Befolyásolja-e az ultrahangos teljesítmény a kannabidiol extrakcióját?

Befolyásolja-e az ultrahangos teljesítmény a kannabidiol extrakcióját?

Az ipari kendert (Cannabis sativa L.) széles körben ültetik, mert széles körben használják textíliákban, olajokban, tápanyagokban, kozmetikumokban és bioüzemanyagokban. A közelmúltban az ipari kenderben található kannabinoidok gyógyászati ​​értéke kutatási központtá vált. Jelenleg több mint 80 kannabinoidot azonosítottak, főként a kannabidiolt, tetrahidrokannabinolt, kannabinolt, kannabiciklolt, kannabikromént és kannabitriolt. Tanulmányok kimutatták, hogy a kannabinoidoknak terápiás hatásuk van az emberi fiziológiára és pszichológiára, tehát potenciális gyógyászati ​​értékük van. A tetrahidrokannabinol azonban kábítószerként használható, ezért sok ország előírja, hogy az ipari kenderben a tetrahidrokannabinol-tartalomnak 0,3%-nál kisebbnek kell lennie. Közülük a kannabidiol (CBD) a legfontosabb kannabinoid. Ez egy halványsárga kristály, amely vízben szinte oldhatatlan. Fény és hő hatására könnyen lebomlik, hallucinogén hatása nincs. Az elmúlt években a CBD-vel kapcsolatos mélyreható hazai és külföldi kutatások során kiderült, hogy a CBD magas gyógyászati ​​értékkel bír. Wang és mtsai. megállapította, hogy a CBD képes megvédeni az alkoholos májkárosodást. Wirth és mtsai. megállapították, hogy a CBD gyulladáscsökkentő és antioxidáns hatással rendelkezik. A kozmetikai területen Huber et al. megállapította, hogy a CBD egy természetes kozmetikai alapanyag, amely megnyugtatja és hidratálja a bőrt, és fájdalomcsillapító hatása is van. Li Yanmei et al. azt találta, hogy a CBD hatékony a bőrgyulladás, bőrpír, bőrérzékenység és egyéb tünetek esetén, és bizonyos hatással van a pattanások kezelésére is. Ami a gyógyászati ​​felhasználást illeti, Liu Kai et al. [11] és Boehnke et al. megállapította, hogy a CBD enyhítheti az izomfájdalmat. Moltke et al. azt találta, hogy a CBD javítja a szorongást és az álmatlanságot. A CBD azonban instabil, fény- és hőérzékeny anyag, amely könnyen lebomlik az extrakciós folyamat során. Ezért a CBD hozamának javítása és a CBD stabilitásának biztosítása az extrakciós folyamat során kutatási hotspottá vált.

A korábbi vizsgálatok során a CBD-t általában szerves oldószerek, például metanol, etanol, kloroform és aceton forró visszafolyató hűtő alkalmazásával vonták ki. Ez a módszer olcsó és egyszerűen kezelhető, de erősen szennyező, és olyan biztonsági kockázatokkal jár, mint a gyúlékonyság és a robbanásveszély.

E problémák megoldása érdekében néhány új kinyerési módszert alkalmaztak. A mikrohullámú és ultrahangos extrakció előnyei a gyors extrakciós sebesség, a nagy extrakciós sebesség és az egyszerű kezelés, de az extrakcióhoz továbbra is szerves oldószerekre van szükség. A CO2 szuperkritikus folyadékok extrakciója egy olyan módszer, amelynek során a CO2 szuperkritikus folyadékot az extrakció során használt szerves oldószerek helyettesítésére használják. Előnye, hogy zöld, környezetbarát, szennyezésmentes és magas a kitermelési aránya, de vannak olyan problémái, mint a magas energiafogyasztás, a bonyolult működés és a magas berendezésköltség.

A közelmúltban egy új típusú extrakciós oldószer, az ionos folyadék vált kutatási gócponttá. Az ionos folyadékok olyan sók, amelyek szimmetrikus és nagy szerves kationokból és viszonylag kis szervetlen anionokból állnak, és szobahőmérsékleten vagy szobahőmérsékleten folyékonyak. Az ionos folyadékok jellemzői: szinte elhanyagolható gőznyomás, nem illékonyság, nem gyúlékony, jó kémiai stabilitás, nem mérgező, szennyeződésmentes és tervezhetőség. Az ionos folyadékok az 1970-es években jelentek meg akkumulátorok elektrolitjaként. Mivel az ionos folyadékok az anionok és kationok összetételének megváltoztatásával szabályozhatják fizikai és kémiai tulajdonságaikat, az ionos folyadékok gyorsan fejlődtek, és széles körben alkalmazzák őket a kémiai, gyógyszerészeti és élelmiszeripari területeken. Az ionos folyadékok katalizátorként és extrakciós szerként használhatók a hatóanyagok extrakciójához, amelyek felgyorsíthatják a szerves oldószerek extrakciós hatékonyságát, vagy helyettesíthetik a szerves oldószereket az extrakció során. Xu et al. kifejtette, hogy az imidazolionos folyadékok katalizátorként és extrahálószerként használhatók a dibenzotiofén oxidatív kéntelenítési reakciójában. Mazid et al. azt találták, hogy az ionos folyadékok fokozhatják a bioaktív anyagok aktivitását és stabilitását. Stolte et al. megállapította, hogy ha az ionos folyadék kationja imidazolcsoport, akkor nagyon könnyen hidrolizálódik mikroorganizmusok hatására, míg a piridincsoport nehezen bomlik le, ami egyértelművé teszi, hogy az imidazolionos folyadékok biztonságosak a környezetre és az emberi szervezetre, a piridinionos folyadékok pedig mérgezőek.

Ennek fényében a jelen tanulmány ipari kenderleveleket használ alapanyagként, imidazolionos folyadékokat használ bizonyos koncentrációjú etanolos vizes oldat katalizátoraként, valamint az etanolos vizes oldat extrakciós kapacitásának javítása alapján csökkenti a felhasznált szerves oldószer mennyiségét, valamint biztosítja a CBD stabilitását az extrakciós folyamat során. Ezután az ultrahangos módszert segítik a CBD hozamának további javításában. Az egyfaktoros kísérletek, a Plackett-Burman kísérleti tervezés és a válaszfelület Box-Behnken kísérleti tervezése révén pedig optimalizálják a CBD extrakciós folyamatát az ipari kenderlevélben, és egy hatékony és biztonságos extrakciós módszert hoztak létre, amely kísérleti alapot biztosít a CBD extrakciós folyamatához.

Az ipari kender gazdasági értékének javítása érdekében ez a tanulmány ipari kenderleveleket használ nyersanyagként, ionos folyadékkal segített ultrahangos módszert alkalmaz a gyógyászati ​​értékű hatóanyag, a kannabidiol (CBD) extrakciójára, valamint optimalizálja az extrakciós folyamatot.

Ebben a tanulmányban a CBD hozamát használták indikátorként. Az NTF2-t először 16 imidazolionos folyadék közül választották ki a legjobb extrakciós oldószerként. Ezután egyetlen tényezős kísérletet végeztek a CBD hozamát ionos folyadékkal segített ultrahangos extrakcióval befolyásoló hat tényezővel ( ultrahang teljesítmény, ultrahangos hőmérséklet, ultrahangos idő, etanol oldat koncentrációja, ionos folyadék moláris koncentrációja és folyadék-szilárd anyag arány). Az etanol koncentrációját 65%-nak, az ionos folyadék moláris koncentrációját 0,3 mol/l-nek határoztuk meg (65%-os etanolos oldattal készítve).

Ezen eredmény alapján négy jelentős tényezőt ( ultrahang teljesítmény, ultrahang hőmérséklet, ultrahang idő és folyadék-szilárd anyag arány ) szűrtünk ki a Plackett-Burman kísérleti terv segítségével. Az extrakciós folyamatot tovább optimalizáltuk a válaszfelületi Box-Behnken kísérleti terv segítségével. 

Az extrakciós folyamat optimális körülményeit a CBD jelentős tényezőihez a következőképpen határozták meg: ultrahang teljesítmény 280 W, ultrahang hőmérséklet 50 ℃, ultrahang idő 62,5 perc, folyadék-szilárd anyag arány 25 ml/g. A fenti körülmények között az ionos folyadék [C8mim]NTF2 CBD-kivonási sebessége 7,66%±0,2%, a metanol CBD-kivonási sebessége 6,42%±0,3%, a 65%-os etanolos oldat CBD-kivonási sebessége pedig 5,81%±0,2%. 

Vagyis a CBD extrakciós kapacitása ionos folyékony [C8mim]NTF2>metanol>65%-os etanolos oldat. A CBD lebomlási kísérlet azt mutatta, hogy az ionos folyadék [C8mim]NTF2 CBD lebomlási sebessége 16,40%±0,3%, ami kevesebb, mint 24,65%±0,6% metanolban és 32,88%±0,5% 65%-os etanolos oldatban. Az eredmények azt mutatták, hogy ionos folyékony [C8mim]NTF2 hozzáadása után 65%-os etanolos oldathoz csökkenthető a CBD lebomlási sebessége és növelhető a CBD hozama. Ez a tanulmány bizonyítja, hogy az ionos folyadék a CBD védőszere és kiváló extrakciós oldószere a CBD számára. A CBD ionos folyadékkal segített ultrahangos extrakciós eljárását azért fejlesztették ki, hogy adattámogatást nyújtson az ipari kender fejlesztéséhez és felhasználásához.