Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การสกัดแคนนาบิไดออลจากใบกัญชงด้วยเทคนิคของไหลวิกฤตยิ่งยวดและการผลิตไมโครแคปซูลแคนนาบิไดออลอิมัลชันด้วยการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง
Year (A.D.)
2024
Document Type
Thesis
First Advisor
Kitipong Assatarakul
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Biotechnology
DOI
10.58837/CHULA.THE.2024.906
Abstract
This study aimed to extract, purify, formulate, and evaluate the bioactivities of cannabidiol (CBD) derived from hemp (Cannabis sativa L.) leaves. Supercritical carbon dioxide (SC-CO2) extraction at pressures of 1,600–1,800 psi, combined with flash chromatography, was employed to obtain CBD-rich extracts. Higher extraction pressure significantly increased both yield and CBD concentration (p ≤ 0.05), with 1,800 psi selected for further formulation. The extracts were developed into emulsions and microcapsules using freeze-drying and ß-cyclodextrin as an encapsulating agent to enhance chemical stability. Emulsions were formulated using MCT oil, Tween 20, and lecithin in various ratios including 9:5:5 (formula 1), 8:4:4 (formula 2), 7:3:3 (formula 3) and 6:2:2 (formula 4). Formula 1 (9:5:5) exhibited the highest antioxidant activity based on total phenolic content, flavonoid content, and antioxidant activity by DPPH and FRAP assays. Microcapsules from formula 1 showed the highest bioactive compound levels and antioxidant activities, with irregular flaky morphology and particle sizes ranging from 10 to 50 µm. Both crude and purified CBD extracts, as well as the microcapsules, exhibited antimicrobial activity against Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Saccharomyces cerevisiae (MIC: 0.137–0.928 mg/mL), while the emulsions showed no antimicrobial effect. Dynamic dissolution studies revealed a decline in CBD stability over time, with 10.90-37.59% of CBD remaining after 75 minutes. The microcapsules demonstrated strong anti-inflammatory activity (IC50 ~1 µg/mL) and superior protein denaturation inhibition compared to diclofenac potassium. Additionally, they selectively inhibited HK1 nasopharyngeal carcinoma cells (IC50~7 µg/mL) without cytotoxicity to human skin HaCaT cells. During storage at 30 ± 2 °C, a decline in bioactive compounds and antioxidant activity was observed, while water activity (aw) and color change (∆E) increased. These findings suggest that CBD microcapsules from hemp leaves could serve as a promising functional ingredient with antioxidant, antimicrobial, anti-inflammatory, and anticancer properties.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการสกัด ทำให้บริสุทธิ์ พัฒนาสูตร และประเมินฤทธิ์ทางชีวภาพของสารแคนนาบิไดออล (CBD) ซึ่งสกัดได้จากใบกัญชง (Cannabis sativa L.) โดยอาศัยกระบวนการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ในสภาวะวิกฤติยิ่งยวด (Supercritical Carbon Dioxide, SC-CO2) ที่ความดัน 1,600–1,800 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) ร่วมกับกระบวนการแฟลชโครมาโทกราฟี (Flash Chromatography) จากผลการทดลองพบว่าความดันในการสกัดที่เพิ่มขึ้นส่งผลต่อการผลิตและความเข้มข้นของ CBD ในสารสกัดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (p ≤ 0.05) โดยเลือกภาวะการสกัดที่ 1,800 psi ในการศึกษาการพัฒนาสารสกัด CBD ในรูปแบบอิมัลชันและไมโครแคปซูลด้วยเทคนิคการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง โดยใช้สารเบตาไซโคลเดกซ์ทริน (ß-cyclodextrin) เป็นสารห่อหุ้ม เพื่อเพิ่มเสถียรภาพและสมบัติทางเคมี โดยแปรอิมัลซิไฟเออร์ 3 ชนิดคือ MCT oil, Tween 20 และ lecithin ด้วยอัตราส่วน 9:5:5 (สูตรที่ 1), 8:4:4 (สูตรที่ 2), 7:3:3 (สูตรที่ 3) และ 6:2:2 (สูตรที่ 4) จากผลการทดลองพบว่าอิมัลชัน สูตรที่ 1 มีสมบัติการต้านอนุมูลอิสระสูงสุด โดยมีปริมาณสารประกอบฟีนอลิกทั้งหมด ปริมาณฟลาโวนอยด์ทั้งหมด และฤทธิ์การต้านอนูมูลอิสระด้วยวิธี DPPH และ FRAP เท่ากับ 2511.57±1.02 mg GAE/L 1733.89±3.61 mg QE/L, 69.80±2.19 g/L และ 29.79±0.47% ตามลำดับ ในขณะที่ไมโครแคปซูลสารสกัด CBD สูตรที่ 1 มีปริมาณสารประกอบฟีนอลิก ปริมาณฟลาโวนอยด์ทั้งหมด และฤทธิ์การต้านอนูมูลอิสระด้วยวิธี DPPH สูงที่สุด โดยมีค่าเท่ากับ 5432.94±0.76 mg GAE/mL, 1296.23±0.86 mg QE/L และ 84.54 ±0.13% ตามลำดับ และพบว่าไมโครแคปซูลสารสกัด CBD ทุกตัวอย่างมีลักษณะไม่เป็นรูปทรงที่แน่นอน ผิวขรุขระ คล้ายแผ่นเกล็ด และมีขนาดอนุภาคอยู่ในช่วง 10 ถึง 50 ไมโครเมตร เมื่อพิจารณาฤทธิ์การต้านจุลินทรีย์ พบว่าสารสกัด CBD ที่ผ่านและไม่ผ่านการทำบริสุทธิ์ และไมโครแคปซูลสารสกัด CBD มีฤทธิ์การต้านจุลินทรีย์ทุกชนิดที่ใช้ในการทดสอบ (Staphylococcus aureus, Escherichia coli และ Saccharomyces cerevisiae) โดยมีค่า MIC อยู่ในช่วง 0.137 – 0.928 mg/mL ในขณะที่อิมัลชันสารสกัด CBD ไม่มีฤทธิ์การต้านจุลินทรีย์ จากการทดลองพลวัตการละลาย (dyamic dissolution) ของไมโครแคปซูลสารสกัด CBD พบว่า CBD มีเสถียรภาพในสารละลายลดลงเมื่อระยะเวลาเพิ่มขึ้น โดยมีปริมาณ CBD ในสารละลายเมื่อระยะเวลา 75 นาที ในช่วง 10.90-37.59% และไมโครแคปซูลสารสกัด CBD มีฤทธิ์ต้านการอักเสบที่ความเข้มข้นของ CBD ต่ำ (ค่า IC50 ~1 ไมโครกรัมต่อมิลลิลิตร) และมีสมบัติการยับยั้งการเสียสภาพของโปรตีนที่มีประสิทธิภาพที่ดีกว่าสารมาตรฐาน (diclofenac potassium) นอกจากนี้ไมโครแคปซูล CBD ยังสามารถยับยั้งเซลล์มะเร็งโพรงจมูกชนิด HK1 อย่างจำเพาะเจาะจง (ค่า IC50 ~7 ไมโครกรัม/มิลลิลิตร) โดยไม่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ผิวหนังมนุษย์ชนิด HaCaT ในระดับที่เป็นอันตราย และจากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงคุณภาพของไมโครแคปซูลสารสกัด CBD ระหว่างการเก็บที่อุณหภูมิห้อง (30 ± 2 °C) ในถุงอลูมิเนียมฟอยล์ลามิเนต พบว่าปริมาณสารประกอบฟีนอลิก ปริมาณฟลาโวนอยด์ทั้งหมด และฤทธิ์การต้านอนูมูลอิสระด้วยวิธี DPPH และ FRAP ของทุกตัวอย่างมีแนวโน้มลดลง ในขณะที่ค่า aw และ ∆E มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น เมื่อระยะเวลาการเก็บรักษาเพิ่มขึ้น งานวิจัยนี้สามารถใช้เป็นข้อมูลในการพัฒนาส่วนประกอบฟังก์ชันจากใบกัญชงที่อุดมด้วยสาร CBD ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ (ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ต้านจุลินทรีย์ ต้านการอักเสบ และต้านเซลล์มะเร็ง)
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Jansamutr, Saranya, "Extraction of cannabidiol from hemp leaf using supercritical fluid technique and production of cannabidiol emulsion microencapsule by freeze drying" (2024). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 74744.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/74744