Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biochemistry
Click here for the English version

Biochemistry

استخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية من حمض الكانابيديول من الكتلة الحيوية للقنب

Published: May 27, 2022 doi: 10.3791/63076
Automatic Translation
*1, *2, 2, 2, 2, 1,3, 2, 3
1Department of Chemistry, Colorado State University-Pueblo, 2Chuncheon Bioindustry Foundation, 3Institute for Cannabis Research, Colorado State University-Pueblo
* These authors contributed equally

Summary

يزيد الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (الإمارات العربية المتحدة) من كفاءة استخراج المذيبات وعند تطبيقه على الكتلة الحيوية للقنب ، فإنه يقلل من الوقت اللازم للاستخراج. هذا يقلل من التكلفة وفقدان القنب المحتمل بسبب التدهور. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر الإمارات العربية المتحدة طريقة خضراء بسبب انخفاض استخدام المذيبات.

Abstract

يحتوي القنب الصناعي (Cannabis spp.) على العديد من المركبات ذات الأهمية مع الفوائد الطبية المحتملة. من بين هذه المركبات ، أصبح القنب في مركز الاهتمام ، وتحديدا القنب الحمضي. يتحول التركيز نحو القنب الحمضي بسبب افتقارها إلى النشاط العقلي. تنتج نباتات القنب القنب الحمضي مع نباتات القنب التي تنتج مستويات منخفضة من القنب المؤثرات العقلية. على هذا النحو ، فإن استخدام القنب لاستخراج القنب الحمضي من شأنه أن يلغي الحاجة إلى إزالة الكربوكسيل قبل الاستخراج كمصدر للقنب. يعد استخدام الاستخراج القائم على المذيبات مثاليا للحصول على القنب الحمضي لأن قابليته للذوبان في المذيبات مثل CO2 فوق الحرج محدودة بسبب الضغط العالي ودرجة الحرارة المطلوبة للوصول إلى ثوابت الذوبان الخاصة بها. طريقة بديلة مصممة لزيادة الذوبان هي الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية. في هذا البروتوكول ، تم فحص تأثير قطبية المذيبات (الأسيتونيتريل 0.46 ، الإيثانول 0.65 ، الميثانول 0.76 ، والماء 1.00) والتركيز (20٪ ، 50٪ ، 70٪ ، 90٪ ، و 100٪) على كفاءة الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية. وأظهرت النتائج أن الماء كان الأقل فعالية وأن الأسيتونيتريل كان المذيب الأكثر فعالية الذي تم فحصه. تم فحص الإيثانول بشكل أكبر لأنه يحتوي على أدنى سمية ويعتبر عموما آمنا (GRAS). والمثير للدهشة أن 50٪ من الإيثانول في الماء هو تركيز الإيثانول الأكثر فعالية لاستخراج أكبر كمية من القنب من القنب. كانت الزيادة في تركيز حمض الكانابيديوليك 28٪ بالمقارنة مع الإيثانول بنسبة 100٪ ، و 23٪ عند مقارنتها ب 100٪ من الأسيتونيتريل. في حين تم تحديد أن 50٪ من الإيثانول هو التركيز الأكثر فعالية لتطبيقنا ، فقد ثبت أيضا أن الطريقة فعالة مع المذيبات البديلة. وبالتالي ، تعتبر الطريقة المقترحة فعالة وسريعة لاستخراج القنب الحمضي.

Introduction

ينتج القنب الصناعي (Cannabis spp.) القنب الحمضي في الأنسجة النباتية المختلفة (الزهور والأوراق والسيقان) ، مع أعلى تركيز موجود في الزهرة1. تستخدم صناعة القنب عدة طرق لاستخراج هذه المركبات. إحدى هذه الطرق هي استخراج المذيبات التي تستخدم مذيبا غير قطبي و / أو قطبي ، وهو الإيثانول الأكثر استخداما. ومع ذلك ، فإن استخراج المذيبات وحده محدود في قدرته ؛ لذلك ، تم تصميم تقنيات الاستخراج المعزز ، مثل الاستخراج بمساعدة الميكروويف (MAE) والاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (الإمارات العربية المتحدة) ، لزيادة الغلة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخراج الكانابيديول عالي التركيز (CBD) باستخدام تقنيات السوائل فوق الحرجة2.

الاستخراج هو عملية ديناميكية ، وتؤثر عدة عوامل على كفاءتها ، وهي محتوى الرطوبة وحجم الجسيمات والمذيب3. على وجه التحديد ، بالنسبة لتقنية الإمارات العربية المتحدة ، تخضع الكفاءة لدرجة الحرارة والضغط والتردد والوقت4.

الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية هو العملية التي يتم فيها تمرير الموجات فوق الصوتية عبر سائل لتحريك الجسيمات. أثناء عملية الإثارة ، تعاني المواد النباتية من التجويف الصوتي ، ودورات الضغط والتمدد التي تشكل فقاعات تنهار في محلول مما يؤدي إلى توليد درجة حرارة وضغط شديدين5. تغير تغيرات الضغط ودرجة الحرارة الخصائص الفيزيائية للمذيبات ، مما قد يؤدي إلى زيادة فعالية الاستخراج6. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يعطل التجويف التفاعلات الجزيئية مما يؤدي إلى ترشيح المركبات العضوية وغير العضوية من مصفوفة النبات7. تتضمن العملية نوعين رئيسيين من الظواهر الفيزيائية: (1) الانتشار عبر جدار الخلية ، و (2) شطف المحتويات الخلوية بعد كسر الجدار8. ومع ذلك ، فإن استخدام دولة الإمارات العربية المتحدة لا يخلو من المزالق. هناك العديد من التقارير التي تفيد بأن دولة الإمارات العربية المتحدة يمكن أن تتحلل المركبات 9,10. بالإضافة إلى ذلك ، فإن درجات الحرارة المتولدة في مواقع التجويف أعلى من تلك اللازمة لإزالة الكربوكسيل من القنب. ومع ذلك ، استخدم Mudge et al.11 الإمارات العربية المتحدة ولم يلاحظ إزالة الكربوكسيل الكبيرة من CBD أو tetrahydrocannabinol (THC) ، مما يدل على أن الإمارات العربية المتحدة هي طريقة فعالة وخضراء لاستخراج القنب حيث يمكن استخراجها بسرعة باستخدام طاقة منخفضة.

درس De Vita et al.12 استخدام طرق MAE و UAE على وجه التحديد ووجدوا أنه عند تطبيق الظروف المثلى لكل طريقة ، استخرجت الإمارات العربية المتحدة المزيد من CBD و THC الحمضية والمحايدة الموجودة في المواد النباتية. وبالمثل ، قارن Rožanc et al.13 طرقا متعددة للاستخراج (الإمارات العربية المتحدة ، soxhlet ، النقع ، والسوائل فوق الحرجة) وفحص النشاط البيولوجي للمستخلصات. أثبت Rožanc أن جميع الطرق كانت فعالة في استخراج القنب. ومع ذلك ، كان السائل فوق الحرج والإمارات العربية المتحدة أكثر فعالية في استخراج حمض الكانابيديوليك (CBDA). بالإضافة إلى ذلك، كان لاستخراج الإمارات العربية المتحدة أعلى نشاط بيولوجي عند قياسه بواسطة فحص 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH). أظهرت دراسة روزانج أيضا أنه في حين أن عمليات الاستخراج فعالة في إنتاج المستخلصات الخام ، لا يزال هناك جزء من المركبات غير القنب التي تؤثر على النشاط البيولوجي للمستخلصات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لهذه المركبات تعقيد عزل وتنقية مركبات القنب الفردية من المستخلصات الخام13.

تم استخدام تقنيات استخراج السوائل فوق الحرجة (SFE) لاستخراج القنب المحايد. أظهرت العديد من الدراسات أن SFE بالإضافة إلى مذيب عضوي ، مثل الإيثانول ، أدى إلى ارتفاع كفاءة استخراج القنب المحايد 2,3. عندما تم زيادة الضغط إلى مستويات قادرة على استخراج القنب الحمضي ، زاد المحتوى غير القنب أيضا. على هذا النحو ، فإن هذه الضغوط العالية ليست عملية للمعالجة الصناعية حيث انخفضت انتقائية SFE للقنب ويلزم إجراء معالجة إضافية لاحقة. وبالتالي ، يجب أن يتم إزالة الكربوكسيل قبل SFE ، مما قد يؤدي إلى خسائر في القنب تصل إلى 18٪ 2. لزيادة الكفاءة في SFE ، تم دمجه مع تقنيات مثل استخراج الطور الصلب لزيادة نقاء المستخلص النهائي14. ومع ذلك ، على الرغم من وجود نقاء عال كمنتج نهائي ، يتم الحصول على القنب المحايد فقط.

تقليديا ، في المختبر التحليلي ، تم استخراج القنب في خليط من الميثانول 9: 1: الكلوروفورم. ومع ذلك ، أثبت Mudge et al.11 أنه يمكن إجراء الاستخراج الفعال باستخدام مذيبات مفردة عند استخدام الإمارات العربية المتحدة. أظهرت الدراسة أن 80٪ من الميثانول كان فعالا مثل استخراج الميثانول التقليدي 9: 1: الكلوروفورم ، مما يشير إلى أن المذيبات الخضراء يمكن أن تكون فعالة. على هذا النحو ، تم فحص دولة الإمارات العربية المتحدة لاستخدامها المحتمل بسبب وجود العديد من الفوائد ، بما في ذلك انخفاض تكلفة رأس المال ، وتقليل وقت الاستخراج ، وانخفاض استخدام الطاقة وأحجام المذيبات. ومع ذلك ، في حالة الإمارات العربية المتحدة ، عند استخدام المذيبات القطبية ، يمكن استخراج الكلوروفيل وغيره من غير القنب ، مما قد يسبب مشكلة في اللون7. وبالتالي ، لدراسة إمكانية الحصول على القنب الحمضي على نطاق تجاري ، تم توظيف الإمارات العربية المتحدة باستخدام مجموعة القنب الصناعية Cherry Wine. Cherry Wine هو مزيج من C. sativa و C. indica ، وهو تقاطع بين أنواع The Wife و Charlotte's Cherries. صنف نبيذ الكرز هو سلالة عالية من إنتاج CBDA (15٪ إلى 25٪ CBD) مع مستويات منخفضة من حمض رباعي هيدروكانابينوليك (THCA). الصنف هو سلالة تهيمن على C. indica لديها 7 إلى 9 أسابيع من الإزهار.

من أجل وضع بروتوكول الاستخراج الأمثل في دولة الإمارات العربية المتحدة، تم اتباع نهجين: التحسين التقليدي لعامل واحد في كل مرة (OFT) ونهج تصميم التجربة (DoE) باستخدام التصميم المركب المركزي (CCD)15. بالنسبة لوزارة الطاقة ، تم تحسين استخراج CBDA / cbd بناء على نسبة العينة / المذيبات ، ووقت الاستخراج ، وتركيز المذيبات كعوامل ، وتم تحليل البيانات الناتجة بواسطة منهجية سطح الاستجابة (RSM). في الختام ، يحدد البروتوكول الموصوف الطريقة المثلى لاستخراج أكبر كمية من CBDA / CBD.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد المواد النباتية

  1. احصل على نورات نبيذ الكرز من النباتات المزروعة في الحقل ، المزروعة في تكوين من الجنوب إلى الشمال ، مع وجود نباتات على بعد 1 متر في الوسط وصفوف على بعد 1.2 متر (زراعة تقع في لونغمونت ، كولورادو ، الولايات المتحدة الأمريكية).
  2. جفف النورات في الهواء عند 35 درجة مئوية لمدة 48 ساعة. طحن النورات باستخدام آلة طحن تعيين 177 ميكرومتر.
  3. مرر المواد المسحوقة من خلال غربال الشبكة رقم 80. قم بتخزين المسحوق الناتج في كيس مغلق في درجة حرارة الغرفة للاستخدام في المستقبل.

2. استخراج الموجات فوق الصوتية

  1. يزن 0.5 غرام من مسحوق إزهار القنب في أنبوب مخروطي 50 مل. أضف 40 مل من المذيب (على سبيل المثال ، 50٪ من الإيثانول في الماء منزوع الأيونات) إلى الوعاء.
  2. ضع وعاء الاستخراج في الحمام بالموجات فوق الصوتية عند 40 كيلو هرتز وفي درجة حرارة الغرفة (قوة الصوتنة 100 واط).
  3. قم بإجراء الاستخراج في الحمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة ، مما يزيد من درجة حرارة الحمام من 25 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية.
  4. صب سائل الاستخراج في أنبوب جهاز طرد مركزي.
  5. جهاز طرد مركزي للسائل عند 3000 × g عند 15 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. قم بتصفية السوبرناتانت تحت الفراغ من خلال ورق ترشيح 8 ميكرومتر.

3. التحليل الكمي للكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)

  1. تمييع سبعة معايير القنب: القنب (CBC) ، اتفاقية التنوع البيولوجي ، اتفاقية التنوع البيولوجي ، القنب (CBN) ، حمض رباعي هيدروكانابينوليك (THCA) ، Δ 8-THC ، و Δ 9-THC إلى تركيزات تشغيلية من 100 و 50 و 25 و 12.5 ميكروغرام / مل في الميثانول 100٪. مزيج وسونيكات لمدة 5 دقائق في حمام بالموجات فوق الصوتية مجموعة في 40 كيلو هرتز وقوة صوتنة من 100 واط
  2. قم بتصفية المعايير من خلال مرشح حقنة متعدد التترافلورو إيثيلين (PTFE) بسعة 0.45 ميكرومتر. قم بتصفية العينة الفائقة (من الخطوة 2.5) من خلال مرشح حقنة PTFE 0.45 ميكرومتر.
  3. ضع العينة المراد تحليلها في قارورة سعة 1.5 مل في جهاز أخذ العينات التلقائي HPLC وقم بتحميل 10 ميكرولتر في المرة الواحدة.
  4. قم بتشغيل HPLC وفقا للشروط والمعلمات الواردة في الجدول 1. اشتقاق تركيزات القنب في 50-200 ميكروغرام / مل من المنحنى القياسي المتولد.
  5. اضرب مع حجم المذيب (40 مل) المستخدم في عملية الاستخراج للحصول على ميكروغرام من القنب. تحويل ميكروغرام من القنب إلى ملغ من القنب عن طريق قسمته على 1000.
  6. تقسم مع الوزن الأصلي للمادة النباتية (0.5 جم) المستخدمة في الاستخراج للحصول على وزن جاف ملغم / جم.

4. التحسين باستخدام منهجية سطح الاستجابة

  1. إنشاء النموذج، الذي يتكون من 15 عملية تجريبية مع 12 نقطة عاملية وثلاث نقاط مركز كما هو موضح في الجدول 4 باستخدام أداة تحليل البيانات.
  2. تحسين معلمات الاستخراج ووقت الاستخراج (T) وتركيز المذيبات (S) ونسبة العينة / المذيبات (R) باستخدام منهجية سطح الاستجابة والتصميم المركب المركزي. اضبط نطاق المتغيرات T و S و R على أنه 5-30 دقيقة و 20٪ -100٪ و 60-100 (1: X) ، على التوالي.
  3. حدد العائد الإجمالي لمستخلص الدهون وغلة CBD و CBDA المستخرجة كعوامل استجابة (RF).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تتراوح المذيبات المستخدمة من منتصف مؤشر القطبية (0.460 - ACN) إلى القطب (1.000 - الماء). من الجدول 2 ، يمكن ملاحظة أن الماء لم يصنع مستخرج فعالا للقنب ، وهو أمر غير متوقع ، لأن القنب له قابلية محدودة للذوبان في الماء بسبب كرهه للماء13. وعلى النقيض من الماء، كان للمذيبات الأخرى قيم مستخرجة مماثلة من اتفاقية التنوع البيولوجي واتفاقية التنوع البيولوجي، مع أقل المذيبات القطبية الأسيتونيتريل (ACN) التي لديها استخراج أعلى بالمقارنة مع اثنين من الكحول. على الرغم من انخفاضه إحصائيا ، إلا أن الإيثانول كان قادرا على استخراج ما يقرب من 93٪ و 99٪ من الزيادة في CBDA القنب الرئيسي المستخرج بواسطة ACN والميثانول ، على التوالي. علاوة على ذلك ، كان لمستخلص الإيثانول أدنى مستويات THCA ، وهو مقدمة Δ 9-THC. كانت مستويات THCA منخفضة مرغوبة من أجل الحد من إمكانية التحويل إلى المؤثرات العقلية Δ 9-THC ، وهو مصدر قلق للتطبيقات الصناعية16. في حين أن جميع المذيبات العضوية تعتبر عموما آمنة (GRAS) ، فإن الإيثانول فقط ليس له قيود على كميته في المنتج النهائي2. الفرق بين القيم التي تم الحصول عليها للإيثانول والميثانول يبرر أنه يمكن استخدام أي منهما ، ومع ذلك ، فإن انخفاض سمية الإيثانول يجعله خيارا أفضل للاستخدام التجاري. وبالمثل ، في حين أن ACN أنتجت المزيد من القنب في المستخلص ، فإن المستويات المنخفضة من ACN المتبقية المسموح بها لا تبرر استخدامها في ضوء التنقية الإضافية لإزالة الكميات النزرة عندما كان هناك زيادة بنسبة 7٪ فقط في تركيز CBDA.

ويبين الجدول 3 دراسة تأثير محلول الإيثانول المائي على تركيز القنب. وقد تبين أن تركيز المحلول يمكن أن يؤثر على كفاءة الاستخراج17,18. استخراج القنب باستخدام الإمارات العربية المتحدة ليست استثناء. لوحظ الحد الأقصى للاستخراج عند تركيز الإيثانول بنسبة 50٪. وهذا يمثل زيادة بنسبة 39.7٪ على الإيثانول بنسبة 100٪ لاستخراج CBDA. بالإضافة إلى ذلك ، قلل 50٪ من الإيثانول أيضا من مستويات THCA المستخرجة بنسبة 20.3٪.

لتأكيد النتائج من تحسين OFT ، تم فحص وزارة الطاقة (الجدول 4) باستخدام RSM كما هو موضح في الجدول 5. أكد تحليل RSM (الشكل 1) استخراج 30 دقيقة ونسبة عينة إلى مذيب 1:100. أدى تحليل RSM إلى تركيز مثالي بنسبة 53.4٪ من الإيثانول في الماء. هذا يؤكد 50٪ التي حصلت عليها OFT. في حين وجد أن تركيز الإيثانول الأمثل من قبل وزارة الطاقة أعلى قليلا من 50٪ بواسطة OFT ، تم استخدام 50٪ من الإيثانول في البروتوكول بسبب سهولة تحضيره والانخفاض الضئيل في استخراج CBDA / CBD بشكل عام.

تمت مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام 50٪ من الإيثانول لدولة الإمارات العربية المتحدة بالنتائج التي تم الحصول عليها باستخدام 50٪ من الإيثانول للنقع (وزن 0.5 غرام من مسحوق إزهار القنب في أنبوب 50 مل وإضافة 50 مل من الإيثانول 50٪ إلى الوعاء) وحده كما هو موضح في الجدول 6. كانت كمية استخراج CBDA الناتجة أعلى بنحو 55٪ في عينة الإمارات العربية المتحدة مقارنة بعينة النقع. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم ملاحظة أنه كان هناك تضاعف في تركيز اتفاقية التنوع البيولوجي المستخرج أيضا.

Figure 1
الشكل 1. الرسم البياني للتحسين. الرسم البياني الأمثل لسطح الاستجابة لوقت الاستخراج ، وتركيز المذيبات ، ونسبة العينة / المذيبات من القنب. يشير الخط الأسود إلى القيمة y المرسومة ، ويشير الخط الأزرق إلى الحد الأقصى لقيمة y ، ويتم ذكر قيمته العددية أيضا باللون الأزرق ، ويشير الخط الأحمر إلى قيمة x عندما تكون قيمة y هي الحد الأقصى ، ويتم ذكر القيم العددية لجميع هذه المعلمات باللون الأحمر في الجزء العلوي من كل رسم بياني. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1. المعلمات المستخدمة لتحليل القنب HPLC. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 2. القنب الفردي من المستخلصات المشتقة من المذيبات 100 ٪ التي تم تحليلها بواسطة HPLC (ملغ / غرام الوزن الجاف). يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 3. تم تحليل القنب الفردي للمستخلصات المشتقة من الإيثانول المائي بواسطة HPLC (ملغم / غرام من الوزن الجاف). يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 4. بيانات تجريبية عن CBDA + CBD من القنب على أساس التصميم المركب المركزي بطريقة سطح الاستجابة. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 5. معادلات متعددة الحدود محسوبة بواسطة برنامج RSM لظروف استخراج القنب. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 6. استخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية مقارنة مع استخراج النقع (بدون الموجات فوق الصوتية) من كمية القنب الفردية (ملغ / غرام) في مقتطفات من 50 ٪ من مذيب الإيثانول. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تلعب قطبية المذيب دورا حاسما في الاستخراج الفعال للمركبات. نظرا لأن القنب الحمضي ذو طبيعة قطبية قليلا ، ويرجع ذلك في جزء كبير منه إلى moiety حمض الكربوكسيل ، فقد افترض أن المذيب القطبي مثل الميثانول أو الإيثانول سيكون الأكثر فعالية. أظهر غاريت وهانت19 ، في دراستهما باستخدام THC ، أن الذوبان في الإيثانول المائي يعتمد على نسبة الإيثانول في المحلول والقوة الأيونية للمحلول. في حين لم يتم فحص القوة الأيونية في الدراسة الحالية ، يمكن افتراض أنها لعبت دورا مهما في زيادة كفاءة الاستخراج عند 50٪ من الإيثانول. بالإضافة إلى ذلك ، كما هو موضح في Garrett و Hunt19 ، فإن الرقم الهيدروجيني له تأثير على قابلية الذوبان في المحاليل المائية. يؤكد Metcalf20 أيضا على أهمية الرقم الهيدروجيني حيث أظهروا أن pKa من الكانابيديول في محلول مائي كان بين 8.0 و 8.5 على النقيض من التقارير الأخرى عن pKa من 9.13 إلى 9.64.

ومما يدعم استخدام المحاليل المائية ممارسة الاستخراج بدون مذيبات باستخدام الماء. تتضمن العملية النقع الديناميكي للقنب لإزاحة trichomes من المادة النباتية21. يمكن بعد ذلك تجفيف trichomes والمستخرج مما يؤدي إلى منتج تجزئة متاح لمزيد من المعالجة. في الدراسة الحالية ، يوفر استخدام الإمارات العربية المتحدة الوسائل اللازمة لإطلاق محتويات trichomes. استخدام محلول مائي بدلا من الماء يسمح بذوبان أفضل للقنب الحمضي. فائدة إضافية مرتبطة بدولة الإمارات العربية المتحدة هي قدرتها على استخراج القنب الحمضي والاحتفاظ به في شكله الأصلي22. كما أظهر لويس باكر وآخرون.22 أن دولة الإمارات العربية المتحدة كانت أكثر كفاءة في استخراج CBDA من SFE أو soxhlet.

وجد Brighenti et al.23 في القنب غير منزوع الكربوكسيل أنه لم يكن هناك فرق كبير في القنب الفردي المستخرج بواسطة عدة تقنيات مع أداء الإيثانول في درجة حرارة الغرفة بشكل أفضل قليلا كمذيب استخراج. وبالتالي ، استخدمت دراسة Brighenti23 والدراسة الحالية الإيثانول كمذيب مفضل. تم دعم اختيار الإيثانول في هذه الدراسة بشكل أكبر من خلال طرق المعالجة النهائية المتوقعة التي سيتم استخدامها. يتوافق اختيار الإيثانول مع عملية الشتاء التي سيتم استخدامها ويسمح بتركيز المستخلص والتنقية باستخدام طرق مثل كروماتوغرافيا التقسيم بالفلاش أو الطرد المركزي3. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أي كميات ضئيلة من الإيثانول ليست مثيرة للقلق بسبب الحدود المقبولة المرتبطة باستخدامه24.

يؤثر تركيز المذيبات على عملية الاستخراج وتم تحديده ليكون العامل الأكثر أهمية في البروتوكول. ينتج عن تخفيف المذيب العضوي بالماء مذيب ذو قطبية معدلة وأحيانا خصائص فيزيائية كيميائية معدلة. الماء ذو القطبية 1.00 له ميزات فريدة من نوعها في أنه مع زيادة درجة الحرارة ، ينخفض ثابت العزل الكهربائي وكذلك القطبية5. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الزيادة في درجة الحرارة تقلل من التوتر السطحي واللزوجة ، وبالتالي تحسين تغلغل المصفوفة17. وأخيرا، فإن الزيادة في درجة حرارة الماء تحسن الانتشار التحليلي وحركية نقل الكتلة للاستخراج17. القوة الرئيسية في دولة الإمارات العربية المتحدة هي الموجات فوق الصوتية التي تولد الحرارة عن طريق الضغط والتحرر من تغيرات ضغط الصوت. يتم تخفيف درجات الحرارة المرتفعة التي تشهدها الفقاعات من خلال وجود الكحول كما يراه Rae25. وجود الكحول في الفقاعة يزيد من السعة الحرارية للخليط الغازي25. وبالتالي ، فإن هذا يحسن من قابلية استخراج الماء ، ويسبب أيضا تجويف الفقاعات الدقيقة ، وبالتالي تعطيل الجدران الخلوية مما يسمح باستخراج المذيبات بشكل أسهل.

تحتوي الأدبيات على طرق متعددة لاستخراج القنب4،17،26،27،28. لا تزال الطرق التقليدية ، مثل النقع في الإيثانول (بدون الموجات فوق الصوتية) ، تستخدم على نطاق واسع بسبب سهولتها والتكاليف المرتبطة بالطرق الحديثة ، مثل السائل فوق الحرج21. يوفر الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية الفرصة لتعزيز طرق استخراج المذيبات التقليدية باستخدام تقنية استخراج حديثة مصممة لتعزيز الغلة. يسمح الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية باستخدام المذيبات الخضراء (أي الماء والإيثانول وما إلى ذلك) ، وتعزيز الغلة ، وتقليل الوقت والتكاليف. لا يزال استخدام دولة الإمارات العربية المتحدة كمعالجة مسبقة لتقنيات الاستخراج الأخرى غير مستكشف على نطاق واسع. ومع ذلك ، تم الحصول على زيادة بنسبة 24٪ في محصول مستخلص النفط الخام باستخدام الإمارات العربية المتحدة قبل استخراج الساكسليت28 ، مما يدل على إمكانية الجمع بين طرق الاستخراج. تركز الطريقة المقترحة حاليا على استخراج القنب الحمضي من القنب الصناعي باستخدام الإمارات العربية المتحدة وحدها ، ومع ذلك ، فإن إمكانية الاستخدام الإضافي بالاقتران مع طرق الاستخراج البديلة والتقليدية الأخرى توفر مسارات مثيرة للاهتمام للبحث في المستقبل.

بشكل قاطع ، من هذه الدراسة ، ثبت كيف تؤثر مذيبات الاستخراج المختلفة ونسب مذيبات الاستخراج على استخراج القنب. تم استخدام منهجية دولة الإمارات العربية المتحدة لفحص المذيبات المختارة ، بناء على الكميات المسموح بها في المنتج النهائي ، لتطبيقها المحتمل في الصناعة. وبناء على هذه النتائج، أدى التوظيف في الإمارات العربية المتحدة إلى ارتفاع استخراج القنب مقارنة بالنقع. بالإضافة إلى ذلك ، لوحظ باستخدام DoE و RSM أنه تم العثور على 53.4٪ من الإيثانول لاستخراج أعلى من القنب مقارنة بتركيزات الإيثانول الأخرى. وبالتالي ، تشير هذه النتائج إلى أن دولة الإمارات العربية المتحدة فعالة كوسيلة لزيادة استخراج القنب ، وبالتالي يجب دراستها بشكل أكبر في القدرة الصناعية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ويعلن صاحبا البلاغ عدم وجود مصالح متنافسة.

Acknowledgments

تم دعم هذا البحث من قبل معهد أبحاث القنب في جامعة ولاية كولورادو - بويبلو ، ومنحة مؤسسة كوريا للابتكار الممولة من الحكومة الكورية (MSIT) (2021-DD-UP-0379) ، ومدينة Chuncheon (القنب R & D والتصنيع ، 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Azmir, J., et al. Techniques for extraction of bioactive compounds from plant materials: A review. Journal of Food Engineering. 117 (4), 426-436 (2013).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Mason, T. J., Paniwnyk, L., Lorimer, J. P. The uses of ultrasound in food technology. Ultrasonics Sonochemistry. 3 (3), 253-260 (1996).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Mudge, E. M., Murch, S. J., Brown, P. N. Leaner and greener analysis of cannabinoids. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 409 (12), 3153-3163 (2017).
  12. De Vita, D., et al. Comparison of different methods for the extraction of cannabinoids from cannabis. Natural Product Research. 34 (20), 2952-2958 (2020).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Garrett, E. R., Hunt, A. Physiochemical properties, solubility, and protein binding of Δ9-tetrahydrocannabinol. Journal of Pharmaceutical Sciences. 63 (7), 1056-1064 (1974).
  20. Metcalf, D. G. Chemical Abstracts. United States patent. , US10555914 267166 (2020).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. FDA. , Available from: https://www.cfsanappsexternal.fda.gov/scripts/fdcc/?set=SCOGS (2021).
  25. Rae, J., et al. Estimation of ultrasound induced cavitation bubble temperatures in aqueous solutions. Ultrasonics Sonochemistry. 12, 325-329 (2005).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).

Tags

الكيمياء الحيوية ، العدد 183 ،
استخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية من حمض الكانابيديول من الكتلة الحيوية <em>للقنب</em>
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Olejar, K. J., Hong, M., Lee, S. Y., … More

Olejar, K. J., Hong, M., Lee, S. Y., Kwon, T. H., Lee, S. U., Kinney, C. A., Han, J. H., Park, S. H. Ultrasonic-Assisted Extraction of Cannabidiolic Acid from Cannabis Biomass. J. Vis. Exp. (183), e63076, doi:10.3791/63076 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter