Summary
Ultrasonik yardımlı ekstraksiyon (BAE), çözücülerin ekstraksiyon verimliliğini arttırır ve Esrar spp. biyokütlesine uygulandığında, ekstraksiyon için gereken süreyi azaltır. Bu, bozulma nedeniyle maliyeti ve potansiyel kanabinoid kaybını azaltır. Ek olarak, BAE düşük çözücü kullanımı nedeniyle yeşil bir yöntem olarak kabul edilir.
Abstract
Endüstriyel kenevir (Cannabis spp.), potansiyel tıbbi yararları olan birçok ilgi çekici bileşiğe sahiptir. Bu bileşiklerden, kanabinoidler, özellikle asidik kanabinoidler olmak üzere ilgi odağına gelmiştir. Odak, psikotropik aktivite eksikliği nedeniyle asidik kanabinoidlere yöneliyor. Kenevir bitkileri, düşük düzeyde psikotropik kanabinoid üreten kenevir bitkileri ile asidik kanabinoidler üretir. Bu nedenle, asidik kanabinoid ekstraksiyonu için kenevir kullanımı, kanabinoidler için bir kaynak olarak ekstraksiyondan önce dekarboksilasyon ihtiyacını ortadan kaldıracaktır. Solvent bazlı ekstraksiyonun kullanımı, asidik kanabinoidlerin elde edilmesi için idealdir, çünkü süperkritik CO2 gibi çözücülerdeki çözünürlükleri, çözünürlük sabitlerine ulaşmak için gereken yüksek basınç ve sıcaklık nedeniyle sınırlıdır. Çözünürlüğü artırmak için tasarlanmış alternatif bir yöntem ultrasonik destekli ekstraksiyondur. Bu protokolde, çözücü polaritesinin (asetonitril 0.46, etanol 0.65, metanol 0.76 ve su 1.00) ve konsantrasyonunun (% 20,% 50,% 70,% 90 ve% 100) ultrasonik destekli ekstraksiyon verimliliği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sonuçlar, suyun en az etkili olduğunu ve asetonitrilin incelenen en etkili çözücü olduğunu göstermektedir. Etanol, en düşük toksisiteye sahip olduğu ve genellikle güvenli (GRAS) olarak kabul edildiği için daha fazla incelenmiştir. Şaşırtıcı bir şekilde, sudaki% 50 etanol, kenevirden en yüksek miktarda kanabinoid çıkarmak için en etkili etanol konsantrasyonudur. Kannabidiolik asit konsantrasyonundaki artış,% 100 etanol ile karşılaştırıldığında% 28 ve% 100 asetonitril ile karşılaştırıldığında% 23 idi. Uygulamamız için %50 etanolün en etkili konsantrasyon olduğu belirlenirken, yöntemin alternatif çözücülerle de etkili olduğu gösterilmiştir. Sonuç olarak, önerilen yöntemin asidik kanabinoidlerin ekstraksiyonu için etkili ve hızlı olduğu düşünülmektedir.
Introduction
Endüstriyel kenevir (Cannabis spp.), çeşitli bitki dokularında (çiçekler, yapraklar ve saplar) asidik kanabinoidler üretir ve çiçekte bulunan en yüksek konsantrasyon1'dir. Esrar endüstrisi bu bileşikleri çıkarmak için çeşitli yöntemler kullanır. Böyle bir yöntem, etanolün en yaygın kullanıldığı polar olmayan ve / veya polar bir çözücü kullanan çözücü ekstraksiyonudur. Bununla birlikte, tek başına çözücü ekstraksiyonu kabiliyetinde sınırlıdır; Bu nedenle, mikrodalga destekli ekstraksiyon (MAE) ve ultrasonik destekli ekstraksiyon (BAE) gibi arttırıcı ekstraksiyon teknikleri, verimi artırmak için tasarlanmıştır. Ek olarak, yüksek konsantrasyonlu kanabidiol (CBD), süperkritik sıvı teknolojileri kullanılarak ekstrakte edilebilir2.
Ekstraksiyon dinamik bir işlemdir ve verimliliğini etkileyen çeşitli faktörler, yani nem içeriği, partikül boyutu ve çözücü3. Özellikle, BAE tekniği için verimlilik sıcaklık, basınç, frekans ve zaman4 tarafından yönetilir.
Ultrasonik yardımlı ekstraksiyon, ultrasonik dalgaların parçacıkları çalkalamak için bir sıvıdan geçirildiği işlemdir. Karıştırma işlemi sırasında, bitki materyalleri akustik kavitasyon, sıkıştırma ve genleşme döngüleri yaşar ve bu da çözelti içinde çöken kabarcıklar oluşturarak aşırı sıcaklık ve basınçoluşumuna neden olur 5. Basınç ve sıcaklık değişimleri, çözücülerin fiziksel özelliklerini değiştirir, bu da ekstraksiyonun etkinliğinin artmasına neden olabilir6. Ek olarak, kavitasyon, organik ve inorganik bileşiklerin bitki matrisinden sızmasına yol açan moleküler etkileşimleri bozabilir7. İşlem iki ana fiziksel fenomen türünü içerir: (1) hücre duvarı boyunca difüzyon ve (2) duvarı kırdıktan sonra hücresel içeriğin durulanması8. Bununla birlikte, BAE'nin kullanımı tuzakları olmadan değildir; BAE'nin 9,10 bileşiklerini bozabileceğine dair birkaç rapor var. Ek olarak, kavitasyon bölgelerinde üretilen sıcaklıklar, kanabinoidlerin dekarboksilasyonu için gerekli olanların üzerindedir. Bununla birlikte, Mudge ve ark.11 BAE'yi kullandı ve CBD veya tetrahidrokanabinolün (THC) büyük dekarboksilasyonunu gözlemlemedi, böylece BAE'nin kanabinoidlerin ekstraksiyonu için etkili ve yeşil bir yöntem olduğunu gösterdi.
De Vita ve ark.12 , MAE ve BAE yöntemlerinin kullanımını özel olarak incelemiş ve her yöntem için en uygun koşulları uygularken, BAE'nin bitki materyalinde bulunan asidik ve nötr CBD ve THC'den daha fazlasını çıkardığını bulmuştur. Benzer şekilde, Rožanc ve ark.13 , çoklu ekstraksiyon yöntemlerini (BAE, soxhlet, maserasyon ve süperkritik sıvı) karşılaştırdı ve ekstraktların biyolojik aktivitesini inceledi. Rožanc, tüm yöntemlerin kanabinoidlerin çıkarılmasında etkili olduğunu göstermiştir; Bununla birlikte, süperkritik sıvı ve BAE, kanabidiolik asidin (CBDA) çıkarılmasında en etkili olanıydı. Ek olarak, BAE ekstraksiyonu, 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil (DPPH) testi ile ölçüldüğünde en yüksek biyolojik aktiviteye sahipti. Rožanc'ın çalışması ayrıca, ekstraksiyon işlemlerinin ham ekstraktların üretilmesinde etkili olmasına rağmen, ekstraktların biyolojik aktivitesini etkileyen kanabinoid olmayan bileşiklerin bir kısmının kaldığını göstermiştir. Ek olarak, bu bileşikler, bireysel kanabinoid bileşiklerinin ham ekstraktlardan izolasyonunu ve saflaştırılmasını zorlaştırabilir13.
Nötr kanabinoidleri çıkarmak için süperkritik sıvı ekstraksiyonu (SFE) teknikleri kullanılmıştır. Birkaç çalışma, SFE artı etanol gibi organik bir çözücünün, nötr kanabinoidlerin 2,3 daha yüksek ekstraksiyon verimliliğine neden olduğunu göstermiştir. Basınç, asidik kanabinoidleri ekstrakte edebilen seviyelere yükseltildiğinde, kannabinoid olmayan içerik de artmıştır. Bu nedenle, bu yüksek basınçlar, kannabinoidler için SFE'nin seçiciliği azaldığı ve ek işlem sonrası işlem yapılması gerektiğinden, endüstriyel işleme için pratik değildir. Sonuç olarak, dekarboksilasyon SFE'den önce yapılmalıdır, bu da kanabinoid kayıplarına% 18'e kadar neden olabilir2. SFE'deki verimliliği artırmak için, nihai ekstraktın saflığını arttırmak için katı faz ekstraksiyonu gibi tekniklerle birleştirilmiştir14. Bununla birlikte, nihai ürün olarak yüksek saflığa sahip olmasına rağmen, sadece nötr kanabinoidler elde edilir.
Geleneksel olarak, analitik laboratuvarda, kanabinoidler 9: 1 metanol: kloroform karışımında ekstrakte edildi. Bununla birlikte, Mudge ve ark.11 , BAE kullanırken etkili ekstraksiyonun tek çözücülerle gerçekleştirilebileceğini göstermiştir. Çalışma,% 80 metanolün, geleneksel 9: 1 metanol: kloroform ekstraksiyonu kadar etkili olduğunu ve böylece daha yeşil çözücülerin etkili olabileceğini göstermiştir. Bu nedenle, BAE, düşük sermaye maliyeti, azaltılmış ekstraksiyon süresi ve daha düşük enerji kullanımı ve çözücü hacimleri dahil olmak üzere çeşitli avantajlara sahip olması nedeniyle potansiyel kullanımı açısından incelenmiştir. Bununla birlikte, BAE durumunda, polar çözücüler kullanıldığında, klorofil ve diğer kanabinoid olmayanlar ekstrakte edilebilir, bu da7 renginde bir soruna neden olabilir. Sonuç olarak, asidik kanabinoidleri ticari ölçekte elde etme potansiyelini incelemek için BAE, endüstriyel kenevir çeşidi Cherry Wine kullanılarak kullanılmıştır. Vişne Şarabı, The Wife ve Charlotte's Cherry çeşitleri arasında bir haç olan C. sativa ve C. indica'nın bir melezidir. Vişne Şarabı çeşidi, düşük tetrahidrokanabinolik asit (THCA) seviyelerine sahip yüksek CBDA üreten bir suştur (% 15 ila% 25 CBD). Varietal, 7 ila 9 haftalık çiçeklenmeye sahip bir C. indica baskın suştur.
En uygun BAE ekstraksiyon protokolünü oluşturmak için iki yaklaşım benimsenmiştir: bir seferde geleneksel bir faktör (OFT) optimizasyonu ve Merkezi Kompozit Tasarım (CCD) 15 kullanan bir Deney Tasarımı (DoE) yaklaşımı. DoE için, cbda / cbd ekstraksiyonu, numune / çözücü oranına, ekstraksiyon süresine ve faktör olarak çözücü konsantrasyonuna dayanarak optimize edildi ve elde edilen veriler Yanıt Yüzeyi Metodolojisi (RSM) ile analiz edildi. Sonuç olarak, açıklanan protokol, en yüksek miktarda CBDA / CBD'yi çıkarmak için en uygun yöntemi özetlemektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Bitki materyali hazırlama
- Kiraz Şarabı salkımını, tarlada yetişen, güneyden kuzeye bir konfigürasyonda ekilmiş, merkezde 1 m aralıklarla ve 1,2 m aralıklarla sıralanmış bitkilerden elde edin (yetiştirme Longmont, Colorado, ABD'de bulunur).
- Çiçeklenme 35 ° C'de 48 saat boyunca hava ile kurulayın. 177 μm'lik bir taşlama makinesi kullanarak salkımları öğütün.
- Toz haline getirilmiş malzemeyi No. 80 ağ eleğinden geçirin. Elde edilen tozu gelecekte kullanmak üzere oda sıcaklığında kapalı bir torbada saklayın.
2. Ultrason ekstraksiyonu
- 0.5 g Esrar salkım tozunu 50 mL'lik konik bir tüpe tartın. Kaba 40 mL çözücü (örneğin, deiyonize suda% 50 etanol) ekleyin.
- Ekstraksiyon kabını 40 kHz'de ve oda sıcaklığında ayarlanmış ultrasonik banyoya yerleştirin (sonikasyon gücü 100 W'dir).
- Ultrasonik banyoda 30 dakika boyunca ekstraksiyon gerçekleştirin, banyonun sıcaklığını 25 ° C'den 30 ° C'ye yükseltin.
- Ekstraksiyon sıvısını bir santrifüj tüpüne boşaltın.
- Sıvıyı 15 dakika boyunca 15 °C'de 3.000 x g'de santrifüj yapın. Süpernatantı vakum altında 8 μm'lik bir filtre kağıdından süzün.
3. Yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) kantitatif analizi
- Yedi kanabinoid standardını seyreltin: kanabikromen (CBC), CBD, CBDA, kanabinol (CBN), tetrahidrokanabinolik asit (THCA), Δ8-THC ve Δ9-THC,% 100 metanol içinde 100, 50, 25 ve 12.5 μg / mL çalışma konsantrasyonlarına. 5 kHz'de ayarlanmış ultrasonik bir banyoda 40 dakika boyunca karıştırın ve sonikleştirin ve 100 W sonikasyon gücü
- Standartları 0,45 μm politetrafloroetilen (PTFE) şırınga filtresinden süzün. Numune süpernatantını (adım 2.5'ten itibaren) 0,45 μm PTFE şırınga filtresinden süzün.
- Analiz edilecek numuneyi HPLC otomatik numune alma cihazına 1,5 mL'lik bir şişede koyun ve bir seferde 10 μL yükleyin.
- HPLC'yi Tablo 1'de sağlanan koşullara ve parametrelere göre çalıştırın. Üretilen standart eğriden 50-200 μg / mL'de kanabinoid konsantrasyonları elde edin.
- μg kanabinoid elde etmek için ekstraksiyon işleminde kullanılan çözücünün (40 mL) hacmi ile çarpın. Kannabinoid μg'sini 1000'e bölerek mg kanabinoide dönüştürün.
- mg / g kuru ağırlık elde etmek için ekstraksiyonda kullanılan bitki materyalinin orijinal ağırlığı (0,5 g) ile bölün.
4. Yanıt yüzeyi metodolojisini kullanarak optimizasyon
- Bir veri analiz aracı kullanarak Tablo 4'te gösterildiği gibi 12 faktöriyel nokta ve üç merkez noktası ile 15 deneysel çalışmadan oluşan modeli oluşturun.
- Tepki yüzeyi metodolojisini ve merkezi kompozit tasarımı kullanarak ekstraksiyon parametrelerini, ekstraksiyon süresini (T), çözücü konsantrasyonunu (S) ve numune/solvent oranını (R) optimize edin. T, S ve R değişkenlerinin aralığını sırasıyla 5-30 dakika, %20-%100 ve 60-100 (1:X) olarak ayarlayın.
- Lipofilik ekstraktın toplam verimini ve ekstrakte edilen CBD ve CBDA'nın verimlerini yanıt faktörleri (RF) olarak seçin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Kullanılan çözücüler polarite indeksinin ortasından (0.460 - ACN) polar (1.000 - su) arasında değişmektedir. Tablo 2'den, suyun kannabinoidler için etkili bir ekstraksiyon maddesi yapmadığı görülebilir, ki bu beklenmedik bir durum değildir, çünkü kanabinoidler hidrofobiklikleri nedeniyle suda sınırlı çözünürlüğe sahiptir13. Suyun aksine, diğer çözücüler benzer CBD ve CBDA ekstrakte değerlerine sahipti, en az polar çözücü asetonitril (ACN) iki alkole kıyasla daha yüksek ekstraksiyona sahipti. İstatistiksel olarak daha düşük olsa da, etanol, ACN ve metanol tarafından ekstrakte edilen majör kanabinoid CBDA'da sırasıyla% 93 ve% 99 artış elde edebildi. Ayrıca, etanol ekstraktı, Δ 9-THC'nin öncüsü olan en düşük THCA seviyelerine sahipti. Endüstriyel uygulamalar için bir endişe kaynağı olan psikotropik Δ 9-THC'ye dönüşüm potansiyelini sınırlamak için THCA seviyelerinin azaltılması istenmiştir16. Tüm organik çözücüler genellikle güvenli (GRAS) olarak kabul edilirken, sadece etanolün nihai ürün2'deki miktarıyla ilgili bir sınırlaması yoktur. Etanol ve metanol için elde edilen değerler arasındaki fark, bunlardan herhangi birinin kullanılabileceğini garanti eder, ancak etanolün daha düşük toksisitesi, ticari kullanım için daha iyi bir seçim olmasını sağlar. Benzer şekilde, ACN ekstraktta daha fazla kanabinoid verirken, izin verilen düşük kalıntı ACN seviyeleri, CBDA konsantrasyonunda sadece% 7'lik bir kazanç olduğunda eser miktarları çıkarmak için ek saflaştırma ışığında kullanımını haklı çıkarmamıştır.
Sulu bir etanol çözeltisinin kanabinoid konsantrasyonu üzerindeki etkisinin incelenmesi Tablo 3'te gösterilmiştir. Çözelti konsantrasyonunun ekstraksiyon verimliliğinietkileyebileceği gösterilmiştir 17,18. BAE kullanarak kanabinoidlerin çıkarılması istisna değildir. Maksimum ekstraksiyon% 50 etanol konsantrasyonunda gözlendi. Bu, CBDA'nın ekstraksiyonu için% 39.7'lik bir etanol üzerinde% 100'lük bir artışı temsil eder. Ek olarak,% 50 etanol ayrıca% 20.3 oranında ekstrakte edilen THCA seviyelerini de azaltmıştır.
OFT optimizasyonundan elde edilen sonuçları doğrulamak için, RSM kullanan Duyguların Didaktiği (Tablo 4) Tablo 5'te gösterildiği gibi incelenmiştir. RSM analizi (Şekil 1), 30 dakikalık bir ekstraksiyonu ve 1:100 numune / çözücü oranını doğruladı. RSM analizi, suda ideal bir %53,4 etanol konsantrasyonu ile sonuçlandı. Bu, OFT tarafından elde edilen% 50'yi doğrulamaktadır. DoE ile optimum etanol konsantrasyonunun OFT tarafından% 50'den biraz daha yüksek olduğu bulunurken, hazırlık kolaylığı ve genel CBDA / CBD ekstraksiyonundaki ihmal edilebilir azalma nedeniyle protokolde% 50 etanol kullanılmıştır.
BAE için% 50 etanol kullanılarak elde edilen sonuçlar, Tablo 6'da gösterildiği gibi, maserasyon için% 50 etanol kullanılarak elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır (50 mL'lik bir tüpe 0.5 g Esrar salkım tozu ağırlığında ve kaba% 50 etanol ilave edin). Elde edilen CBDA ekstraksiyon miktarı, BAE örneğinde maserasyon örneğine kıyasla yaklaşık% 55 daha yüksekti. Ek olarak, ekstrakte edilen CBD konsantrasyonunun iki katına çıktığını da not etmek önemlidir.
Şekil 1. Optimizasyon grafiği. Ekstraksiyon süresi, çözücü konsantrasyonu ve Esrarın numune / çözücü oranı için bir tepki yüzeyinin optimizasyon grafiği. Siyah çizgi çizilen y değerini, mavi çizgi maksimum y-değerini gösterir ve sayısal değeri de mavi renkle belirtilir ve kırmızı çizgi, y-değeri maksimum olduğunda x değerini gösterir ve tüm bu parametrelerin sayısal değerleri her grafiğin üst kısmında kırmızı renkle belirtilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 1. HPLC kanabinoid analizi için kullanılan parametreler. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Tablo 2. HPLC (mg / g kuru ağırlık) tarafından analiz edilen% 100 çözücülerden elde edilen ekstraktların bireysel kanabinoidleri. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Tablo 3. Sulu etanolden elde edilen ekstraktların bireysel kanabinoidleri HPLC (mg / g kuru ağırlık) ile analiz edildi. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Tablo 4. CBDA + CBD Esrar ile ilgili deneysel veriler, yanıt yüzeyi yöntemiyle merkezi kompozit tasarıma dayanmaktadır. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Tablo 5. Esrarın ekstraksiyon koşulları için RSM programı tarafından hesaplanan polinom denklemleri. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Tablo 6. Ultrasonik yardımlı ekstraksiyon,% 50 etanol çözücüden ekstraktlarda bireysel kanabinoid miktarının (mg / g) maserasyon ekstraksiyonu (ultrasonik olmadan) ile karşılaştırıldığında. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bir çözücünün polaritesi, bileşiklerin etkili bir şekilde ekstraksiyonunda kritik bir rol oynar. Asidik kanabinoidler doğada hafif polar olduklarından, büyük ölçüde karboksilik asit köstebeği nedeniyle, metanol veya etanol gibi polar bir çözücünün en etkili olacağı varsayılmaktadır. Garrett ve Hunt19, THC kullanarak yaptıkları çalışmada, sulu etanoldeki çözünürlüğün, çözeltideki yüzde etanol ve çözeltinin iyonik mukavemetine dayandığını göstermiştir. Mevcut çalışmada iyonik mukavemet incelenmemiş olsa da,% 50 etanolde ekstraksiyon verimliliğinin artmasında önemli bir rol oynadığı varsayılabilir. Ek olarak, Garrett ve Hunt19 tarafından gösterildiği gibi, pH'ın sulu çözeltilerdeki çözünürlük üzerinde bir etkisi vardır. Metcalf20 ayrıca, sulu bir çözeltideki kannabidiolün pKa'sının, pKa'nın 9.13 ila 9.64 arasında olduğu diğer raporların aksine, 8.0 ila 8.5 arasında olduğunu gösterdikleri pH'ın önemini vurgulamaktadır.
Sulu çözeltilerin kullanımını daha da destekleyen şey, su kullanarak solventsiz ekstraksiyon uygulamasıdır. İşlem, trikomları bitki materyali21'den çıkarmak için Esrarın dinamik maserasyonunu içerir. Trikomlar ve ekstraktan, daha sonra işlenebilecek bir hash ürünü ile sonuçlanmak üzere kurutulabilir. Mevcut çalışmada, BAE'nin kullanımı, trikom içeriğinin serbest bırakılması için araçlar sağlamaktadır. Su yerine sulu bir çözelti kullanmak, asidik kanabinoidlerin daha iyi çözünmesini sağlar. BAE ile ilişkili ek bir fayda, asidik kanabinoidleri orijinal formlarında çıkarma ve tutma yeteneğidir22. Lewis-Bakker ve ark.22 ayrıca BAE'nin CBDA'yı çıkarmada SFE veya soxhlet'ten daha verimli olduğunu göstermiştir.
Brighenti ve ark.23 , dekarboksilasyonlu olmayan kenevirde, oda sıcaklığında etanolün bir ekstraksiyon çözücüsü olarak biraz daha iyi performans gösterdiği çeşitli tekniklerle ekstrakte edilen bireysel kanabinoidlerde anlamlı bir fark olmadığını bulmuşlardır. Sonuç olarak, Brighenti23 çalışması ve mevcut çalışmanın her ikisi de tercih edilen çözücü olarak etanol kullandı. Bu çalışmada etanol seçimi, kullanılması beklenen aşağı akış işleme yöntemleri ile daha da desteklenmiştir. Etanol seçimi, kullanılacak kışlama işlemi ile uyumludur ve flaş veya santrifüj bölme kromatografisi3 gibi yöntemler kullanılarak ekstraktın konsantrasyonuna ve saflaştırılmasına izin verir. Ek olarak, eser miktarda etanol, kullanımı ile ilişkili kabul edilebilir sınırlar nedeniyle endişe verici değildir24.
Solvent konsantrasyonu ekstraksiyon işlemini etkiler ve protokoldeki en önemli faktör olarak belirlenmiştir. Organik bir çözücünün su ile seyreltilmesi, modifiye polariteye ve bazen değiştirilmiş fizikokimyasal özelliklere sahip bir çözücü üretir. Polaritesi 1.00 olan su, sıcaklık arttıkça dielektrik sabitinin azalması ve polarite5'in de azalması bakımından benzersiz özelliklere sahiptir. Ek olarak, sıcaklıktaki bir artış yüzey gerilimini ve viskoziteyi azaltır, böylece matris17'nin penetrasyonunu arttırır. Son olarak, su sıcaklığındaki bir artış, bir ekstraksiyonun analit difüzyonunu ve kütle transfer kinetiğini iyileştirir17. BAE'deki ana kuvvet, sıkıştırma yoluyla ısı üreten ve ses basıncı değişikliklerinden serbest bırakılan ultrasonik dalgalardır. Kabarcıklar içinde yaşanan yüksek sıcaklıklar, Rae25 tarafından görüldüğü gibi alkolün varlığı ile hafifletilir. Kabarcıktaki alkolün varlığı, gaz karışımının ısı kapasitesini arttırır25. Sonuç olarak, bu suyun ekstrakte edilebilirliğini arttırır ve ayrıca mikro kabarcıkların kavitasyonuna neden olur, böylece daha kolay çözücü ekstraksiyonuna izin veren hücresel duvarları bozar.
Literatür, kanabinoidlerin ekstraksiyonu için birden fazla yöntem içerir 4,17,26,27,28. Etanolde maserasyon gibi geleneksel yöntemler (ultrasonikasyon olmadan), kolaylıkları ve süperkritik sıvı21 gibi modern yöntemlerle ilişkili maliyetler nedeniyle hala yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrason destekli ekstraksiyon, verimi artırmak için tasarlanmış modern bir ekstraksiyon tekniği ile geleneksel solvent ekstraksiyon yöntemlerini geliştirme fırsatı sunar. Ultrason destekli ekstraksiyon, yeşil çözücülerin (yani su, etanol, vb.) kullanılmasına, verimin artmasına ve zaman ve maliyetlerin azaltılmasına izin verir. BAE'nin diğer ekstraksiyon tekniklerine ön tedavi olarak kullanımı hala yaygın olarak keşfedilmemiştir. Bununla birlikte, soxhlet ekstraksiyonu28'den önce BAE kullanılarak ham ekstrakt veriminde% 24'lük bir artış elde edildi ve böylece kombine ekstraksiyon yöntemlerinin potansiyelini gösterdi. Şu anda önerilen yöntem, asidik kanabinoidlerin yalnızca BAE'yi kullanan endüstriyel kenevirden ekstraksiyonuna odaklanmaktadır, ancak diğer alternatif ve geleneksel ekstraksiyon yöntemleriyle birlikte daha fazla kullanım potansiyeli, gelecekteki araştırmalar için ilginç yollar sunmaktadır.
Sonuç olarak, bu çalışmadan, çeşitli ekstraksiyon çözücülerinin ve ekstraksiyon çözücü oranlarının kanabinoid ekstraksiyonunu nasıl etkilediği tespit edilmiştir. BAE metodolojisi, endüstride potansiyel uygulama için nihai üründe izin verilen miktarlara dayanarak seçilen çözücüleri incelemek için kullanılmıştır. Bu bulgulara dayanarak, BAE istihdamı, maserasyona kıyasla kanabinoidlerin daha yüksek ekstraksiyonu ile sonuçlandı. Ek olarak, DoE ve RSM kullanılarak,% 53.4 etanolün diğer etanol konsantrasyonlarına kıyasla daha yüksek kannabinoid ekstraksiyonuna sahip olduğu gözlenmiştir. Sonuç olarak, bu bulgular BAE'nin kanabinoid ekstraksiyonunu arttırmanın bir aracı olarak etkili olduğunu ve bu nedenle endüstriyel kapasitede daha fazla incelenmesi gerektiğini göstermektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar rakip çıkarlar olmadığını beyan ederler.
Acknowledgments
Bu araştırma, Colorado Eyalet Üniversitesi-Pueblo'daki Esrar Araştırma Enstitüsü, Kore hükümeti (MSIT) (2021-DD-UP-0379) tarafından finanse edilen Kore İnovasyon Vakfı hibesi ve Chuncheon şehri (Kenevir Ar-Ge ve sanayileşme, 2020-2021) tarafından desteklenmiştir.
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).
