La potenza ultrasonica influisce sull'estrazione del cannabidiolo?

La potenza ultrasonica influisce sull'estrazione del cannabidiolo?

La canapa industriale (Cannabis sativa L.) è ampiamente coltivata perché è ampiamente utilizzata nei prodotti tessili, nel petrolio, nei prodotti nutraceutici, nei cosmetici e nei biocarburanti. Recentemente, il valore medicinale dei cannabinoidi contenuti nella canapa industriale è diventato un punto caldo della ricerca. Attualmente sono stati identificati più di 80 cannabinoidi, principalmente cannabidiolo, tetraidrocannabinolo, cannabinolo, cannabiciclolo, cannabicromene e cannabitriolo. Gli studi hanno dimostrato che i cannabinoidi hanno effetti terapeutici sulla fisiologia e psicologia umana, quindi hanno un potenziale valore medicinale. Tuttavia, il tetraidrocannabinolo può essere utilizzato come narcotico, quindi molti paesi stabiliscono che il contenuto di tetraidrocannabinolo nella canapa industriale deve essere inferiore allo 0,3%. Tra questi, il cannabidiolo (CBD) è il cannabinoide più importante. È un cristallo giallo pallido che è quasi insolubile in acqua. Si decompone facilmente alla luce e al calore e non ha effetti allucinogeni. Negli ultimi anni, con la ricerca approfondita sul CBD in patria e all’estero, si è scoperto che il CBD ha un alto valore medicinale. Wang et al. ha scoperto che il CBD può proteggere i danni al fegato dovuti all’alcol. Wirth et al. ha scoperto che il CBD ha effetti antinfiammatori e antiossidanti. Nel campo dei cosmetici, Huber et al. ha scoperto che il CBD è una materia prima cosmetica naturale che può lenire e idratare la pelle e ha effetti analgesici. Li Yanmei et al. hanno scoperto che il CBD è efficace contro l’infiammazione della pelle, il rossore, la sensibilità della pelle e altri sintomi e ha anche un certo effetto sul trattamento dell’acne. In termini di uso medicinale, Liu Kai et al. [11] e Boehnke et al. ha scoperto che il CBD può alleviare il dolore muscolare. Moltke et al. ha scoperto che il CBD ha l’effetto di migliorare l’ansia e l’insonnia. Tuttavia, il CBD è instabile ed è una sostanza fotosensibile e sensibile al calore che si decompone facilmente durante il processo di estrazione. Pertanto, come migliorare la resa del CBD e garantire la stabilità del CBD durante il processo di estrazione è diventato un punto caldo della ricerca.

Negli studi precedenti, il CBD veniva generalmente estratto mediante riflusso caldo di solventi organici come metanolo, etanolo, cloroformio e acetone. Questo metodo è economico e semplice da utilizzare, ma è altamente inquinante e presenta rischi per la sicurezza come infiammabilità ed esplosione.

Per risolvere questi problemi sono stati adottati alcuni nuovi metodi di estrazione. L'estrazione assistita da microonde e l'estrazione assistita da ultrasuoni presentano i vantaggi di un'elevata velocità di estrazione, un'elevata velocità di estrazione e un funzionamento semplice, ma richiedono comunque solventi organici per l'estrazione. L'estrazione con fluido supercritico con CO2 è un metodo per utilizzare il fluido supercritico con CO2 per sostituire i solventi organici per l'estrazione. Presenta i vantaggi di essere ecologico, rispettoso dell’ambiente, non inquinato e di avere un elevato tasso di estrazione, ma presenta problemi quali un elevato consumo energetico, un funzionamento complesso e costi elevati delle attrezzature.

Recentemente, un nuovo tipo di solvente da estrazione, il liquido ionico, è diventato un punto caldo della ricerca. I liquidi ionici sono sali composti da cationi organici grandi e simmetrici e anioni inorganici relativamente piccoli e sono liquidi a temperatura ambiente o vicino alla temperatura ambiente. I liquidi ionici hanno le caratteristiche di pressione di vapore quasi trascurabile, non volatilità, non infiammabilità, buona stabilità chimica, non tossicità, assenza di inquinamento e designabilità. I liquidi ionici sono apparsi negli anni '70 come elettroliti per le batterie. Poiché i liquidi ionici hanno la capacità di regolare le loro proprietà fisiche e chimiche modificando la composizione di anioni e cationi, i liquidi ionici si sono sviluppati rapidamente e sono ampiamente utilizzati nei campi chimico, farmaceutico e alimentare. I liquidi ionici possono essere utilizzati come catalizzatori ed estraenti per l'estrazione di sostanze attive, che possono accelerare l'efficienza di estrazione dei solventi organici o sostituire i solventi organici per l'estrazione. Xu et al. ha spiegato che i liquidi ionici di imidazolo possono essere utilizzati come catalizzatori ed estraenti per la reazione di desolforazione ossidativa del dibenzotiofene. Mazid et al. hanno scoperto che i liquidi ionici possono migliorare l’attività e la stabilità delle sostanze bioattive. Stolte et al. ha scoperto che quando il catione del liquido ionico è un gruppo imidazolico, è molto facile da idrolizzare sotto l'azione di microrganismi, mentre il gruppo piridina è difficile da decomporre, il che chiarisce che i liquidi ionici imidazolici sono sicuri per l'ambiente e il corpo umano, e i liquidi ionici piridinici sono tossici.

In considerazione di ciò, questo studio utilizza foglie di canapa industriale come materie prime, utilizza liquidi ionici di imidazolo come catalizzatori per una certa concentrazione di soluzione acquosa di etanolo e riduce la quantità di solvente organico utilizzato sulla base del miglioramento della capacità di estrazione della soluzione acquosa di etanolo e garantisce la stabilità del CBD durante il processo di estrazione. Il metodo ad ultrasuoni viene quindi assistito per migliorare ulteriormente la resa del CBD. E attraverso esperimenti a fattore singolo, il disegno sperimentale Plackett-Burman e il disegno sperimentale Box-Behnken della superficie di risposta, il processo di estrazione del CBD nelle foglie di canapa industriale è ottimizzato e viene stabilito un metodo di estrazione efficiente e sicuro per fornire una base sperimentale per il processo di estrazione del CBD.

Al fine di migliorare il valore economico della canapa industriale, questo studio utilizza foglie di canapa industriale come materie prime, utilizza un metodo ad ultrasuoni assistito da liquido ionico per estrarre il cannabidiolo (CBD), un principio attivo con valore medicinale, e ottimizza il processo di estrazione.

In questo studio, la resa del CBD è stata utilizzata come indicatore. NTF2 è stato inizialmente selezionato tra 16 liquidi ionici imidazolici come miglior solvente di estrazione. Quindi, è stato condotto un esperimento a fattore singolo sui sei fattori che influenzano la resa del CBD mediante estrazione ad ultrasuoni assistita da liquido ionico ( potenza ultrasonica, temperatura ultrasonica, tempo ultrasonico, concentrazione della soluzione di etanolo, concentrazione molare del liquido ionico e rapporto liquido-solido). È stato determinato che la concentrazione di etanolo era del 65% e la concentrazione molare del liquido ionico era di 0,3 mol/L (preparato con una soluzione di etanolo al 65%).

Sulla base di questo risultato, quattro fattori significativi ( potenza ultrasonica, temperatura ultrasonica, tempo ultrasonico e rapporto liquido-solido ) sono stati selezionati utilizzando il disegno sperimentale Plackett-Burman. Il processo di estrazione è stato ulteriormente ottimizzato utilizzando il disegno sperimentale della superficie di risposta Box-Behnken. 

Le condizioni ottimali del processo di estrazione per i fattori significativi del CBD sono state determinate come: potenza ultrasonica 280 W, temperatura ultrasonica 50 ℃, tempo ultrasonico 62,5 minuti e rapporto liquido-solido 25 mL/g. Nelle condizioni di cui sopra, la velocità di estrazione del CBD del liquido ionico [C8mim]NTF2 era del 7,66%±0,2%, la velocità di estrazione del CBD del metanolo era del 6,42%±0,3% e la velocità di estrazione del CBD della soluzione di etanolo al 65% era del 5,81%±0,2%. 

Cioè, la capacità di estrazione del CBD è quella ionica liquida [C8mim]NTF2>metanolo>soluzione di etanolo al 65%. L'esperimento di degradazione del CBD ha mostrato che il tasso di degradazione del CBD del liquido ionico [C8mim]NTF2 era del 16,40%±0,3%, ovvero inferiore al 24,65%±0,6% del metanolo e al 32,88%±0,5% della soluzione di etanolo al 65%. I risultati hanno mostrato che dopo aver aggiunto il liquido ionico [C8mim]NTF2 a una soluzione di etanolo al 65%, il tasso di degradazione del CBD potrebbe essere ridotto e la resa del CBD potrebbe essere aumentata. Questo studio dimostra che il liquido ionico è sia un agente protettivo per il CBD che un eccellente solvente di estrazione per il CBD. Il processo di estrazione ad ultrasuoni ionico assistito da liquido per il CBD è stato sviluppato per fornire supporto dati per lo sviluppo e l'utilizzo della canapa industriale.