초음파 전력이 Cannabidiol 추출에 영향을 줍니까?

초음파 전력이 칸나비디올 추출에 영향을 줍니까?

산업용 대마(Cannabis sativa L.)는 직물, 기름, 기능 식품, 화장품 및 바이오 연료에 널리 사용되기 때문에 널리 재배됩니다. 최근 산업용 대마에 함유된 칸나비노이드의 의학적 가치가 연구의 중심지가 되었습니다. 현재 주로 칸나비디올, 테트라히드로칸나비놀, 칸나비놀, 칸나비사이클롤, 칸나비크로멘 및 칸나비트리올 등 80개 이상의 칸나비노이드가 확인되었습니다. 연구에 따르면 칸나비노이드는 인간의 생리학 및 심리학에 치료 효과가 있으므로 잠재적인 의학적 가치가 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 테트라히드로칸나비놀은 마약으로 사용될 수 있기 때문에 많은 국가에서는 산업용 대마에 함유된 테트라히드로칸나비놀의 함량이 0.3% 미만이어야 한다고 규정하고 있습니다. 그중 칸나비디올(CBD)이 가장 중요한 칸나비노이드입니다. 물에 거의 녹지 않는 담황색 결정입니다. 빛과 열에 쉽게 분해되며 환각효과도 없습니다. 최근 국내외에서 CBD에 대한 심층적인 연구를 통해 CBD가 약용가치가 높다는 사실이 밝혀졌습니다. 왕 외. CBD가 알코올성 간 손상을 보호할 수 있다는 사실을 발견했습니다. Wirthet al. CBD에는 항염증 및 항산화 효과가 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 화장품 분야에서는 Huber et al. CBD가 피부를 진정시키고 보습할 수 있으며 진통 효과가 있는 천연 화장품 원료라는 사실을 발견했습니다. Li Yanmeiet al. CBD는 피부 염증, 발적, 피부 민감성 및 기타 증상에 효과적이며 여드름 치료에도 특정 효과가 있음을 발견했습니다. 의학적 사용 측면에서 Liu Kai et al. [11] 및 Boehnke et al. CBD가 근육통을 완화할 수 있다는 사실을 발견했습니다. Moltkeet al. CBD가 불안과 불면증을 개선하는 효과가 있음을 발견했습니다. 그러나 CBD는 불안정하고 감광성, 열에 민감한 물질로 추출 과정에서 쉽게 분해됩니다. 따라서 추출 과정에서 CBD의 수율을 향상시키고 CBD의 안정성을 보장하는 방법이 연구 핫스팟이 되었습니다.

이전 연구에서 CBD는 일반적으로 메탄올, 에탄올, 클로로포름 및 아세톤과 같은 유기 용매의 뜨거운 환류에 의해 추출되었습니다. 이 방법은 비용이 저렴하고 조작이 간편하지만 오염도가 높고 인화성, 폭발 등 안전상의 위험이 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 몇 가지 새로운 추출 방법이 채택되었습니다. 전자레인지를 이용한 추출과 초음파를 이용한 추출은 빠른 추출 속도, 높은 추출 속도, 간단한 조작 등의 장점을 가지고 있으나, 여전히 추출을 위해 유기용매가 필요합니다. CO2 초임계 유체 추출은 CO2 초임계 유체를 사용하여 추출용 유기 용매를 대체하는 방법입니다. 친환경적이며 친환경적이며 무공해이며 추출율이 높다는 장점을 가지고 있으나, 높은 에너지 소비, 복잡한 운영, 높은 장비 비용 등의 문제가 있습니다.

최근에는 새로운 유형의 추출 용매인 이온성 액체가 연구 핫스팟이 되었습니다. 이온성 액체는 대칭적이고 큰 유기 양이온과 상대적으로 작은 무기 음이온으로 구성된 염으로, 실온 또는 실온 근처에서 액체입니다. 이온성 액체는 거의 무시할 수 있는 증기압, 비휘발성, 불연성, 우수한 화학적 안정성, 무독성, 무공해 및 디자인 가능성의 특성을 가지고 있습니다. 이온성 액체는 1970년대에 배터리용 전해질로 등장했다. 이온성 액체는 음이온과 양이온의 조성을 변화시켜 물리적, 화학적 성질을 조절할 수 있는 설계성을 갖고 있기 때문에 이온성 액체는 빠르게 발전하여 화학, 제약, 식품 분야에서 널리 사용되고 있다. 이온성 액체는 활성 물질 추출을 위한 촉매 및 추출제로 사용될 수 있으며, 이는 유기 용매의 추출 효율을 가속화하거나 추출용 유기 용매를 대체할 수 있습니다. Xu et al. 이미다졸 이온성 액체가 디벤조티오펜의 산화탈황 반응을 위한 촉매 및 추출제로 사용될 수 있다고 설명했습니다. Mazidet al. 이온성 액체가 생리활성 물질의 활성과 안정성을 향상시킬 수 있다는 사실을 발견했습니다. Stolteet al. 이온액체의 양이온이 이미다졸기일 경우 미생물의 작용에 의해 가수분해가 매우 용이한 반면 피리딘기는 분해되기 어렵다는 사실을 밝혀 이미다졸 이온액체는 환경과 인체에 안전하고 피리딘 이온액체는 독성이 있음을 명확히 하였다.

이에 본 연구에서는 공업용 대마잎을 원료로 사용하고, 일정 농도의 에탄올 수용액에 대한 촉매로 이미다졸 이온성 액체를 사용하며, 에탄올 수용액의 추출능력 향상을 바탕으로 사용되는 유기용매의 양을 줄이고, 추출과정에서 CBD의 안정성을 확보하고자 한다. 그런 다음 초음파 방법을 사용하여 CBD의 수율을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 그리고 단일 인자 실험, Plackett-Burman 실험 설계 및 반응 표면 Box-Behnken 실험 설계를 통해 산업용 대마 잎에서 CBD 추출 과정을 최적화하고 효율적이고 안전한 추출 방법을 확립하여 CBD 추출 과정에 대한 실험적 기반을 제공합니다.

본 연구에서는 산업용 대마의 경제적 가치를 향상시키기 위해 산업용 대마잎을 원료로 사용하고, 이온성 액체를 이용한 초음파 방식을 이용하여 약효가 있는 유효성분인 칸나비디올(CBD)을 추출하고 추출 공정을 최적화한다.

본 연구에서는 CBD의 수율을 지표로 사용했습니다. NTF2는 먼저 16개의 이미다졸 이온성 액체 중에서 최고의 추출 용매로 선택되었습니다. 그런 다음 이온성 액체를 이용한 초음파 추출에 의해 CBD 수율에 영향을 미치는 6가지 요소( 초음파 출력, 초음파 온도, 초음파 시간, 에탄올 용액 농도, 이온성 액체 몰 농도 및 액체 대 고체 비율)에 대해 단일 요소 실험을 수행했습니다. 에탄올 농도는 65%로 측정되었으며 이온성 액체 몰 농도는 0.3mol/L(65% 에탄올 용액으로 제조)였습니다.

이 결과를 바탕으로 Plackett-Burman 실험 설계를 사용하여 4가지 중요한 요소( 초음파 출력, 초음파 온도, 초음파 시간 및 액체 대 고체 비율 )를 선별했습니다. 추출 과정은 반응 표면 Box-Behnken 실험 설계를 사용하여 더욱 최적화되었습니다. 

CBD의 중요 인자에 대한 최적 추출 공정 조건은 초음파 출력 280W, 초음파 온도 50℃, 초음파 시간 62.5분, 액체 대 고체 비율 25 mL/g으로 결정되었습니다. 상기 조건에서 이온성 액체 [C8mim]NTF2의 CBD 추출율은 7.66%±0.2%, 메탄올의 CBD 추출율은 6.42%±0.3%, 65% 에탄올 용액의 CBD 추출율은 5.81%±0.2%였다. 

즉, CBD의 추출능은 이온성 액체 [C8mim]NTF2>메탄올>65% 에탄올 용액이다. CBD 분해 실험에서는 이온성 액체 [C8mim]NTF2의 CBD 분해율이 16.40%±0.3%로 메탄올의 24.65%±0.6%, 65% 에탄올 용액의 32.88%±0.5% 미만인 것으로 나타났습니다. 결과는 65% 에탄올 용액에 이온성 액체 [C8mim]NTF2를 첨가한 후 CBD의 분해 속도가 감소되고 CBD의 수율이 증가할 수 있음을 보여주었습니다. 이 연구는 이온성 액체가 CBD의 보호제이자 CBD의 탁월한 추출 용매임을 입증합니다. CBD용 이온성 액체 보조 초음파 추출 공정은 산업용 대마의 개발 및 활용을 위한 데이터 지원을 제공하기 위해 개발되었습니다.