Summary
Ultrasoon-geassisteerde extractie (VAE) verhoogt de extractie-efficiëntie van oplosmiddelen en wanneer toegepast op Cannabis spp. biomassa vermindert het de tijd die nodig is voor extractie. Dit verlaagt de kosten en het potentiële verlies van cannabinoïden als gevolg van degradatie. Bovendien wordt de VAE beschouwd als een groene methode vanwege het lage gebruik van oplosmiddelen.
Abstract
Industriële hennep (Cannabis spp.) heeft veel verbindingen van belang met potentiële medische voordelen. Van deze verbindingen zijn cannabinoïden in het middelpunt van de belangstelling komen te staan, met name zure cannabinoïden. De focus ligt op zure cannabinoïden vanwege hun gebrek aan psychotrope activiteit. Cannabisplanten produceren zure cannabinoïden met hennepplanten die lage niveaus van psychotrope cannabinoïden produceren. Als zodanig zou het gebruik van hennep voor zure cannabinoïde-extractie de noodzaak van decarboxylatie voorafgaand aan extractie als bron voor de cannabinoïden elimineren. Het gebruik van extractie op basis van oplosmiddelen is ideaal voor het verkrijgen van zure cannabinoïden, omdat hun oplosbaarheid in oplosmiddelen zoals superkritisch CO2 beperkt is vanwege de hoge druk en temperatuur die nodig zijn om hun oplosbaarheidsconstanten te bereiken. Een alternatieve methode die is ontworpen om de oplosbaarheid te verhogen, is ultrasoon geassisteerde extractie. In dit protocol is de impact van oplosmiddelpolariteit (acetonitril 0,46, ethanol 0,65, methanol 0,76 en water 1,00) en concentratie (20%, 50%, 70%, 90% en 100%) op ultrasoon geassisteerde extractie-efficiëntie onderzocht. De resultaten tonen aan dat water het minst effectief was en acetonitril het meest effectieve onderzochte oplosmiddel. Ethanol werd verder onderzocht omdat het de laagste toxiciteit heeft en over het algemeen als veilig (GRAS) wordt beschouwd. Verrassend genoeg is 50% ethanol in water de meest effectieve ethanolconcentratie voor het extraheren van de hoogste hoeveelheid cannabinoïden uit hennep. De toename van de cannabidiolzuurconcentratie was 28% in vergelijking met 100% ethanol en 23% in vergelijking met 100% acetonitril. Hoewel werd vastgesteld dat 50% ethanol de meest effectieve concentratie is voor onze toepassing, is ook aangetoond dat de methode effectief is met alternatieve oplosmiddelen. Bijgevolg wordt de voorgestelde methode als effectief en snel beschouwd voor het extraheren van zure cannabinoïden.
Introduction
Industriële hennep (Cannabis spp.) produceert zure cannabinoïden in verschillende plantenweefsels (bloemen, bladeren en stengels), met de hoogste concentratie in de bloem1. De cannabisindustrie gebruikt verschillende methoden om deze verbindingen te extraheren. Een dergelijke methode is oplosmiddelextractie waarbij gebruik wordt gemaakt van een apolair en /of polair oplosmiddel, waarvan ethanol het meest wordt gebruikt. Oplosmiddelextractie alleen is echter beperkt in zijn vermogen; daarom zijn augmentatieve extractietechnieken, zoals microgolfondersteunde extractie (MAE) en ultrasoon geassisteerde extractie (VAE), ontworpen om de opbrengst te verhogen. Bovendien kan cannabidiol (CBD) met hoge concentratie worden geëxtraheerd met behulp van superkritische vloeistoftechnologieën2.
Extractie is een dynamisch proces en verschillende factoren beïnvloeden de efficiëntie ervan, namelijk vochtgehalte, deeltjesgrootte en oplosmiddel3. Specifiek voor de VAE-techniek wordt efficiëntie bepaald door temperatuur, druk, frequentie en tijd4.
Ultrasoon-geassisteerde extractie is het proces waarbij ultrasone golven door een vloeistof worden geleid om deeltjes te roeren. Tijdens het roerproces ervaren plantaardige materialen akoestische cavitatie, cycli van compressie en expansie die bellen vormen die in de oplossing instorten, wat resulteert in het genereren van extreme temperatuur en druk5. De druk- en temperatuurveranderingen veranderen de fysische eigenschappen van de oplosmiddelen, wat kan resulteren in een verhoogde effectiviteit van extractie6. Bovendien kan cavitatie moleculaire interacties verstoren die leiden tot organische en anorganische verbindingen die uit de plantenmatrix7 lekken. Het proces omvat twee hoofdtypen fysische verschijnselen: (1) diffusie over de celwand en (2) spoelen van de cellulaire inhoud na het breken van de wand8. Het gebruik van de VAE is echter niet zonder valkuilen; er zijn verschillende rapporten dat de VAE verbindingen 9,10 kan afbreken. Bovendien zijn de temperaturen die op de cavitatieplaatsen worden gegenereerd hoger dan die welke nodig zijn voor decarboxylatie van cannabinoïden. Mudge et al.11 gebruikten echter de VAE en observeerden geen grote decarboxylatie van CBD of tetrahydrocannabinol (THC), waardoor werd aangetoond dat de VAE een efficiënte en groene methode is voor de extractie van cannabinoïden, omdat ze snel kunnen worden geëxtraheerd met behulp van lage energie.
De Vita et al.12 onderzochten specifiek het gebruik van MAE- en VAE-methoden en ontdekten dat bij het toepassen van de optimale omstandigheden voor elke methode, de VAE meer van de zure en neutrale CBD en THC in het plantmateriaal extraheerde. Evenzo vergeleken Rožanc et al.13 meerdere extractiemethoden (VAE, soxhlet, maceratie en superkritische vloeistof) en onderzochten de biologische activiteit van de extracten. Rožanc toonde aan dat alle methoden effectief waren in het extraheren van cannabinoïden; superkritische vloeistof en VAE waren echter het meest effectief in het extraheren van cannabidiolzuur (CBDA). Bovendien had de VAE-extractie de hoogste biologische activiteit wanneer gemeten met de 2,2-difenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) -test. De studie van Rožanc toonde ook aan dat hoewel de extractieprocessen effectief zijn in het produceren van ruwe extracten, er een deel van niet-cannabinoïde verbindingen overblijft die de biologische activiteit van de extracten beïnvloeden. Bovendien kunnen deze verbindingen de isolatie en zuivering van individuele cannabinoïdeverbindingen uit de ruwe extracten13 bemoeilijken.
Superkritische vloeistofextractietechnieken (SFE) zijn gebruikt om neutrale cannabinoïden te extraheren. Verschillende studies toonden aan dat SFE plus een organisch oplosmiddel, zoals ethanol, resulteerde in een hogere extractie-efficiëntie van neutrale cannabinoïden 2,3. Wanneer de druk werd verhoogd tot niveaus die in staat waren om de zure cannabinoïden te extraheren, nam ook het niet-cannabinoïdegehalte toe. Als zodanig zijn deze hoge drukken niet praktisch voor industriële verwerking, omdat de selectiviteit van SFE voor cannabinoïden afneemt en extra nabewerking vereist is. Daarom moet decarboxylatie worden uitgevoerd voorafgaand aan SFE, wat kan resulteren in cannabinoïdeverliezen tot 18%2. Om de efficiëntie in SFE te verhogen, is het gecombineerd met technieken zoals vastefase-extractie om de zuiverheid van het uiteindelijke extract14 te verhogen. Ondanks de hoge zuiverheid als eindproduct worden echter alleen neutrale cannabinoïden verkregen.
Traditioneel werden cannabinoïden in het analytisch laboratorium geëxtraheerd in een 9:1 methanol:chloroform mengsel. Mudge et al.11 toonden echter aan dat effectieve extractie kan worden uitgevoerd met enkele oplosmiddelen bij gebruik van de VAE. De studie toonde aan dat 80% methanol net zo effectief was als de traditionele 9:1 methanol:chloroform extractie, wat aangeeft dat groenere oplosmiddelen net zo effectief kunnen zijn. Als zodanig werd de VAE onderzocht op het potentiële gebruik ervan vanwege verschillende voordelen, waaronder lage kapitaalkosten, kortere extractietijd en lager energieverbruik en oplosmiddelvolumes. In het geval van de VAE kunnen chlorofyl en andere niet-cannabinoïden echter worden geëxtraheerd wanneer polaire oplosmiddelen worden gebruikt, wat een probleem in kleur7 kan veroorzaken. Om het potentieel voor het verkrijgen van zure cannabinoïden op commerciële schaal te onderzoeken, werd de VAE daarom gebruikt met behulp van de industriële hennepvariëteit Cherry Wine. Cherry Wine is een hybride van C. sativa en C. indica, een kruising tussen de variëteiten van The Wife en Charlotte's Cherries. De Cherry Wine-variëteit is een hoge CBDA-producerende soort (15% tot 25% CBD) met lage niveaus van tetrahydrocannabinolzuur (THCA). De variëteit is een C. indica-gedomineerde soort die 7 tot 9 weken bloei heeft.
Om het optimale extractieprotocol van de VAE vast te stellen, werden twee benaderingen gevolgd: de traditionele one factor at a time (OFT) -optimalisatie en een Design of Experiment (DoE) -benadering met behulp van een Central Composite Design (CCD)15. Voor de DoE werd CBDA /CBD-extractie geoptimaliseerd op basis van de verhouding tussen monster en oplosmiddel, extractietijd en oplosmiddelconcentratie als factoren, en de resulterende gegevens werden geanalyseerd door Response Surface Methodology (RSM). Kortom, het beschreven protocol schetst de optimale methode voor het extraheren van de hoogste hoeveelheid CBDA / CBD.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Voorbereiding van plantaardig materiaal
- Verkrijg Cherry Wine bloeiwijzen van planten die in het veld worden gekweekt, geplant in een zuid-naar-noord configuratie, met planten 1 m uit elkaar in het midden en rijen 1,2 m uit elkaar (teelt in Longmont, Colorado, VS).
- Droog de bloeiwijzen aan de lucht bij 35 °C gedurende 48 uur. Maal de bloeiwijzen met behulp van een maalmachine van 177 μm.
- Laat het verpulverde materiaal door de no. 80 gaaszeef gaan. Bewaar het resulterende poeder in een verzegelde zak bij kamertemperatuur voor toekomstig gebruik.
2. Ultrasone extractie
- Weeg 0,5 g van het Cannabis bloeiwijzepoeder in een conische buis van 50 ml. Voeg 40 ml van het oplosmiddel (bijv. 50% ethanol in gedeïoniseerd water) toe aan het vat.
- Plaats het extractievat in het ultrasone bad op 40 kHz en bij kamertemperatuur (ultrasoonapparaatvermogen is 100 W).
- Voer de extractie gedurende 30 minuten uit in het ultrasone bad en verhoog de temperatuur van het bad van 25 ° C tot 30 ° C.
- Decanteer de extractievloeistof in een centrifugebuis.
- Centrifugeer de vloeistof bij 3.000 x g bij 15 °C gedurende 15 minuten. Filtreer het supernatant onder vacuüm door een filterpapier van 8 μm.
3. High-performance vloeistofchromatografie (HPLC) kwantitatieve analyse
- Verdun zeven cannabinoïdestandaarden: cannabichromeen (CBC), CBD, CBDA, cannabinol (CBN), tetrahydrocannabinolzuur (THCA), Δ8-THC en Δ9-THC tot werkconcentraties van 100, 50, 25 en 12,5 μg/ml in 100% methanol. Mix en soniceer gedurende 5 minuten in een ultrasoon bad op 40 kHz en ultrasoonapparaatvermogen van 100 W
- Filter de normen door een spuitfilter van 0,45 μm polytetrafluorethyleen (PTFE). Filtreer het monstersupernatant (vanaf stap 2.5) door een PTFE-spuitfilter van 0,45 μm.
- Plaats het te analyseren monster in een injectieflacon van 1,5 ml in de HPLC-autosampler en laad 10 μL per keer.
- Voer HPLC uit volgens de voorwaarden en parameters in tabel 1. Leid cannabinoïdeconcentraties in 50-200 μg/ml af uit de gegenereerde standaardcurve.
- Vermenigvuldig met het volume van het oplosmiddel (40 ml) dat in het extractieproces wordt gebruikt om μg cannabinoïde te verkrijgen. Zet de μg cannabinoïde om in mg cannabinoïde door deze te delen door 1000.
- Verdeel met het oorspronkelijke gewicht van het plantaardige materiaal (0,5 g) dat bij de extractie is gebruikt om mg/g drooggewicht te verkrijgen.
4. Optimalisatie met behulp van responsoppervlakmethodologie
- Stel het model vast, bestaande uit 15 experimentele runs met 12 factoriële punten en drie middelpunten zoals weergegeven in tabel 4 met behulp van een data-analysetool.
- Optimaliseer de extractieparameters, extractietijd (T), oplosmiddelconcentratie (S) en monster/oplosmiddelverhouding (R) met behulp van responsoppervlakmethodologie en centraal composietontwerp. Stel het bereik van de variabelen T, S en R in op respectievelijk 5-30 min, 20%-100% en 60-100 (1:X).
- Selecteer de totale opbrengst van lipofiel extract en de opbrengsten van geëxtraheerde CBD en CBDA als responsfactoren (RF).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De gebruikte oplosmiddelen variëren van het midden van de polariteitsindex (0,460 - ACN) tot polair (1,000 - water). Uit tabel 2 kan worden gezien dat water geen effectieve extractiestof voor cannabinoïden was, wat niet onverwacht is, omdat cannabinoïden een beperkte oplosbaarheid in water hebben vanwege hun hydrofobiciteit13. In tegenstelling tot water hadden de andere oplosmiddelen vergelijkbare geëxtraheerde waarden van CBD en CBDA, waarbij het minst polaire oplosmiddelacetonitril (ACN) een hogere extractie had in vergelijking met de twee alcoholen. Hoewel statistisch lager, was ethanol in staat om bijna 93% en 99% toename te extraheren in de belangrijkste cannabinoïde CBDA geëxtraheerd door respectievelijk ACN en methanol. Bovendien had het ethanolextract de laagste niveaus van THCA, de voorloper van Δ9-THC. Verlaagde THCA-niveaus werden gewenst om het potentieel voor omzetting naar het psychotrope Δ9-THC te beperken, een zorg voor industriële toepassingen16. Hoewel alle organische oplosmiddelen over het algemeen als veilig (GRAS) worden beschouwd, heeft alleen ethanol geen beperking tot de hoeveelheid in het eindproduct2. Het verschil tussen de verkregen waarden voor ethanol en methanol zou rechtvaardigen dat een van beide kan worden gebruikt, maar de lagere toxiciteit van ethanol maakt het een betere keuze voor commercieel gebruik. Hoewel ACN meer cannabinoïden in het extract opleverde, rechtvaardigden de lage niveaus van resterende ACN het gebruik ervan niet in het licht van de extra zuivering om sporenhoeveelheden te verwijderen wanneer er slechts een winst van 7% in CBDA-concentratie was.
Onderzoek naar de impact van een waterige ethanoloplossing op de cannabinoïdeconcentratie is weergegeven in tabel 3. Het is aangetoond dat de oplossingsconcentratie de extractie-efficiëntie kan beïnvloeden17,18. De extractie van cannabinoïden met behulp van de VAE is geen uitzondering. Maximale extractie werd waargenomen bij de 50% ethanolconcentratie. Dit betekent een toename van 39,7% ten opzichte van 100% ethanol voor de extractie van CBDA. Bovendien verminderde 50% ethanol ook de niveaus van THCA geëxtraheerd met 20,3%.
Om de resultaten van OFT-optimalisatie te bevestigen, werd DoE (tabel 4) met RSM onderzocht zoals weergegeven in tabel 5. RSM-analyse (figuur 1) bevestigde een extractie van 30 minuten en een verhouding van 1:100 monster tot oplosmiddel. De RSM-analyse resulteerde in een ideale concentratie van 53,4% ethanol in water. Dit bevestigt de 50% verkregen door het OFT. Hoewel de optimale ethanolconcentratie door DoE iets hoger bleek te zijn dan de 50% door OFT, werd 50% ethanol gebruikt in het protocol vanwege het gemak van bereiding en de verwaarloosbare afname van de algehele CBDA / CBD-extractie.
Resultaten verkregen met 50% ethanol voor de VAE werden vergeleken met resultaten verkregen met 50% ethanol voor maceratie (weeg 0,5 g van het Cannabis bloeiwijzepoeder in een buis van 50 ml en voeg 50 ml 50 ml ethanol toe aan het vat) alleen zoals weergegeven in tabel 6. De resulterende hoeveelheid CBDA-extractie was ongeveer 55% hoger in het VAE-monster in vergelijking met het maceratiemonster. Bovendien is het belangrijk op te merken dat er ook een verdubbeling van de CBD-concentratie was.
Figuur 1. Optimalisatie grafiek. Optimalisatiegrafiek van een responsoppervlak voor extractietijd, oplosmiddelconcentratie en monster/oplosmiddelverhouding van cannabis. De zwarte lijn geeft de uitgezette y-waarde aan, de blauwe lijn geeft de maximale y-waarde aan en de numerieke waarde wordt ook in blauw vermeld, en de rode lijn geeft de x-waarde aan wanneer de y-waarde het maximum is, en de numerieke waarden voor al deze parameters worden in rood vermeld bovenaan elke grafiek. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Tabel 1. Parameters die worden gebruikt voor HPLC-cannabinoïde-analyse. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 2. Individuele cannabinoïden van extracten afgeleid van 100% oplosmiddelen geanalyseerd door HPLC (mg/g drooggewicht). Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 3. Individuele cannabinoïden van extracten afgeleid van waterige ethanol werden geanalyseerd met HPLC (mg/g drooggewicht). Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 4. Experimentele gegevens over CBDA + CBD van cannabis op basis van centraal composietontwerp per responsoppervlakmethode. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 5. Polynomiale vergelijkingen berekend door rsm programma voor extractiecondities van cannabis. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 6. Ultrasoon-geassisteerde extractie vergeleken met maceratie-extractie (zonder ultrasoon) van individuele cannabinoïde hoeveelheid (mg / g) in extracten van 50% ethanol oplosmiddel. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De polariteit van een oplosmiddel speelt een cruciale rol bij de effectieve extractie van verbindingen. Omdat zure cannabinoïden licht polair van aard zijn, grotendeels te wijten aan het carbonzuurgedeelte, werd aangenomen dat een polair oplosmiddel zoals methanol of ethanol het meest effectief zou zijn. Garrett en Hunt19 toonden in hun studie met THC aan dat de oplosbaarheid in waterige ethanol gebaseerd was op procent ethanol in de oplossing en ionische sterkte van de oplossing. Hoewel ionische sterkte niet werd onderzocht in de huidige studie, kan worden aangenomen dat het een belangrijke rol speelde in de verhoogde extractie-efficiëntie bij 50% ethanol. Bovendien, zoals aangetoond door Garrett en Hunt19, heeft pH een impact op de oplosbaarheid in waterige oplossingen. Metcalf20 benadrukt ook het belang van pH, waar ze aantoonden dat de pKa van cannabidiol in een waterige oplossing tussen 8,0 en 8,5 lag in tegenstelling tot andere meldingen van de pKa van 9,13 tot 9,64.
Verdere ondersteuning van het gebruik van waterige oplossingen is de praktijk van oplosmiddelloze extractie met behulp van water. Het proces omvat de dynamische maceratie van de cannabis om de trichomen uit het plantmateriaal te verwijderen21. De trichomen en het extract kunnen vervolgens worden gedroogd om te resulteren in een hasjproduct dat beschikbaar is voor verdere verwerking. In de huidige studie biedt het gebruik van de VAE de middelen voor het vrijkomen van de trichomeninhoud. Het gebruik van een waterige oplossing in plaats van water zorgt voor een betere oplosbaarheid van de zure cannabinoïden. Een bijkomend voordeel van de VAE is het vermogen om de zure cannabinoïden in hun oorspronkelijke vorm te extraheren en te behouden22. Lewis-Bakker et al.22 toonden ook aan dat de VAE efficiënter was in het extraheren van CBDA dan SFE of soxhlet.
Brighenti et al.23 vonden in niet-gedecarboxyleerde hennep dat er geen significant verschil was in individuele cannabinoïden geëxtraheerd door verschillende technieken waarbij ethanol op kamertemperatuur iets beter presteerde als extractieoplosmiddel. Bijgevolg gebruikten de Brighenti23-studie en de huidige studie beide ethanol als het oplosmiddel van keuze. De keuze voor ethanol in deze studie werd verder ondersteund door de verwachte downstream verwerkingsmethoden die zouden worden gebruikt. De selectie van ethanol is compatibel met het te gebruiken winterisatieproces en maakt de concentratie van het extract en de zuivering mogelijk met behulp van methoden zoals flash- of centrifugale partitiechromatografie3. Bovendien zijn sporenhoeveelheden ethanol niet zorgwekkend vanwege de aanvaardbare limieten die aan het gebruik ervan zijn gekoppeld24.
De oplosmiddelconcentratie beïnvloedt het extractieproces en werd bepaald als de belangrijkste factor in het protocol. Verdunning van een organisch oplosmiddel met water produceert een oplosmiddel met een gemodificeerde polariteit en soms gewijzigde fysisch-chemische eigenschappen. Water met een polariteit van 1,00 heeft unieke kenmerken in die zin dat naarmate de temperatuur stijgt, de diëlektrische constante afneemt en dat geldt ook voor de polariteit5. Bovendien vermindert een temperatuurstijging de oppervlaktespanning en viscositeit, waardoor de penetratie van de matrix17 wordt verbeterd. Ten slotte verbetert een toename van de watertemperatuur de analytdiffusie en massaoverdrachtkinetiek van een extractie17. De belangrijkste kracht in de VAE zijn ultrasone golven die warmte genereren via compressie en vrijkomen van geluidsdrukveranderingen. De hoge temperaturen in de bubbels worden verzacht door de aanwezigheid van alcohol zoals gezien door Rae25. De aanwezigheid van alcohol in de bel verhoogt de warmtecapaciteit van het gasvormige mengsel25. Bijgevolg verbetert dit de extraheerbaarheid van water en veroorzaakt het ook cavitatie van microbellen, waardoor de celwanden worden verstoord, waardoor oplosmiddelextractie gemakkelijker wordt.
De literatuur bevat meerdere methoden voor de extractie van cannabinoïden 4,17,26,27,28. Conventionele methoden, zoals maceratie in ethanol (zonder ultrasone trillingen), worden nog steeds op grote schaal gebruikt vanwege hun gemak en de kosten die gepaard gaan met moderne methoden, zoals superkritische vloeistof21. Ultrasoon geassisteerde extractie biedt de mogelijkheid om conventionele oplosmiddelextractiemethoden te verbeteren met een moderne extractietechniek die is ontworpen om de opbrengst te verbeteren. Ultrasone extractie maakt het gebruik van groene oplosmiddelen (d.w.z. water, ethanol, enz.), Verbeterde opbrengsten en verminderde tijd en kosten mogelijk. Het gebruik van de VAE als voorbehandeling voor andere extractietechnieken is nog steeds op grote schaal onontgonnen. Een toename van 24% in de opbrengst van een ruw extract werd echter verkregen met behulp van de VAE vóór soxhlet-extractie28, waardoor het potentieel voor gecombineerde extractiemethoden werd aangetoond. De momenteel voorgestelde methode richt zich op de extractie van zure cannabinoïden uit industriële hennep met alleen de VAE, maar het potentieel voor verder gebruik in combinatie met andere alternatieve en conventionele extractiemethoden biedt interessante paden voor toekomstig onderzoek.
Concluderend werd uit deze studie vastgesteld hoe verschillende extractiemiddelen en extractiemiddelverhoudingen de cannabinoïde-extractie beïnvloeden. De methodologie van de VAE werd gebruikt om geselecteerde oplosmiddelen, op basis van toegestane hoeveelheden in het eindproduct, te onderzoeken op mogelijke toepassing in de industrie. Op basis van deze bevindingen resulteerde de werkgelegenheid in de VAE in een hogere extractie van cannabinoïden in vergelijking met maceratie. Bovendien werd waargenomen met behulp van DoE en RSM dat 53,4% ethanol een hogere extractie van cannabinoïden bleek te hebben in vergelijking met andere ethanolconcentraties. Bijgevolg suggereren deze bevindingen dat de VAE effectief is als een middel om de cannabinoïde-extractie te verhogen en daarom verder moet worden onderzocht op industriële capaciteit.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren geen tegenstrijdige belangen te hebben.
Acknowledgments
Dit onderzoek werd ondersteund door het Institute of Cannabis Research aan de Colorado State University-Pueblo, de Korea Innovation Foundation-subsidie gefinancierd door de Koreaanse overheid (MSIT) (2021-DD-UP-0379) en Chuncheon city (Hemp R & D and industrialization, 2020-2021).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetonitrile | J.K.Baker | 9017-88 | solvent |
| Cannabichromene | Cerilliant | C-143 | Cannabinoids standard |
| Cannabidiol | Cerilliant | C-045 | Cannabinoids standard |
| Cannabidiolic acid | Cerilliant | C-144 | Cannabinoids standard |
| Cannabidivarin | Cerilliant | C-140 | Cannabinoids standard |
| Cannabigerol | Cerilliant | C-141 | Cannabinoids standard |
| Cannabinol | Cerilliant | C-046 | Cannabinoids standard |
| Centrifuge | Hanil Scientific Inc | Supra 22K | Centrifuge |
| Cherry Wine hemp | CFH, Ltd. | - | Flower extraction material |
| Distilled water | TEDIA | WS2211-001 | solvent |
| Ethanol | TEDIA | ES1431-001 | solvent |
| Filter paper | Whatman | #2 | Filtering |
| Grinder | Daesung Artlon | DA280-S | Milling |
| HPLC | Shimadzu | LC-10 system | Analysis of Cannabinoid |
| Methanol | TEDIA | MS1922-001 | solvent |
| Minitab 16.2.0 | Minitab Inc. | ||
| Syringe filters | Whatman | 6779-1304 | Filtering |
| Tetrahydrocannabivarin | Cerilliant | T-094 | Cannabinoids standard |
| Trifluoroacetic acid | Sigma-aldrich | 302031-1L | HPLC flow solvent |
| Untrasonic bath | Jinwoo | 4020P | Ultrasonic extraction |
| Zorbax Eclipse plus C18 HPLC column | Agilent | 9599990-902 | HPLC column |
| Δ8 - Tetrahydrocannabinol | Cerilliant | T-032 | Cannabinoids standard |
| Δ9 - Tetrahydrocannabinol | Cerilliant | T-005 | Cannabinoids standard |
| Δ9 - Tetrahydrocannabinolic acid | Cerilliant | T-093 | Cannabinoids standard |
References
- Hemphill, J. K., Turner, J. C., Mahlberg, P. G. Cannabinoid content of individual plant organs from different geographical strains of Cannabis sativa L. Journal of Natural Products. 43 (1), 112-122 (1980).
- Baldino, L., Scognamiglio, M., Reverchon, E. Supercritical fluid technologies applied to the extraction of compounds of industrial interest from Cannabis sativa L. and to their pharmaceutical formulations: A review. Journal of Supercritical Fluids. 165, 104960 (2020).
- Daniel, R. G., et al. Supercritical extraction strategies using CO2 and ethanol to obtain cannabinoid compounds from cannabis hybrid flowers. Journal of CO2 Utilization. 30, 241-248 (2019).
- Azmir, J., et al. Techniques for extraction of bioactive compounds from plant materials: A review. Journal of Food Engineering. 117 (4), 426-436 (2013).
- Ohl, C. D., Kurz, T., Geisler, R., Lindau, O., Lauterborn, W. Bubble dynamics, shock waves and sonoluminescence. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 357 (1751), 269-294 (1999).
- Castro-Puyana, M., Marina, M. L., Plaza, M. Water as green extraction solvent: Principles and reasons for its use. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. 5, 31-36 (2017).
- Herrera, M. C., De Castro, M. L. Ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from strawberries prior to liquid chromatographic separation and photodiode array ultraviolet detection. Journal of Chromatography A. 1100 (1), 1-7 (2005).
- Mason, T. J., Paniwnyk, L., Lorimer, J. P. The uses of ultrasound in food technology. Ultrasonics Sonochemistry. 3 (3), 253-260 (1996).
- Soares, V. P., et al. Ultrasound assisted maceration for improving the aromatization of extra-virgin olive oil with rosemary and basil. Food Research International. 135, 109305 (2020).
- Kshitiz, K., et al. Ultrasound assisted extraction (UAE) of bioactive compounds from fruit and vegetable processing by-products: A review. Ultrasinics Sonochemistry. 70, 105325 (2017).
- Mudge, E. M., Murch, S. J., Brown, P. N. Leaner and greener analysis of cannabinoids. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 409 (12), 3153-3163 (2017).
- De Vita, D., et al. Comparison of different methods for the extraction of cannabinoids from cannabis. Natural Product Research. 34 (20), 2952-2958 (2020).
- Rožanc, J., et al. Different Cannabis sativa extraction methods result in different biological activities against a colon cancer cell line and healthy colon cells. Plants. 10 (3), 566 (2021).
- Karğili, U., Aytaç, E. Supercritical fluid extraction of cannabinoids (THC and CBD) from four different strains of cannabis grown in different regions. The Journal of Supercritical Fluids. 179, 105410 (2022).
- Sushma, C., et al. Optimization of ultrasound-assisted extraction (UAE) process for the recovery of bioactive compounds from bitter gourd using response surface methodology (RSM). Food and Bioproducts Processing. 120, 120-122 (2022).
- David, J. P., et al. Potency of Δ9-THC and Other Cannabinoids in Cannabis in England in 2005: Implications for Psychoactivity and Pharmacology. Journal of Forensic Sciences. 11, 129 (2008).
- Agarwal, C., Máthé, K., Hofmann, T., Csóka, L. Ultrasound-assisted extraction of cannabinoids from Cannabis Sativa L. optimized by response surface methodology. Journal of Food Science. 83 (3), 700-710 (2018).
- Oroian, M., Ursachi, F., Dranca, F. Influence of ultrasonic amplitude, temperature, time and solvent concentration on bioactive compounds extraction from propolis. Ultrasonics Sonochemistry. 64 (2020), 105021 (2020).
- Garrett, E. R., Hunt, A. Physiochemical properties, solubility, and protein binding of Δ9-tetrahydrocannabinol. Journal of Pharmaceutical Sciences. 63 (7), 1056-1064 (1974).
- Metcalf, D. G. Chemical Abstracts. United States patent. , US10555914 267166 (2020).
- Lazarjani, M. P., Young, O., Kebede, L., et al. Processing and extraction methods of medicinal cannabis: a narrative review. Journal of Cannabis Research. 3 (1), 1-15 (2021).
- Lewis-Bakker, M. M., Yang, Y., Vyawahare, R., Kotra, L. P. Extractions of medical cannabis cultivars and the role of decarboxylation in optimal receptor responses. Cannabis and Cannabinoid Research. 4 (3), 183-194 (2019).
- Brighenti, V., Pellati, F., Steinbach, M., Maran, D., Benvenuti, S. Development of a new extraction technique and HPLC method for the analysis of non-psychoactive cannabinoids in fibre-type Cannabis sativa L.(hemp). Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 143, 228-236 (2017).
- FDA. , Available from: https://www.cfsanappsexternal.fda.gov/scripts/fdcc/?set=SCOGS (2021).
- Rae, J., et al. Estimation of ultrasound induced cavitation bubble temperatures in aqueous solutions. Ultrasonics Sonochemistry. 12, 325-329 (2005).
- Moreno, T., Montanes, F., Tallon, S. J., Fenton, T., King, J. W. Extraction of cannabinoids from hemp (Cannabis sativa L.) using high pressure solvents: An overview of different processing options. Journal of Supercritical Fluids. 161, 104850 (2020).
- Zhang, Q. W., Lin, L. G., Ye, W. C. Techniques for extraction and isolation of natural products: a comprehensive review. Chinese Medicine. 13 (20), 1-26 (2018).
- Fathordoobady, F., Singh, A., Kitts, D. D., Singh, A. P. Hemp (Cannabis sativa L.) extract: Anti-microbial properties, methods of extraction, and potential oral delivery. Food Reviews International. 35 (7), 664-684 (2019).
