Puterea ultrasunetelor afectează extragerea canabidiolului?

Puterea ultrasunetelor afectează extracția canabidiolului?

Cânepa industrială (Cannabis sativa L.) este plantată pe scară largă deoarece este utilizată pe scară largă în textile, ulei, nutraceutice, cosmetice și biocombustibili. Recent, valoarea medicinală a canabinoizilor din cânepa industrială a devenit un punct fierbinte de cercetare. În prezent, au fost identificați peste 80 de canabinoizi, în principal canabidiol, tetrahidrocannabinol, canabinol, canabiciclol, canabicromen și canabitriol. Studiile au arătat că canabinoizii au efecte terapeutice asupra fiziologiei și psihologiei umane, deci au o potențială valoare medicinală. Cu toate acestea, tetrahidrocannabinol poate fi folosit ca narcotic, așa că multe țări prevăd că conținutul de tetrahidrocannabinol din cânepa industrială trebuie să fie mai mic de 0,3%. Dintre acestea, canabidiolul (CBD) este cel mai important canabinoid. Este un cristal galben pal care este aproape insolubil în apă. Se descompune ușor de lumină și căldură și nu are efect halucinogen. În ultimii ani, odată cu cercetările aprofundate asupra CBD în țară și în străinătate, s-a constatat că CBD are o valoare medicinală ridicată. Wang şi colab. a descoperit că CBD poate proteja leziunile hepatice alcoolice. Wirth și colab. a constatat că CBD are efecte antiinflamatorii și antioxidante. În domeniul cosmeticelor, Huber et al. a constatat că CBD este o materie primă cosmetică naturală care poate calma și hidrata pielea și are efecte analgezice. Li Yanmei și colab. a constatat că CBD este eficient pentru inflamația pielii, roșeața, sensibilitatea pielii și alte simptome și are, de asemenea, un anumit efect în tratarea acneei. În ceea ce privește utilizarea medicinală, Liu Kai și colab. [11] și Boehnke și colab. a descoperit că CBD poate ameliora durerile musculare. Moltke și colab. a descoperit că CBD are efectul de a îmbunătăți anxietatea și insomnia. Cu toate acestea, CBD este instabil și este o substanță fotosensibilă și sensibilă la căldură, care se descompune ușor în timpul procesului de extracție. Prin urmare, modul de îmbunătățire a randamentului CBD și de a asigura stabilitatea CBD în timpul procesului de extracție a devenit un punct fierbinte de cercetare.

În studiile anterioare, CBD a fost în general extras prin reflux fierbinte de solvenți organici, cum ar fi metanol, etanol, cloroform și acetonă. Această metodă este ieftină și simplu de utilizat, dar este foarte poluantă și prezintă pericole de siguranță, cum ar fi inflamabilitatea și explozia.

Pentru a rezolva aceste probleme, au fost adoptate câteva metode noi de extracție. Extracția asistată cu microunde și extracția asistată cu ultrasunete au avantajele vitezei rapide de extracție, ratei mari de extracție și operațiunii simple, dar totuși necesită solvenți organici pentru extracție. Extracția cu fluid supercritic cu CO2 este o metodă de utilizare a fluidului supercritic cu CO2 pentru a înlocui solvenții organici pentru extracție. Are avantajele de a fi verde, ecologic, lipsit de poluare și de a avea o rată mare de extracție, dar are probleme precum consumul mare de energie, funcționarea complexă și costul ridicat al echipamentelor.

Recent, un nou tip de solvent de extracție, lichidul ionic, a devenit un punct fierbinte de cercetare. Lichidele ionice sunt săruri care sunt compuse din cationi organici simetrici și mari și anioni anorganici relativ mici și sunt lichide la temperatura camerei sau aproape de temperatura camerei. Lichidele ionice au caracteristicile unei presiuni de vapori aproape neglijabile, nevolatilitate, neinflamabilitate, stabilitate chimică bună, netoxicitate, lipsă de poluare și designabilitate. Lichidele ionice au apărut în anii 1970 ca electroliți pentru baterii. Deoarece lichidele ionice au capacitatea de a-și regla proprietățile fizice și chimice prin modificarea compoziției anionilor și cationilor, lichidele ionice s-au dezvoltat rapid și sunt utilizate pe scară largă în domeniul chimic, farmaceutic și alimentar. Lichidele ionice pot fi folosite ca catalizatori și extractanți pentru extracția substanțelor active, care pot accelera eficiența extracției solvenților organici sau pot înlocui solvenții organici pentru extracție. Xu și colab. a explicat că lichidele ionice imidazol pot fi utilizate ca catalizatori și extractanți pentru reacția de desulfurare oxidativă a dibenzotiofenului. Mazid și colab. a constatat că lichidele ionice pot spori activitatea și stabilitatea substanțelor bioactive. Stolte și colab. a constatat că, atunci când cationul lichidului ionic este o grupare imidazol, este foarte ușor de hidrolizat sub acțiunea microorganismelor, în timp ce gruparea piridină este dificil de descompus, ceea ce clarifică faptul că lichidele ionice imidazol sunt sigure pentru mediu și corpul uman, iar lichidele ionice de piridină sunt toxice.

Având în vedere acest lucru, acest studiu utilizează frunze de cânepă industrială ca materie primă, utilizează lichide ionice imidazol ca catalizatori pentru o anumită concentrație de soluție apoasă de etanol și reduce cantitatea de solvent organic utilizat pe baza îmbunătățirii capacității de extracție a soluției apoase de etanol și asigură stabilitatea CBD în timpul procesului de extracție. Metoda ultrasonică este apoi asistată pentru a îmbunătăți și mai mult randamentul CBD. Și prin experimente cu un singur factor, design experimental Plackett-Burman și design experimental de suprafață de răspuns Box-Behnken, procesul de extracție a CBD din frunzele de cânepă industrială este optimizat și este stabilită o metodă de extracție eficientă și sigură pentru a oferi o bază experimentală pentru procesul de extracție a CBD.

Pentru a îmbunătăți valoarea economică a cânepei industriale, acest studiu folosește ca materie primă frunzele de cânepă industrială, utilizează metoda ultrasonică asistată de lichid ionic pentru extragerea canabidiolului (CBD), un ingredient activ cu valoare medicinală și optimizează procesul de extracție.

În acest studiu, randamentul CBD a fost folosit ca indicator. NTF2 a fost selectat mai întâi din 16 lichide ionice imidazol ca cel mai bun solvent de extracție. Apoi, a fost efectuat un experiment cu un singur factor pe cei șase factori care afectează randamentul CBD prin extracția ultrasonică asistată de lichid ionic ( putere ultrasonică, temperatura ultrasonică, timpul ultrasonic, concentrația soluției de etanol, concentrația molară lichidă ionică și raportul lichid-solid). Concentrația de etanol a fost determinată a fi de 65% și concentrația molară de lichid ionic a fost de 0,3 mol/L (preparată cu soluție de etanol 65%).

Pe baza acestui rezultat, patru factori semnificativi ( puterea ultrasonică, temperatura ultrasonică, timpul ultrasonic și raportul lichid-solid ) au fost eliminați folosind designul experimental Plackett-Burman. Procesul de extracție a fost optimizat în continuare utilizând designul experimental Box-Behnken cu suprafața de răspuns. 

Condițiile optime ale procesului de extracție pentru factorii semnificativi ai CBD au fost determinate a fi: puterea ultrasonică 280 W, temperatura ultrasonică 50 ℃, timpul ultrasonic 62,5 min și raportul lichid-solid 25 ml/g. În condițiile de mai sus, rata de extracție a CBD a lichidului ionic [C8mim]NTF2 a fost de 7,66%±0,2%, rata de extracție a CBD a metanolului a fost de 6,42%±0,3%, iar rata de extracție a CBD a soluției de etanol 65% a fost de 5,81%±0,2%. 

Adică, capacitatea de extracție a CBD este lichid ionic [C8mim]NTF2>metanol>65% soluție de etanol. Experimentul de degradare CBD a arătat că rata de degradare a CBD a lichidului ionic [C8mim]NTF2 a fost de 16,40%±0,3%, ceea ce a fost mai mic de 24,65%±0,6% metanol și 32,88%±0,5% soluție de etanol 65%. Rezultatele au arătat că, după adăugarea lichidului ionic [C8mim]NTF2 la soluție de etanol 65%, rata de degradare a CBD ar putea fi redusă și randamentul CBD ar putea fi crescut. Acest studiu demonstrează că lichidul ionic este atât un agent de protecție pentru CBD, cât și un excelent solvent de extracție pentru CBD. Procesul de extracție cu ultrasunete asistat de lichid ionic pentru CBD a fost dezvoltat pentru a oferi suport de date pentru dezvoltarea și utilizarea cânepei industriale.