| Abstract | Ciljevi istraživanja: Definirati optimalne uvjete izolacije kanabinoida i terpena iz cvata industrijske konoplje primjenom “zelene” ekstrakcije ugljikovim dioksidom u superkritičnom stanju (sCO2); kvantificirati dobivene ekstrakte na udio kanabinoida i terpena; te odrediti antioksidacijske i antimikrobne učinke sCO2 ekstrakata.
Materijal i metode: Za istraživanje su korišteni osušeni cvatući vršni dijelovi industrijske konoplje (Cannabis sativa L.) sorte Futura 75 s hrvatskog tržišta. Ekstrakcija ciljanih bioaktivnih sastavnica provedena je primjenom sCO2. Eksperimentalna matrica napravljena je prema dizajnu centralnog kompozitnog plana pokusa, a analizom varijance procjenjen je stupanj točnosti primijenjene metodologije. Identifikacija i kvantifikacija isparljivih sastavnica sCO2 ekstrakata provedena je u vezanom sustavu plinske kromatografije i spektrometrije masa (GC-MS), dok su kanabinoidi određeni metodom tekućinske kromatografije visoke djelotvornosti (HPLC-DAD). Antioksidacijska svojstva dobivenih ekstrakata određena su primjenom DPPH testa, dok je antibakterijska aktivnost ispitana mikrodilucijskom metodom za određivanje minimalnih inhibitornih koncentracija.
Rezultati: Analiza plinskom kromatografijom i spektrometrijom masa (GC-MS) pokazala je β-mircenski kemotip sCO2 ekstrakata, s visokim udjelom α-pinena i β-pinena te nizom drugih monoterpena s manjim udjelima, dok je najzastupljeniji seskviterpen bio β-kariofilen. Glavni kanabinoidi sCO2 ekstrakata bili su CBDA i CBD, praćeni manje zastupljenim CBCA, CBC, THCA-A, THC, CBGA, CBG, CBDVA, dok CBN i THCVA nisu detektirani. sCO2 ekstrakt dobiven pri tlaku 320 bara i temperaturi 40 °C, s najvećim sadržajem CBDA, imao je najbolja antioksidacijska svojstva. Svi ekstrakti su pokazali dobro antibakterijsko djelovanje na vrste E. coli, P. aeruginosa, B. subtilis i S. aureus. sCO2 ekstrakt s najvećim udjelom CBD-a, koji sadrži i visok udio α-pinena, β-pinena, β-mircena i limonena, pokazao je najbolje antibakterijsko djelovanje. Uspostavljeni su optimalni uvjeti za sCO2 ekstrakciju kanabinoida i terpena iz industrijske konoplje. Temperatura od 60 °C pokazala se optimalnom za sve ispitivane odzive, dok je tlak pokazao različit učinak ovisno o ciljanim spojevima. Za monoterpene optimalan je bio niži tlak, dok je viši tlak bio pogodan za ekstrakciju seskviterpena. Primjena viših tlakova bila je poželjna i za ekstrakciju CBD-a. Postupkom dekarboksilacije kao predtretmana biljnog materijala prije sCO2 ekstrakcije dobiveni su ekstrakti s visokim prinosom CBD-a kao dominantnom sastavnicom.
Zaključak: Optimiran je proces sCO2 ekstrakcije za dobivanje ekstrakata industrijske konoplje s antioksidacijskim i antibakterijskim svojstvima te potencijalom topikalne primjene u medicinske i kozmetičke svrhe. Istraživanje je potvrdilo selektivnost primijenjene tehnike za ekstrakciju ciljanih terpena i kanabinoida iz cvatova industrijske konoplje. |
| Abstract (english) | The objective of the research: To define the optimal conditions for isolation of cannabinoids and terpenes from industrial hemp inflorescences by applying "green" supercritical carbon dioxide extraction (sCO2); to quantify the obtained extracts on the content of cannabinoids and terpenes; and to determine the antioxidant and antimicrobial activities of sCO2 extracts.
Material and methods: Dried inflorescences of industrial hemp (Cannabis sativa L.) of Croatia-grown Futura 75 variety were used for the research. Extraction of target bioactive compounds using sCO2 was carried out. The experimental matrix was made according to the central composite design, and the analysis of variance was used to assess the degree of accuracy of the applied methodology. Identification and quantification of volatile compounds of sCO2 extracts was determined by gas chromatography-mass spectrometry combined system (GC-MS), while cannabinoids were determined by high-performance liquid chromatography (HPLC-DAD). The antioxidant properties of the obtained extracts were determined by a DPPH scavenging assay, while antibacterial activity was tested by a microdilution method for the determination of minimal inhibitory concentrations.
Results: Analysis with gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS) showed β-myrcene chemotype in sCO2 extracts, with a high content of α-pinene and β-pinene and a number of other monoterpenes in smaller proportions, while the most dominant sesquiterpene was β-caryophyllene. The main cannabinoids of sCO2 extracts were CBDA and CBD, followed by less common CBCA, CBC, THCA, THC, CBGA, CBG, and CBDVA, while CBN and THCVA were not detected. sCO2 extract obtained at a pressure of 320 bar and a temperature of 40 °C, with the highest CBDA content, exhibited the best antioxidant properties. All extracts exhibited good antibacterial effect against E. coli, P. aeruginosa, B. subtilis and S. aureus. sCO2 extract with the highest content of CBD, which also contains a high content of α-pinene, β-pinene, β-myrcene and limonene, showed the best antibacterial activity. Optimal conditions have been established for the sCO2 extraction of cannabinoids and terpenes from industrial hemp. The temperature of 60 °C proved to be optimal for all studied responses, while pressure had a different effect depending on the compounds targeted. For monoterpenes, lower pressure was optimal, while higher pressure was suitable for the extraction of sesquiterpenes. The application of higher pressures was also desirable for CBD extraction. By using decarboxylation as a pretreatment of plant material before sCO2 extraction, extracts with a high yield of CBD were obtained.
Conclusion: sCO2 extraction process for obtaining industrial hemp extracts with antioxidant and antibacterial activities and with the potential of topical application for medical and cosmetic purposes has been optimized. The provided research confirmed the selectivity of the applied technique for the extraction of targeted terpenes and cannabinoids from industrial hemp inflorescences. |
