Да ли ултразвучна снага утиче на екстракцију канабидиола?

Да ли ултразвучна снага утиче на екстракцију канабидиола?

Индустријска конопља (Цаннабис сатива Л.) је широко засађена јер има широку примену у текстилу, уљу, нутрацеутици, козметици и биогоривима. Недавно је медицинска вредност канабиноида у индустријској конопљи постала жариште истраживања. Тренутно је идентификовано више од 80 канабиноида, углавном канабидиол, тетрахидроканабинол, канабинол, канабициклол, канабихромен и канабитриол. Студије су показале да канабиноиди имају терапеутске ефекте на људску физиологију и психологију, тако да имају потенцијалну медицинску вредност. Међутим, тетрахидроканабинол се може користити као наркотик, па многе земље предвиђају да садржај тетрахидроканабинола у индустријској конопљи мора бити мањи од 0,3%. Међу њима, канабидиол (ЦБД) је најважнији канабиноид. То је бледо жути кристал који је скоро нерастворљив у води. Лако се разлаже светлошћу и топлотом и нема халуциногено дејство. Последњих година, уз дубинско истраживање ЦБД-а у земљи и иностранству, откривено је да ЦБД има високу лековиту вредност. Ванг и др. открили да ЦБД може заштитити алкохолно оштећење јетре. Виртх ет ал. открили да ЦБД има антиинфламаторне и антиоксидативне ефекте. У области козметике, Хубер ет ал. открили да је ЦБД природна козметичка сировина која може да умири и влажи кожу и има аналгетске ефекте. Ли Ианмеи и др. открили да је ЦБД ефикасан за упалу коже, црвенило, осетљивост коже и друге симптоме, а такође има одређени ефекат на лечење акни. У погледу медицинске употребе, Лиу Каи ет ал. [11] и Боехнке ет ал. открили да ЦБД може ублажити бол у мишићима. Молтке и др. открили да ЦБД има ефекат побољшања анксиозности и несанице. Међутим, ЦБД је нестабилан и фотоосетљива је супстанца осетљива на топлоту која се лако разлаже током процеса екстракције. Стога, како побољшати принос ЦБД-а и осигурати стабилност ЦБД-а током процеса екстракције, постало је жариште истраживања.

У претходним студијама, ЦБД је генерално екстрахован врућим рефлуксом органских растварача као што су метанол, етанол, хлороформ и ацетон. Овај метод је јефтин и једноставан за руковање, али је веома загађујући и има безбедносне опасности као што су запаљивост и експлозија.

Да би се решили ови проблеми, усвојене су неке нове методе екстракције. Екстракција уз помоћ микроталасне пећнице и екстракција уз помоћ ултразвука имају предности велике брзине екстракције, високе брзине екстракције и једноставног рада, али и даље захтевају органске раствараче за екстракцију. Екстракција ЦО2 суперкритичним флуидом је метода коришћења ЦО2 суперкритичне течности за замену органских растварача за екстракцију. Има предности што је зелена, еколошки прихватљива, без загађења и има високу стопу екстракције, али има проблеме као што су велика потрошња енергије, сложен рад и висока цена опреме.

Недавно је нова врста растварача за екстракцију, јонска течност, постала жариште истраживања. Јонске течности су соли које се састоје од симетричних и великих органских катјона и релативно малих неорганских ањона, а течне су на собној температури или близу собне температуре. Јонске течности имају карактеристике скоро занемарљивог притиска паре, неиспарљивости, незапаљивости, добре хемијске стабилности, нетоксичности, без загађења и могућности пројектовања. Јонске течности су се појавиле 1970-их као електролити за батерије. Пошто јонске течности имају могућност да регулишу своја физичка и хемијска својства променом састава ањона и катјона, јонске течности су се брзо развиле и широко се користе у хемијским, фармацеутским и прехрамбеним областима. Јонске течности се могу користити као катализатори и екстрактанти за екстракцију активних супстанци, што може убрзати ефикасност екстракције органских растварача или заменити органске раствараче за екстракцију. Ксу ет ал. објаснио је да се имидазолне јонске течности могу користити као катализатори и екстрактанти за реакцију оксидативне десулфуризације дибензотиофена. Мазид и др. открили да јонске течности могу побољшати активност и стабилност биоактивних супстанци. Столте ет ал. открили да када је катјон јонске течности имидазолна група, врло лако се хидролизује под дејством микроорганизама, док се пиридинска група тешко разлаже, што појашњава да су имидазолне јонске течности безбедне за животну средину и људски организам, а пиридинске јонске течности су токсичне.

С обзиром на то, у овој студији се као сировине користе листови индустријске конопље, као катализатори одређене концентрације воденог раствора етанола користе имидазолне јонске течности и смањује се количина органског растварача који се користи на основу побољшања екстракционог капацитета воденог раствора етанола и обезбеђује стабилност ЦБД-а током процеса екстракције. Ултразвучна метода се затим помаже да се додатно побољша принос ЦБД-а. И кроз експерименте са једним фактором, Плацкетт-Бурман експериментални дизајн и Бокс-Бехнкен експериментални дизајн површине, процес екстракције ЦБД-а у листовима индустријске конопље је оптимизован, а ефикасна и сигурна метода екстракције је успостављена како би се обезбедила експериментална основа за процес екстракције ЦБД-а.

Да би се побољшала економска вредност индустријске конопље, ова студија користи листове индустријске конопље као сировине, користи ултразвучну методу потпомогнуту јонском течношћу за екстракцију канабидиола (ЦБД), активног састојка са лековитом вредношћу, и оптимизује процес екстракције.

У овој студији као индикатор је коришћен принос ЦБД-а. НТФ2 је прво изабран од 16 имидазолних јонских течности као најбољи растварач за екстракцију. Затим је спроведен експеримент са једним фактором на шест фактора који утичу на принос ЦБД-а ултразвучном екстракцијом уз помоћ јонске течности ( ултразвучна снага, ултразвучна температура, ултразвучно време, концентрација раствора етанола, моларна концентрација јонске течности и однос течности и чврсте материје). Концентрација етанола је одређена на 65%, а моларна концентрација јонске течности 0,3 мол/Л (припремљен са 65% раствором етанола).

На основу овог резултата, четири значајна фактора ( ултразвучна снага, ултразвучна температура, ултразвучно време и однос течности и чврсте материје ) су издвојена коришћењем Плацкетт-Бурман експерименталног дизајна. Процес екстракције је даље оптимизован коришћењем Бок-Бехнкен експерименталног дизајна површине одзива. 

Утврђени су оптимални услови процеса екстракције за значајне факторе ЦБД-а: ултразвучна снага 280 В, ултразвучна температура 50 ℃, време ултразвука 62,5 мин и однос течност-чврста материја 25 мЛ/г. Под горе наведеним условима, стопа екстракције ЦБД јонске течности [Ц8мим]НТФ2 била је 7,66%±0,2%, стопа екстракције ЦБД-а метанола била је 6,42%±0,3%, а стопа екстракције ЦБД-а 65% раствора етанола била је 5,81%±0,2%. 

То јест, капацитет екстракције ЦБД-а је јонска течност [Ц8мим]НТФ2>метанол>65% раствор етанола. Експеримент деградације ЦБД-а показао је да је стопа разградње ЦБД-а јонске течности [Ц8мим]НТФ2 била 16,40%±0,3%, што је било мање од 24,65%±0,6% метанола и 32,88%±0,5% 65% раствора етанола. Резултати су показали да након додавања јонске течности [Ц8мим]НТФ2 у 65% раствор етанола, стопа разградње ЦБД-а може бити смањена и принос ЦБД-а може бити повећан. Ова студија доказује да је јонска течност и заштитни агенс за ЦБД и одличан растварач за екстракцију за ЦБД. Процес ултразвучне екстракције ЦБД-а уз помоћ јонске течности је развијен да обезбеди подршку подацима за развој и коришћење индустријске конопље.