Estrazione assistita da ultrasuoni di acido cannabidiolico dalla biomassa di cannabis

La canapa industriale (Cannabis spp.) produce cannabinoidi acidi in vari tessuti vegetali (fiori, foglie e steli), con la più alta concentrazione che si trova nel fiore¹. L’industria della cannabis utilizza diversi metodi per estrarre questi composti. Uno di questi metodi è l’estrazione con solvente che utilizza un solvente non polare e / o polare, di cui l’etanolo è il più comunemente usato. Tuttavia, l’estrazione con solvente da sola è limitata nella sua capacità; pertanto, le tecniche di estrazione aumentativa, come l’estrazione assistita da microonde (MAE) e l’estrazione assistita da ultrasuoni (Emirati Arabi Uniti), sono progettate per aumentare la resa. Inoltre, il cannabidiolo ad alta concentrazione (CBD) può essere estratto utilizzando le tecnologie dei fluidi supercritici².

L’estrazione è un processo dinamico e diversi fattori influenzano la sua efficienza, vale a dire il contenuto di umidità, la dimensione delle particelle e il solvente³. In particolare, per la tecnica degli Emirati Arabi Uniti, l’efficienza è governata da temperatura, pressione, frequenza e tempo⁴.

L’estrazione assistita da ultrasuoni è il processo in cui le onde ultrasoniche vengono fatte passare attraverso un liquido per agitare le particelle. Durante il processo di agitazione, i materiali vegetali subiscono cavitazione acustica, cicli di compressione ed espansione che formano bolle che collassano in soluzione con conseguente generazione di temperatura e pressione estreme⁵. Le variazioni di pressione e temperatura alterano le proprietà fisiche dei solventi, il che può comportare una maggiore efficacia dell’estrazione⁶. Inoltre, la cavitazione può interrompere le interazioni molecolari che portano alla lisciviazione di composti organici e inorganici dalla matrice vegetale⁷. Il processo coinvolge due tipi principali di fenomeni fisici: (1) diffusione attraverso la parete cellulare e (2) risciacquo del contenuto cellulare dopo aver rotto la parete⁸. Tuttavia, l’uso degli Emirati Arabi Uniti non è privo di insidie; ci sono diversi rapporti che gli Emirati Arabi Uniti possono degradare i composti ^9,10. Inoltre, le temperature generate nei siti di cavitazione sono superiori a quelle necessarie per la decarbossilazione dei cannabinoidi. Tuttavia, Mudge et ^al.11 hanno utilizzato gli Emirati Arabi Uniti e non hanno osservato una grande decarbossilazione di CBD o tetraidrocannabinolo (THC), dimostrando così che gli Emirati Arabi Uniti sono un metodo efficiente e verde per l’estrazione dei cannabinoidi poiché possono essere estratti rapidamente utilizzando bassa energia.

De Vita et ^al.12 hanno esaminato l’uso specifico dei metodi MAE e degli Emirati Arabi Uniti e hanno scoperto che quando si applicano le condizioni ottimali per ciascun metodo, gli Emirati Arabi Uniti estraggono più CBD e THC acidi e neutri presenti nel materiale vegetale. Allo stesso modo, Rožanc et ^al.13 hanno confrontato più metodi di estrazione (Uae, soxhlet, macerazione e liquido supercritico) e hanno esaminato l’attività biologica degli estratti. Rožanc dimostrò che tutti i metodi erano efficaci nell’estrazione dei cannabinoidi; tuttavia il liquido supercritico e gli Emirati Arabi Uniti sono stati più efficaci nell’estrarre l’acido cannabidiolico (CBDA). Inoltre, l’estrazione degli Emirati Arabi Uniti ha avuto la più alta attività biologica quando misurata dal test 2,2-difenil-1-picrilidazyl (DPPH). Lo studio di Rožanc ha anche dimostrato che mentre i processi di estrazione sono efficaci nella produzione di estratti grezzi, rimane una porzione di composti non cannabinoidi che influenzano l’attività biologica degli estratti. Inoltre, questi composti possono complicare l’isolamento e la purificazione dei singoli composti cannabinoidi dagli estratti grezzi¹³.

Le tecniche di estrazione del fluido supercritico (SFE) sono state utilizzate per estrarre cannabinoidi neutri. Diversi studi hanno dimostrato che sfe più un solvente organico, come l’etanolo, ha portato a maggiori efficienze di estrazione di cannabinoidi neutri ^2,3. Quando la pressione è stata aumentata a livelli in grado di estrarre i cannabinoidi acidi, anche il contenuto di non cannabinoidi è aumentato. Pertanto, queste alte pressioni non sono pratiche per la lavorazione industriale poiché la selettività della SFE per i cannabinoidi è diminuita ed è necessaria un’ulteriore post-elaborazione. Di conseguenza, la decarbossilazione deve essere eseguita prima della SFE, che può causare perdite di cannabinoidi fino al 18%². Per aumentare l’efficienza nella SFE, è stato combinato con tecniche come l’estrazione in fase solida per aumentare la purezza dell’estratto finale¹⁴. Tuttavia, nonostante abbia un’elevata purezza come prodotto finale, si ottengono solo cannabinoidi neutri.

Tradizionalmente, nel laboratorio di analisi, i cannabinoidi venivano estratti in una miscela di metanolo 9:1:cloroformio. Tuttavia, Mudge et ^al.11 hanno dimostrato che l’estrazione efficace può essere effettuata con singoli solventi quando si impiegano gli Emirati Arabi Uniti. Lo studio ha dimostrato che l’80% di metanolo era efficace quanto la tradizionale estrazione di metanolo 9: 1: cloroformio, indicando così che solventi più verdi possono essere altrettanto efficaci. Pertanto, gli Emirati Arabi Uniti sono stati esaminati per il loro potenziale utilizzo a causa di diversi vantaggi, tra cui bassi costi di capitale, tempi di estrazione ridotti e minore consumo di energia e volumi di solventi. Tuttavia, nel caso degli Emirati Arabi Uniti, quando vengono utilizzati solventi polari, è possibile estrarre clorofilla e altri non cannabinoidi, il che può causare un problema nel colore⁷. Di conseguenza, per esaminare il potenziale per ottenere cannabinoidi acidi su scala commerciale, gli Emirati Arabi Uniti sono stati impiegati utilizzando la varietà di canapa industriale Cherry Wine. Cherry Wine è un ibrido di C. sativa e C. indica, un incrocio tra le varietà di The Wife e Charlotte’s Cherries. La varietà Cherry Wine è una varietà ad alta produzione di CBDA (dal 15% al 25% di CBD) con bassi livelli di acido tetraidrocannabinolico (THCA). La varietà è una varietà C. indica-dominate che ha da 7 a 9 settimane di fioritura.

Al fine di stabilire il protocollo di estrazione ottimale degli Emirati Arabi Uniti, sono stati adottati due approcci: la tradizionale ottimizzazione un fattore alla volta (OFT) e un approccio Design of Experiment (DoE) utilizzando un Central Composite Design (CCD)¹⁵. Per il DoE, l’estrazione di CBDA / CBD è stata ottimizzata in base al rapporto campione / solvente, al tempo di estrazione e alla concentrazione di solvente come fattori e i dati risultanti sono stati analizzati dalla Response Surface Methodology (RSM). In conclusione, il protocollo descritto delinea il metodo ottimale per estrarre la più alta quantità di CBDA / CBD.