Beeinflusst Ultraschall die Extraktion von Cannabidiol?

Beeinflusst die Ultraschallleistung die Extraktion von Cannabidiol?

Industriehanf (Cannabis sativa L.) wird häufig angebaut, da er häufig in Textilien, Öl, Nutrazeutika, Kosmetika und Biokraftstoffen verwendet wird. In jüngster Zeit ist der medizinische Wert von Cannabinoiden in Industriehanf zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Derzeit wurden mehr als 80 Cannabinoide identifiziert, hauptsächlich Cannabidiol, Tetrahydrocannabinol, Cannabinol, Cannabicyclol, Cannabichromen und Cannabitriol. Studien haben gezeigt, dass Cannabinoide therapeutische Wirkungen auf die menschliche Physiologie und Psychologie haben und daher einen potenziellen medizinischen Wert haben. Allerdings kann Tetrahydrocannabinol als Betäubungsmittel verwendet werden, daher schreiben viele Länder vor, dass der Gehalt an Tetrahydrocannabinol in Industriehanf weniger als 0,3 % betragen muss. Unter ihnen ist Cannabidiol (CBD) das wichtigste Cannabinoid. Es ist ein hellgelber Kristall, der in Wasser nahezu unlöslich ist. Es wird durch Licht und Hitze leicht zersetzt und hat keine halluzinogene Wirkung. In den letzten Jahren wurde durch eingehende Forschung zu CBD im In- und Ausland festgestellt, dass CBD einen hohen medizinischen Wert hat. Wang et al. fanden heraus, dass CBD alkoholbedingte Leberschäden schützen kann. Wirth et al. fanden heraus, dass CBD entzündungshemmende und antioxidative Wirkungen hat. Im Kosmetikbereich haben Huber et al. fanden heraus, dass CBD ein natürlicher kosmetischer Rohstoff ist, der die Haut beruhigen und mit Feuchtigkeit versorgen kann und schmerzstillende Wirkung hat. Li Yanmei et al. fanden heraus, dass CBD bei Hautentzündungen, Rötungen, Hautempfindlichkeit und anderen Symptomen wirksam ist und auch eine gewisse Wirkung bei der Behandlung von Akne hat. In Bezug auf die medizinische Verwendung haben Liu Kai et al. [11] und Boehnke et al. fanden heraus, dass CBD Muskelschmerzen lindern kann. Moltke et al. fanden heraus, dass CBD Angstzustände und Schlaflosigkeit lindert. Allerdings ist CBD instabil und eine licht- und hitzeempfindliche Substanz, die sich während des Extraktionsprozesses leicht zersetzt. Daher ist die Frage, wie die CBD-Ausbeute verbessert und die Stabilität von CBD während des Extraktionsprozesses sichergestellt werden kann, zu einem Forschungsschwerpunkt geworden.

In früheren Studien wurde CBD im Allgemeinen durch heißen Rückfluss organischer Lösungsmittel wie Methanol, Ethanol, Chloroform und Aceton extrahiert. Diese Methode ist kostengünstig und einfach durchzuführen, aber sie ist sehr umweltschädlich und birgt Sicherheitsrisiken wie Entflammbarkeit und Explosion.

Um diese Probleme zu lösen, wurden einige neue Extraktionsmethoden eingeführt. Die mikrowellenunterstützte Extraktion und die ultraschallunterstützte Extraktion bieten die Vorteile einer schnellen Extraktionsgeschwindigkeit, einer hohen Extraktionsrate und einer einfachen Bedienung, erfordern jedoch dennoch organische Lösungsmittel für die Extraktion. Die Extraktion mit überkritischem CO2-Fluid ist eine Methode zur Verwendung von überkritischem CO2-Fluid als Ersatz für organische Lösungsmittel bei der Extraktion. Es hat die Vorteile, umweltfreundlich, umweltfreundlich und schadstofffrei zu sein und eine hohe Extraktionsrate zu haben, weist jedoch Probleme wie hohen Energieverbrauch, komplexe Bedienung und hohe Ausrüstungskosten auf.

In jüngster Zeit ist eine neue Art von Extraktionslösungsmittel, die ionische Flüssigkeit, zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die aus symmetrischen und großen organischen Kationen und relativ kleinen anorganischen Anionen bestehen und bei Raumtemperatur oder nahe Raumtemperatur flüssig sind. Ionische Flüssigkeiten zeichnen sich durch einen nahezu vernachlässigbaren Dampfdruck, Nichtflüchtigkeit, Nichtbrennbarkeit, gute chemische Stabilität, Ungiftigkeit, Schadstofffreiheit und Designbarkeit aus. Ionische Flüssigkeiten tauchten in den 1970er Jahren als Elektrolyte für Batterien auf. Da ionische Flüssigkeiten die Möglichkeit haben, ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften durch Veränderung der Zusammensetzung von Anionen und Kationen zu regulieren, haben sich ionische Flüssigkeiten schnell weiterentwickelt und werden häufig in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelbranche eingesetzt. Ionische Flüssigkeiten können als Katalysatoren und Extraktionsmittel für die Extraktion aktiver Substanzen verwendet werden, wodurch die Extraktionseffizienz organischer Lösungsmittel beschleunigt oder organische Lösungsmittel für die Extraktion ersetzt werden können. Xu et al. erklärten, dass ionische Imidazolflüssigkeiten als Katalysatoren und Extraktionsmittel für die oxidative Entschwefelungsreaktion von Dibenzothiophen verwendet werden können. Mazid et al. fanden heraus, dass ionische Flüssigkeiten die Aktivität und Stabilität bioaktiver Substanzen verbessern können. Stolte et al. fanden heraus, dass, wenn das Kation der ionischen Flüssigkeit eine Imidazolgruppe ist, diese unter der Einwirkung von Mikroorganismen sehr leicht hydrolysiert werden kann, während die Pyridingruppe schwer zu zersetzen ist, was verdeutlicht, dass ionische Flüssigkeiten aus Imidazol sicher für die Umwelt und den menschlichen Körper sind und ionische Flüssigkeiten aus Pyridin giftig sind.

Vor diesem Hintergrund verwendet diese Studie Industriehanfblätter als Rohstoffe, verwendet ionische Imidazolflüssigkeiten als Katalysatoren für eine bestimmte Konzentration einer wässrigen Ethanollösung und reduziert die Menge des verwendeten organischen Lösungsmittels auf der Grundlage der Verbesserung der Extraktionskapazität der wässrigen Ethanollösung und stellt die Stabilität von CBD während des Extraktionsprozesses sicher. Anschließend wird die Ultraschallmethode unterstützt, um die CBD-Ausbeute weiter zu verbessern. Und durch Einzelfaktorexperimente, Plackett-Burman-Versuchsdesign und Response-Surface-Box-Behnken-Versuchsdesign wird der Extraktionsprozess von CBD in Industriehanfblättern optimiert und eine effiziente und sichere Extraktionsmethode etabliert, um eine experimentelle Grundlage für den Extraktionsprozess von CBD zu schaffen.

Um den wirtschaftlichen Wert von Industriehanf zu verbessern, werden in dieser Studie Industriehanfblätter als Rohstoffe verwendet, mithilfe einer ionischen Flüssigkeit unterstützten Ultraschallmethode Cannabidiol (CBD), ein Wirkstoff mit medizinischem Wert, extrahiert und der Extraktionsprozess optimiert.

In dieser Studie wurde der CBD-Ertrag als Indikator verwendet. NTF2 wurde zunächst aus 16 Imidazol-Ionenflüssigkeiten als bestes Extraktionslösungsmittel ausgewählt. Anschließend wurde ein Einzelfaktorexperiment zu den sechs Faktoren durchgeführt, die die CBD-Ausbeute durch ionenflüssigkeitsunterstützte Ultraschallextraktion beeinflussen ( Ultraschallleistung, Ultraschalltemperatur, Ultraschallzeit, Konzentration der Ethanollösung, molare Konzentration der ionischen Flüssigkeit und Verhältnis von Flüssigkeit zu Feststoff). Die Ethanolkonzentration wurde mit 65 % bestimmt und die molare Konzentration der ionischen Flüssigkeit betrug 0,3 mol/L (hergestellt mit 65 % Ethanollösung).

Basierend auf diesem Ergebnis wurden vier signifikante Faktoren ( Ultraschallleistung, Ultraschalltemperatur, Ultraschallzeit und Flüssigkeit-zu-Feststoff-Verhältnis ) mithilfe des experimentellen Plackett-Burman-Designs herausgesucht. Der Extraktionsprozess wurde mithilfe des Reaktionsflächen-Box-Behnken-Versuchsdesigns weiter optimiert. 

Als optimale Bedingungen für den Extraktionsprozess für die wesentlichen CBD-Faktoren wurden ermittelt: Ultraschallleistung 280 W, Ultraschalltemperatur 50 °C, Ultraschallzeit 62,5 Minuten und Flüssigkeit-zu-Feststoff-Verhältnis 25 ml/g. Unter den oben genannten Bedingungen betrug die CBD-Extraktionsrate der ionischen Flüssigkeit [C8mim]NTF2 7,66 % ± 0,2 %, die CBD-Extraktionsrate von Methanol betrug 6,42 % ± 0,3 % und die CBD-Extraktionsrate der 65 %igen Ethanollösung betrug 5,81 % ± 0,2 %. 

Das heißt, die Extraktionskapazität von CBD beträgt ionische Flüssigkeit [C8mim]NTF2>Methanol>65 % Ethanollösung. Das CBD-Abbauexperiment zeigte, dass die CBD-Abbaurate der ionischen Flüssigkeit [C8mim]NTF2 16,40 % ± 0,3 % betrug, was weniger als 24,65 % ± 0,6 % bei Methanol und 32,88 % ± 0,5 % bei 65 %iger Ethanollösung war. Die Ergebnisse zeigten, dass nach Zugabe der ionischen Flüssigkeit [C8mim]NTF2 zu einer 65 %igen Ethanollösung die Abbaurate von CBD verringert und die Ausbeute an CBD erhöht werden konnte. Diese Studie beweist, dass ionische Flüssigkeit sowohl ein Schutzmittel für CBD als auch ein hervorragendes Extraktionslösungsmittel für CBD ist. Das durch ionische Flüssigkeiten unterstützte Ultraschallextraktionsverfahren für CBD wurde entwickelt, um Datenunterstützung für die Entwicklung und Nutzung von Industriehanf bereitzustellen.