Konopie przemysłowe (Cannabis spp.) wytwarzają kwaśne kannabinoidy w różnych tkankach roślinnych (kwiatach, liściach i łodygach), z najwyższym stężeniem występującym w flower1. Przemysł konopi indyjskich wykorzystuje kilka metod ekstrakcji tych związków. Jedną z takich metod jest ekstrakcja rozpuszczalnikiem, w której wykorzystuje się rozpuszczalnik niepolarny i/lub polarny, z których najczęściej stosuje się etanol. Jednak sama ekstrakcja rozpuszczalnikiem ma ograniczoną zdolność; dlatego techniki ekstrakcji wspomagającej, takie jak ekstrakcja wspomagana mikrofalami (MAE) i ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (ZEA), mają na celu zwiększenie wydajności. Ponadto, kannabidiol o wysokim stężeniu (CBD) może być ekstrahowany przy użyciu technologii płynów nadkrytycznych2.
Ekstrakcja jest procesem dynamicznym, a na jej efektywność wpływa kilka czynników, a mianowicie zawartość wilgoci, wielkość cząstek i rozpuszczalnik3. W szczególności w przypadku techniki ZEA wydajność zależy od temperatury, ciśnienia, częstotliwości i czasu4.
Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami to proces, w którym fale ultradźwiękowe są przepuszczane przez ciecz w celu poruszenia cząstek. Podczas procesu mieszania materiały roślinne doświadczają kawitacji akustycznej, cykli ściskania i rozszerzania, które tworzą pęcherzyki, które zapadają się w roztworze, powodując generowanie ekstremalnej temperatury i ciśnienia5. Zmiany ciśnienia i temperatury zmieniają właściwości fizyczne rozpuszczalników, co może skutkować zwiększoną skutecznością ekstrakcji6. Dodatkowo, kawitacja może zakłócać interakcje molekularne, prowadząc do wypłukiwania związków organicznych i nieorganicznych z roślinnego matrix7. Proces ten obejmuje dwa główne typy zjawisk fizycznych: (1) dyfuzję przez ścianę komórkową oraz (2) płukanie zawartości komórkowej po rozbiciu ściany8. Jednak korzystanie ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich nie jest pozbawione pułapek; istnieje kilka doniesień, że Zjednoczone Emiraty Arabskie mogą degradować związki9,10. Dodatkowo, temperatury generowane w miejscach kawitacji są wyższe od temperatur niezbędnych do dekarboksylacji kannabinoidów. Jednak Mudge i in.11 wykorzystali Zjednoczone Emiraty Arabskie i nie zaobserwowali dużej dekarboksylacji CBD lub tetrahydrokannabinolu (THC), wykazując w ten sposób, że ZEA są wydajną i ekologiczną metodą ekstrakcji kannabinoidów, ponieważ można je szybko wyekstrahować przy użyciu niskiej energii.
De Vita et al.12 zbadali użycie metod MAE i ZEA i stwierdzili, że stosując optymalne warunki dla każdej metody, ZEA wyekstrahowały więcej kwaśnego i neutralnego CBD i THC obecnych w materiale roślinnym. Podobnie, Rožanc i in.13 porównali wiele metod ekstrakcji (Zjednoczone Emiraty Arabskie, soxhlet, maceracja i płyn nadkrytyczny) i zbadali aktywność biologiczną ekstraktów. Rožanc wykazał, że wszystkie metody są skuteczne w ekstrakcji kannabinoidów; jednak płyn nadkrytyczny i Zjednoczone Emiraty Arabskie były najbardziej skuteczne w ekstrakcji kwasu kannabidiolowego (CBDA). Ponadto ekstrakcja ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich miała najwyższą aktywność biologiczną mierzoną za pomocą testu 2,2-difenylo-1-pikrylohydrazylu (DPPH). Badanie Rožanca wykazało również, że chociaż procesy ekstrakcji są skuteczne w produkcji surowych ekstraktów, pozostaje część związków niekannabinoidowych, które wpływają na aktywność biologiczną ekstraktów. Dodatkowo, związki te mogą komplikować izolację i oczyszczanie poszczególnych związków kannabinoidowych z surowych ekstraktów13.
techniki ekstrakcji płynami nadkrytycznymi (SFE) zostały użyte do ekstrakcji neutralnych kannabinoidów. Kilka badań wykazało, że SFE w połączeniu z rozpuszczalnikiem organicznym, takim jak etanol, skutkowały wyższą wydajnością ekstrakcji neutralnych kannabinoidów2,3. Kiedy ciśnienie zostało zwiększone do poziomu zdolnego do ekstrakcji kwaśnych kannabinoidów, zawartość niekannabinoidów również wzrosła. W związku z tym te wysokie ciśnienia nie są praktyczne w przetwórstwie przemysłowym, ponieważ selektywność SFE dla kannabinoidów zmniejszyła się i wymagane jest dodatkowe przetwarzanie końcowe. W związku z tym dekarboksylacja musi być wykonana przed SFE, co może spowodować straty kannabinoidów do 18%2. Aby zwiększyć wydajność w SFE, połączono go z technikami takimi jak ekstrakcja do fazy stałej w celu zwiększenia czystości końcowego ekstraktu14. Jednak pomimo wysokiej czystości jako produktu końcowego, uzyskuje się tylko neutralne kannabinoidy.
Tradycyjnie, w laboratorium analitycznym, kannabinoidy były ekstrahowane w mieszaninie 9:1 metanol:chloroform. Jednak Mudge i in.11 wykazali, że efektywną ekstrakcję można przeprowadzić za pomocą pojedynczych rozpuszczalników w przypadku korzystania ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich. Badanie wykazało, że 80% metanol był tak samo skuteczny jak tradycyjna ekstrakcja metanol:chloroform 9:1, co wskazuje, że bardziej ekologiczne rozpuszczalniki mogą być równie skuteczne. W związku z tym Zjednoczone Emiraty Arabskie zostały zbadane pod kątem potencjalnego zastosowania ze względu na kilka korzyści, w tym niskie koszty kapitałowe, skrócony czas ekstrakcji oraz niższe zużycie energii i mniejsze ilości rozpuszczalników. Jednak w przypadku Zjednoczonych Emiratów Arabskich, gdy używane są rozpuszczalniki polarne, chlorofil i inne niekannabinoidy mogą być ekstrahowane, co może powodować problem w color7. W związku z tym, aby zbadać potencjał otrzymywania kwaśnych kannabinoidów na skalę komercyjną, Zjednoczone Emiraty Arabskie zostały wykorzystane przy użyciu przemysłowej odmiany konopi Cherry Wine. Cherry Wine to hybryda C. sativa i C. indica, krzyżówka odmian The Wife i Charlotte's Cherries. Odmiana Cherry Wine to odmiana o wysokiej zawartości CBDA (od 15% do 25% CBD) i niskim poziomie kwasu tetrahydrokannabinolowego (THCA). Odmiana jest odmianą z dominacją C. indica, która kwitnie od 7 do 9 tygodni.
W celu ustalenia optymalnego protokołu ekstrakcji w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, zastosowano dwa podejścia: tradycyjną optymalizację jednego czynnika na raz (OFT) oraz podejście Design of Experiment (DoE) przy użyciu Central Composite Design (CCD)15. W przypadku DoE ekstrakcja CBDA/CBD została zoptymalizowana w oparciu o stosunek próbki do rozpuszczalnika, czas ekstrakcji i stężenie rozpuszczalnika jako czynniki, a uzyskane dane przeanalizowano za pomocą metodologii powierzchni odpowiedzi (RSM). Podsumowując, opisany protokół przedstawia optymalną metodę ekstrakcji jak największej ilości CBDA/CBD.