استخلاص الكانابيديول (CBD) من القنب بكفاءة عالية

حقائق جديرة بالمعرفة

مزايا الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

يعتمد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على مبدأ التجويف الصوتي. ويحدث التجويف نتيجة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء في السائل، ويتميز بتأثيرات ميكانيكية كثيفة الطاقة تحدث في مناطق تُسمى البؤر الساخنة.

الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية – تأثيرات التجويف

عندما تُقرَن موجات فوق صوتية عالية القدرة بسائل (مثل معلق يتكون من مادة نباتية في مذيب)، تنتقل الموجات فوق الصوتية عبر السائل، مسببة دورات متناوبة من الضغط المرتفع / الضغط المنخفض. وأثناء دورات الضغط المنخفض، تتكون فقاعات فراغية دقيقة (تُسمى فقاعات التجويف)، تنمو على مدى عدة دورات ضغط. وعند بلوغ حجم معين، حين تعجز الفقاعات عن امتصاص مزيد من الطاقة، تنهار بعنف إلى الداخل أثناء دورة ضغط مرتفع. ويتميز انهيار الفقاعات بقوى تجويف شديدة، تشمل اضطرابات دقيقة وتيارات سائلة بسرعات تصل إلى 100m/s. وتُعرف تأثيرات القص الناتجة عن التجويف هذه أيضًا باسم التأثيرات الصوتية الميكانيكية. وينتج استخلاص الجزيئات النشطة حيويًا بالموجات فوق الصوتية أساسًا عن التأثيرات الصوتية الميكانيكية:
تؤدي الظروف الاستثنائية للتجويف فوق الصوتي إلى ثقب جدران الخلايا وأغشيتها و/أو تفكيكها، وتتيح نفاذ المذيب إلى العينة بدرجة أكبر. ولذلك، يحقق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عزلًا سريعًا جدًا للمركبات – متفوقًا على طرق الاستخلاص التقليدية بزمن معالجة أقصر ومردود أعلى ودرجات حرارة أقل. وبوصفه معالجة ميكانيكية (صوتية) لطيفة، يمنع الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التحلل الحراري للمركبات النشطة حيويًا، ويتفوق على تقنيات أخرى، مثل الاستخلاص التقليدي بالمذيبات، والتقطير المائي، والاستخلاص بطريقة سوكسليت، المعروفة بتدمير الجزيئات الحساسة للحرارة. وتجعل هذه المزايا الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التقنية المفضلة لتحرير المركبات الفعالة الحساسة لدرجة الحرارة من المواد النباتية.
ولذلك، يُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التقنية المفضلة لاستخلاص الجزيئات النشطة حيويًا، مثل البوليفينولات والتربينات والزيوت العطرية والكانابينويدات، من المواد النباتية.

تؤدي الظروف الاستثنائية للتجويف فوق الصوتي إلى ثقب جدران الخلايا وأغشيتها و/أو تفكيكها، وتتيح نفاذ المذيب إلى العينة بدرجة أكبر. ولذلك، يحقق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عزلًا سريعًا جدًا للمركبات – متفوقًا على طرق الاستخلاص التقليدية بزمن معالجة أقصر ومردود أعلى ودرجات حرارة أقل. وبوصفه معالجة ميكانيكية لطيفة، يمنع الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التحلل الحراري للمركبات النشطة حيويًا، ويتفوق على تقنيات أخرى، مثل الاستخلاص التقليدي بالمذيبات، والتقطير المائي، والاستخلاص بطريقة سوكسليت، المعروفة بتدمير الجزيئات الحساسة للحرارة. وتجعل هذه المزايا الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التقنية المفضلة لتحرير المركبات الفعالة الحساسة لدرجة الحرارة من المواد النباتية.

الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من الخلايا النباتية: يوضح المقطع العرضي المجهري (TS) آلية التأثير أثناء الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من الخلايا (تكبير 2000x) [المصدر: Vilkhu et al. 2011]

الكانابينويدات

الكانابينويدات مركبات توجد طبيعيًا في نبات Cannabis sativa. ويوجد في نبات القنب أكثر من 480 مركبًا مختلفًا. والقنب (المعروف أيضًا باسم الماريجوانا) عشبة طبية بالغة الفاعلية. ومن بين المجموعة الواسعة من المركبات الفعالة علاجيًا، يُطلق على 85 مركبًا كيميائيًا نباتيًا اسم الكانابينويدات (وقد تُكتشف مركبات أخرى). ويُعد CBD وTHC (رباعي هيدروكانابينول / Δ9-THC) أبرز الكانابينويدات. وأهم سمة مميزة بينهما هي أن CBD لا يؤثر في الحالة النفسية، بينما يُظهر THC تأثيرات نفسية.
تُستهلك الكانابينويدات لأغراض ترفيهية وطبية.
بيانات الحرائك الدوائية لـ CBD:
التوافر الحيوي – عن طريق الفم: 13–19%، عن طريق الاستنشاق: 11–45% (المتوسط 31%)
العمر النصفي للإطراح: 9 ساعات
في الولايات المتحدة الأمريكية، تُعد منتجات CBD التي تحتوي على أقل من .03% من THC، والمستخلصة من بذور القنب الصناعي أو سيقانه، قانونية على المستوى الفيدرالي، ويمكن شراؤها قانونيًا في جميع الولايات، بصرف النظر عن قوانين الماريجوانا فيها.
بيانات الحرائك الدوائية لـ THC:
التوافر الحيوي – عن طريق الفم: 6–20%، عن طريق الاستنشاق: 10–35%
العمر النصفي للإطراح: 1.6–59 ساعة، 25–36 ساعة (درونابينول المعطى عن طريق الفم)

التركيبات النانوية

الكانابينويدات النانوية هي زيوت قنب مُصاغة في صورة مستحلب زيت في ماء بأحجام نانوية، يوفر توافرًا حيويًا مرتفعًا (امتصاصًا أسرع وتأثيرات صحية أكبر)، ولذلك يمكن إعطاؤه بجرعات أقل. وعلاوة على ذلك، يمكن مزج مستحلبات القنب النانوية بسهولة في المنتجات الطبية والمشروبات والمأكولات ومستحضرات التجميل (مثل الكريمات واللوشنات). وبما أن المستحلبات النانوية غالبًا ما تكون نصف شفافة، فيمكن إدخالها بسهولة في تركيبات منتجات أخرى دون التأثير في مظهرها.
للحصول على مستحلب نانوي عالي الجودة، يُعد حجم القطرات ومؤشر تعدد التشتت (PDI) عاملين مهمين يؤثران بدرجة كبيرة في استقرار المستحلب النانوي. ويشير ارتفاع مؤشر تعدد التشتت إلى وجود قطرات كبيرة، مما يزعزع استقرار المستحلب من خلال اندماج القطرات ونضج أوستفالد. ولذلك، يُعد صغر أحجام القطرات وضيق نطاق توزيعها عاملًا مهمًا يسهم في استقرار المستحلب (النانوي / الميكروي) وإطالة مدة صلاحيته.
مستحلبات القنب النانوية: لتحضير المستحلبات النانوية لزيت القنب أو CBD، يُمزج زيت القنب / CBD بزيت عالي الجودة مخصص للاستخدام الغذائي. وتشمل الزيوت النباتية المعتادة زيت MCT، وزيت جوز الهند، وزيت الأفوكادو، وزيت الزيتون، وزيت بذور الكتان، وزيت اللوز الحلو، وزيت الجوز. وقد استُخدم بوليسوربات 80، والليسيثين، وصابونينات الكويلايا، وليسيثين الصويا، ولحاء شجرة الصابون بنجاح بوصفها عوامل استحلاب (مواد خافضة للتوتر السطحي، وعوامل ترطيب، ومثبتات). ويمكن أيضًا إضافة صمغ الزانثان أو البكتين أو بروتين مصل اللبن لتحسين الخصائص الريولوجية واستقرار المستحلب.

CO₂ – الاستخلاص باستخدامه

CO₂ يمكن إجراء الاستخلاص باستخدامه بطريقتين: الاستخلاص فوق الحرج والاستخلاص دون الحرج. وعندما يُستخدم CO₂ مذيبًا، تكون له خصائص مختلفة تعتمد على حالته المائعة. ويشير CO₂ دون الحرج إلى CO₂ في الحالة الواقعة ضمن نطاق 5–10°C (278.15–283.15K، 41–50°F) وضغط يتراوح بين 800–1500psi (54.43–102.06atm، 5.51–10.24MPa). وعند درجة الحرارة والضغط هذين، يتصرف CO₂ كمائع كثيف. وعندما ترتفع درجة الحرارة والضغط وتتجاوز درجة الحرارة الحرجة (304.25 K، 31.10°C، 87.98°F) والضغط الحرج (72.9atm، 7.39MPa، 1,071psi)، يتمدد CO2 داخل الوعاء مثل الغاز، ولكن بكثافة مماثلة لكثافة السائل. ويُعرف ذلك بثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (sCO₂ أو SC-CO₂)).
إن الاستخلاص باستخدام CO₂ دون الحرج يستخدم درجة حرارة منخفضة وضغطًا منخفضًا، ولذلك يستغرق وقتًا أطول. كما أن الاستخلاص باستخدام CO₂ دون الحرج يحقق مردودًا أقل، وقد يحتفظ ببعض التربينات والزيوت. أما في الاستخلاص باستخدام CO₂ فوق الحرج، فتُستخدم درجات حرارة وضغوط أعلى، مما قد يؤدي إلى إتلاف التربينات وغيرها من المركبات الكيميائية النباتية. وفي عمليات الاستخلاص باستخدام CO₂ فوق الحرج، يلزم إجراء عملية لاحقة – تُعرف بالتنقية بالتبريد – لإزالة المركبات غير المرغوبة، مثل الدهون والكلوروفيل. وخلال خطوة التنقية بالتبريد، يُجمَّد المستخلص الخام في الإيثانول لفصل الكانابينويدات والتربينات النقية عن النواتج الثانوية الأخرى المنتزعة أثناء الاستخلاص.