimering och maskininlärningsmodelleringg. CO2 Utilization. 10 juli 2026. Artikel: 103519. Volym: Volym 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}