Czy moc ultradźwiękowa wpływa na ekstrakcję kannabidiolu?

Czy moc ultradźwiękowa wpływa na ekstrakcję kannabidiolu?

Konopie przemysłowe (Cannabis sativa L.) są szeroko uprawiane, ponieważ są szeroko stosowane w tekstyliach, oleju, nutraceutykach, kosmetykach i biopaliwach. Ostatnio wartość lecznicza kannabinoidów w konopiach przemysłowych stała się gorącym punktem badań. Obecnie zidentyfikowano ponad 80 kannabinoidów, głównie kannabidiol, tetrahydrokannabinol, kannabinol, kannabicyklol, kannabichromen i kannabitriol. Badania wykazały, że kannabinoidy mają działanie terapeutyczne na fizjologię i psychologię człowieka, dlatego mają potencjalną wartość leczniczą. Jednakże tetrahydrokannabinol może być stosowany jako narkotyk, dlatego wiele krajów zastrzega, że ​​zawartość tetrahydrokannabinolu w konopiach przemysłowych musi być mniejsza niż 0,3%. Wśród nich najważniejszym kannabinoidem jest kannabidiol (CBD). Jest to bladożółty kryształ, który jest prawie nierozpuszczalny w wodzie. Łatwo ulega rozkładowi pod wpływem światła i ciepła i nie ma działania halucynogennego. W ostatnich latach, dzięki dogłębnym badaniom nad CBD w kraju i za granicą, stwierdzono, że CBD ma wysoką wartość leczniczą. Wang i in. odkryli, że CBD może chronić alkoholowe uszkodzenie wątroby. Wirth i in. odkryli, że CBD ma działanie przeciwzapalne i przeciwutleniające. W dziedzinie kosmetyków Huber i in. odkryli, że CBD jest naturalnym surowcem kosmetycznym, który może ukoić i nawilżyć skórę oraz ma działanie przeciwbólowe. Li Yanmei i in. odkryli, że CBD jest skuteczne w przypadku stanów zapalnych skóry, zaczerwienień, wrażliwości skóry i innych objawów, a także ma pewien wpływ na leczenie trądziku. Jeśli chodzi o zastosowanie lecznicze, Liu Kai i in. [11] oraz Boehnke i in. odkryli, że CBD może złagodzić ból mięśni. Moltke i in. odkryli, że CBD ma wpływ na poprawę lęku i bezsenności. Jednak CBD jest niestabilne i jest substancją światłoczułą i wrażliwą na ciepło, która łatwo ulega rozkładowi podczas procesu ekstrakcji. Dlatego też, jak poprawić wydajność CBD i zapewnić stabilność CBD podczas procesu ekstrakcji, stało się gorącym punktem badań.

W poprzednich badaniach CBD na ogół ekstrahowano za pomocą gorącego refluksu rozpuszczalników organicznych, takich jak metanol, etanol, chloroform i aceton. Metoda ta jest tania i prosta w obsłudze, ale powoduje duże zanieczyszczenie i stwarza zagrożenia dla bezpieczeństwa, takie jak łatwopalność i eksplozja.

Aby rozwiązać te problemy, przyjęto kilka nowych metod ekstrakcji. Ekstrakcja wspomagana mikrofalami i ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami mają zalety dużej szybkości ekstrakcji, dużej szybkości ekstrakcji i prostej obsługi, ale nadal wymagają do ekstrakcji rozpuszczalników organicznych. Ekstrakcja płynem nadkrytycznym CO2 to metoda wykorzystania płynu nadkrytycznego CO2 w celu zastąpienia rozpuszczalników organicznych do ekstrakcji. Ma tę zaletę, że jest ekologiczny, przyjazny dla środowiska, wolny od zanieczyszczeń i ma wysoki współczynnik ekstrakcji, ale ma problemy, takie jak wysokie zużycie energii, złożona obsługa i wysokie koszty sprzętu.

Ostatnio gorącym punktem badawczym stał się nowy rodzaj rozpuszczalnika ekstrakcyjnego, ciecz jonowa. Ciecze jonowe to sole składające się z symetrycznych i dużych kationów organicznych oraz stosunkowo małych anionów nieorganicznych i są ciekłe w temperaturze pokojowej lub zbliżonej do temperatury pokojowej. Ciecze jonowe charakteryzują się prawie znikomą prężnością par, nielotnością, niepalnością, dobrą stabilnością chemiczną, nietoksycznością, brakiem zanieczyszczeń i możliwością projektowania. Ciecze jonowe pojawiły się w latach 70. XX wieku jako elektrolity do akumulatorów. Ponieważ ciecze jonowe mają możliwość regulowania swoich właściwości fizycznych i chemicznych poprzez zmianę składu anionów i kationów, ciecze jonowe szybko się rozwinęły i są szeroko stosowane w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym i spożywczym. Ciecze jonowe mogą być stosowane jako katalizatory i ekstrahenty do ekstrakcji substancji aktywnych, co może przyspieszyć efektywność ekstrakcji rozpuszczalnikami organicznymi lub zastąpić rozpuszczalniki organiczne do ekstrakcji. Xu i in. wyjaśnił, że imidazolowe ciecze jonowe można stosować jako katalizatory i ekstrahenty w reakcji oksydacyjnego odsiarczania dibenzotiofenu. Mazid i in. odkryli, że ciecze jonowe mogą zwiększać aktywność i stabilność substancji bioaktywnych. Stolte i in. odkryli, że gdy kationem cieczy jonowej jest grupa imidazolowa, bardzo łatwo ulega hydrolizie pod działaniem mikroorganizmów, natomiast grupa pirydynowa jest trudna do rozkładu, co wyjaśnia, że ​​imidazolowe ciecze jonowe są bezpieczne dla środowiska i organizmu ludzkiego, a pirydynowe ciecze jonowe są toksyczne.

Mając to na uwadze, w niniejszym badaniu jako surowce wykorzystano liście konopi przemysłowych, zastosowano imidazolowe ciecze jonowe jako katalizatory dla określonego stężenia wodnego roztworu etanolu oraz zmniejszono ilość stosowanego rozpuszczalnika organicznego w oparciu o poprawę zdolności ekstrakcji wodnego roztworu etanolu oraz zapewniono stabilność CBD podczas procesu ekstrakcji. Następnie wspomagana jest metoda ultradźwiękowa w celu dalszej poprawy wydajności CBD. Dzięki eksperymentom jednoczynnikowym, projektowi eksperymentalnemu Placketta-Burmana i projektowi eksperymentalnemu Boxa-Behnkena z powierzchnią odpowiedzi, proces ekstrakcji CBD z liści konopi przemysłowych jest zoptymalizowany oraz opracowano wydajną i bezpieczną metodę ekstrakcji, aby zapewnić podstawę eksperymentalną dla procesu ekstrakcji CBD.

Aby poprawić wartość ekonomiczną konopi przemysłowych, w badaniu wykorzystano liście konopi przemysłowych jako surowce, zastosowano metodę ultradźwiękową wspomaganą cieczą jonową w celu ekstrakcji kannabidiolu (CBD), aktywnego składnika o wartości leczniczej, i optymalizowano proces ekstrakcji.

W tym badaniu jako wskaźnik wykorzystano wydajność CBD. NTF2 został najpierw wybrany spośród 16 imidazolowych cieczy jonowych jako najlepszy rozpuszczalnik do ekstrakcji. Następnie przeprowadzono eksperyment jednoczynnikowy na sześciu czynnikach wpływających na wydajność CBD metodą ekstrakcji ultradźwiękowej wspomaganej cieczą jonową ( moc ultradźwiękowa, temperatura ultradźwiękowa, czas działania ultradźwięków, stężenie roztworu etanolu, stężenie molowe cieczy jonowej i stosunek cieczy do ciała stałego). Ustalono, że stężenie etanolu wynosi 65%, a stężenie molowe cieczy jonowej wynosi 0,3 mol/l (przygotowanej z 65% roztworu etanolu).

Na podstawie tego wyniku moc ultradźwiękowa, temperatura ultradźwiękowa, czas ultradźwiękowy i stosunek cieczy do ciała stałego ), stosując projekt eksperymentalny Placketta-Burmana. przeszukano cztery istotne czynniki ( Proces ekstrakcji został dodatkowo zoptymalizowany przy użyciu projektu eksperymentalnego Boxa-Behnkena z powierzchnią odpowiedzi. 

Ustalono, że optymalne warunki procesu ekstrakcji dla istotnych czynników CBD to: moc ultradźwięków 280 W, temperatura ultradźwięków 50℃, czas działania ultradźwięków 62,5 min oraz stosunek cieczy do ciała stałego 25 mL/g. W powyższych warunkach stopień ekstrakcji CBD cieczy jonowej [C8mim]NTF2 wyniósł 7,66% ± 0,2%, stopień ekstrakcji CBD metanolu wyniósł 6,42% ± 0,3%, a stopień ekstrakcji CBD 65% roztworu etanolu wyniósł 5,81% ± 0,2%. 

Oznacza to, że zdolność ekstrakcji CBD to ciecz jonowa [C8mim]NTF2>metanol>65% roztwór etanolu. Eksperyment degradacji CBD wykazał, że szybkość degradacji CBD cieczy jonowej [C8mim]NTF2 wynosiła 16,40% ± 0,3%, co stanowiło mniej niż 24,65% ± 0,6% metanolu i 32,88% ± 0,5% 65% roztworu etanolu. Wyniki wykazały, że po dodaniu cieczy jonowej [C8mim]NTF2 do 65% roztworu etanolu można było zmniejszyć szybkość degradacji CBD i zwiększyć wydajność CBD. Badanie to dowodzi, że ciecz jonowa jest zarówno środkiem ochronnym dla CBD, jak i doskonałym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji CBD. Proces ekstrakcji ultradźwiękowej CBD wspomaganej cieczą jonową został opracowany w celu zapewnienia wsparcia danych na temat rozwoju i wykorzystania konopi przemysłowych.