La puissance des ultrasons affecte-t-elle l’extraction du cannabidiol ?

La puissance des ultrasons affecte-t-elle l’extraction du cannabidiol ?

Le chanvre industriel (Cannabis sativa L.) est largement planté car il est largement utilisé dans les textiles, le pétrole, les nutraceutiques, les cosmétiques et les biocarburants. Récemment, la valeur médicinale des cannabinoïdes contenus dans le chanvre industriel est devenue un point chaud de la recherche. À l'heure actuelle, plus de 80 cannabinoïdes ont été identifiés, principalement le cannabidiol, le tétrahydrocannabinol, le cannabinol, le cannabicyclol, le cannabichromène et le cannabitriol. Des études ont montré que les cannabinoïdes ont des effets thérapeutiques sur la physiologie et la psychologie humaines, et qu’ils ont donc une valeur médicinale potentielle. Cependant, le tétrahydrocannabinol peut être utilisé comme stupéfiant, c'est pourquoi de nombreux pays stipulent que la teneur en tétrahydrocannabinol du chanvre industriel doit être inférieure à 0,3 %. Parmi eux, le cannabidiol (CBD) est le cannabinoïde le plus important. C'est un cristal jaune pâle presque insoluble dans l'eau. Il se décompose facilement par la lumière et la chaleur et n’a aucun effet hallucinogène. Ces dernières années, grâce à des recherches approfondies sur le CBD dans le pays et à l’étranger, il a été découvert que le CBD avait une valeur médicinale élevée. Wang et coll. a découvert que le CBD peut protéger les dommages causés par l'alcool au foie. Wirth et coll. a découvert que le CBD a des effets anti-inflammatoires et antioxydants. Dans le domaine cosmétique, Huber et al. a découvert que le CBD est une matière première cosmétique naturelle qui peut apaiser et hydrater la peau et qui a des effets analgésiques. Li Yanmei et coll. a découvert que le CBD est efficace contre l'inflammation cutanée, les rougeurs, la sensibilité cutanée et d'autres symptômes, et a également un certain effet sur le traitement de l'acné. En termes d'usage médicinal, Liu Kai et al. [11] et Boehnke et al. a découvert que le CBD peut soulager les douleurs musculaires. Moltke et coll. a découvert que le CBD a pour effet d’améliorer l’anxiété et l’insomnie. Cependant, le CBD est instable et est une substance photosensible et sensible à la chaleur qui se décompose facilement pendant le processus d’extraction. Par conséquent, la manière d’améliorer le rendement du CBD et d’assurer la stabilité du CBD pendant le processus d’extraction est devenue un point chaud de la recherche.

Dans des études précédentes, le CBD était généralement extrait par reflux chaud de solvants organiques tels que le méthanol, l’éthanol, le chloroforme et l’acétone. Cette méthode est peu coûteuse et simple à mettre en œuvre, mais elle est très polluante et présente des risques pour la sécurité tels qu’inflammabilité et explosion.

Afin de résoudre ces problèmes, de nouvelles méthodes d'extraction ont été adoptées. L'extraction assistée par micro-ondes et l'extraction assistée par ultrasons présentent les avantages d'une vitesse d'extraction rapide, d'un taux d'extraction élevé et d'un fonctionnement simple, mais elles nécessitent toujours des solvants organiques pour l'extraction. L'extraction par fluide supercritique au CO2 est une méthode d'utilisation d'un fluide supercritique au CO2 pour remplacer les solvants organiques pour l'extraction. Il présente les avantages d'être vert, respectueux de l'environnement, non polluant et d'avoir un taux d'extraction élevé, mais il présente des problèmes tels qu'une consommation d'énergie élevée, un fonctionnement complexe et un coût d'équipement élevé.

Récemment, un nouveau type de solvant d’extraction, le liquide ionique, est devenu un point chaud de la recherche. Les liquides ioniques sont des sels composés de cations organiques symétriques et de grande taille et d'anions inorganiques relativement petits, et sont liquides à température ambiante ou proche de la température ambiante. Les liquides ioniques ont les caractéristiques d'une pression de vapeur presque négligeable, de non-volatilité, d'ininflammabilité, d'une bonne stabilité chimique, de non-toxicité, d'absence de pollution et de possibilité de conception. Les liquides ioniques sont apparus dans les années 1970 comme électrolytes pour batteries. Étant donné que les liquides ioniques ont la capacité de réguler leurs propriétés physiques et chimiques en modifiant la composition des anions et des cations, les liquides ioniques se sont développés rapidement et sont largement utilisés dans les domaines chimique, pharmaceutique et alimentaire. Les liquides ioniques peuvent être utilisés comme catalyseurs et agents d'extraction pour l'extraction de substances actives, ce qui peut accélérer l'efficacité d'extraction des solvants organiques ou remplacer les solvants organiques pour l'extraction. Xu et coll. ont expliqué que les liquides ioniques d'imidazole peuvent être utilisés comme catalyseurs et agents d'extraction pour la réaction de désulfuration oxydative du dibenzothiophène. Mazid et coll. ont découvert que les liquides ioniques peuvent améliorer l'activité et la stabilité des substances bioactives. Stolte et coll. a constaté que lorsque le cation du liquide ionique est un groupe imidazole, il est très facile à hydrolyser sous l'action de micro-organismes, tandis que le groupe pyridine est difficile à décomposer, ce qui précise que les liquides ioniques imidazole sont sans danger pour l'environnement et le corps humain, et que les liquides ioniques pyridine sont toxiques.

Compte tenu de cela, cette étude utilise des feuilles de chanvre industriel comme matières premières, utilise des liquides ioniques d'imidazole comme catalyseurs pour une certaine concentration de solution aqueuse d'éthanol et réduit la quantité de solvant organique utilisée sur la base de l'amélioration de la capacité d'extraction de la solution aqueuse d'éthanol, et assure la stabilité du CBD pendant le processus d'extraction. La méthode ultrasonique est ensuite assistée pour améliorer encore le rendement en CBD. Et grâce à des expériences à facteur unique, à la conception expérimentale de Plackett-Burman et à la conception expérimentale de surface de réponse de Box-Behnken, le processus d'extraction du CBD dans les feuilles de chanvre industriel est optimisé et une méthode d'extraction efficace et sûre est établie pour fournir une base expérimentale au processus d'extraction du CBD.

Afin d'améliorer la valeur économique du chanvre industriel, cette étude utilise des feuilles de chanvre industriel comme matière première, utilise une méthode ultrasonique assistée par liquide ionique pour extraire le cannabidiol (CBD), un ingrédient actif à valeur médicinale, et optimise le processus d'extraction.

Dans cette étude, le rendement en CBD a été utilisé comme indicateur. NTF2 a d’abord été sélectionné parmi 16 liquides ioniques d’imidazole comme meilleur solvant d’extraction. Ensuite, une expérience à facteur unique a été menée sur les six facteurs affectant le rendement en CBD par extraction ultrasonique assistée par liquide ionique ( puissance ultrasonique, température ultrasonique, durée des ultrasons, concentration de la solution d'éthanol, concentration molaire du liquide ionique et rapport liquide/solide). La concentration en éthanol a été déterminée à 65 % et la concentration molaire du liquide ionique était de 0,3 mol/L (préparé avec une solution d’éthanol à 65 %).

Sur la base de ce résultat, quatre facteurs importants ( puissance ultrasonique, température ultrasonique, durée ultrasonique et rapport liquide/solide ) ont été éliminés à l'aide du plan expérimental Plackett-Burman. Le processus d’extraction a été encore optimisé à l’aide du plan expérimental de surface de réponse Box-Behnken. 

Les conditions optimales du processus d’extraction pour les facteurs importants du CBD ont été déterminées comme étant : puissance ultrasonique de 280 W, température ultrasonique de 50 ℃, durée des ultrasons de 62,5 minutes et rapport liquide/solide de 25 mL/g. Dans les conditions ci-dessus, le taux d'extraction du CBD du liquide ionique [C8mim]NTF2 était de 7,66 % ± 0,2 %, le taux d'extraction du CBD du méthanol était de 6,42 % ± 0,3 % et le taux d'extraction du CBD d'une solution d'éthanol à 65 % était de 5,81 % ± 0,2 %. 

Autrement dit, la capacité d’extraction du CBD est un liquide ionique [C8mim]NTF2>méthanol>solution d’éthanol à 65 %. L'expérience de dégradation du CBD a montré que le taux de dégradation du CBD du liquide ionique [C8mim]NTF2 était de 16,40 % ± 0,3 %, soit moins de 24,65 % ± 0,6 % du méthanol et 32,88 % ± 0,5 % d'une solution d'éthanol à 65 %. Les résultats ont montré qu'après avoir ajouté du liquide ionique [C8mim]NTF2 à une solution d'éthanol à 65 %, le taux de dégradation du CBD pouvait être réduit et le rendement en CBD pouvait être augmenté. Cette étude prouve que le liquide ionique est à la fois un agent protecteur du CBD et un excellent solvant d’extraction du CBD. Le processus d’extraction ultrasonique ionique assistée par liquide pour le CBD a été développé pour fournir un support de données pour le développement et l’utilisation du chanvre industriel.