Μελέτη για την παραλαβή βιοδραστικών συστατικών από τη βιομηχανική κάνναβη με έμφαση στα μη κανναβινοειδή συστατικά

Βαχατσάκης, Εμμανουήλ; Vachatsakis, Emmanouil

dc.contributor.author	Βαχατσάκης, Εμμανουήλ	el
dc.contributor.author	Vachatsakis, Emmanouil	en
dc.date.accessioned	2025-10-09T06:25:33Z
dc.date.available	2025-10-09T06:25:33Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62657
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30353
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	βιομηχανική κάνναβη	el
dc.subject	φυτοστερόλες	el
dc.subject	ρευματοειδή κύτταρα	el
dc.subject	αιθέριο έλαιο	el
dc.subject	μεθανόλη	el
dc.subject	cannabis	en
dc.subject	rheumatoid cells	en
dc.subject	methanol	en
dc.subject	phenolics	en
dc.subject	canflavins A	en
dc.title	Μελέτη για την παραλαβή βιοδραστικών συστατικών από τη βιομηχανική κάνναβη με έμφαση στα μη κανναβινοειδή συστατικά	el
dc.contributor.department	ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εκχύλιση	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02
heal.abstract	Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη της βιομηχανικής κάνναβης (Cannabis Sativa L.), ενός φυτού με πληθώρα βιοδραστικών συστατικών, όπως τα τερπένια, τα κανναβινοειδή, τα αλκαλοειδή, οι φυτοστερόλες και τα φλαβονοειδή. Οι χρήσεις της βιομηχανικής κάνναβης καλύπτουν πολλούς τομείς, όπως τα τρόφιμα, τα καλλυντικά και τη φαρμακευτική. Οι σπόροι κάνναβης είναι πλούσιοι σε θρεπτικά συστατικά, ενώ τα κανναβινοειδή έχουν σημαντικές εφαρμογές στη φαρμακευτική, την κοσμετολογία και τη διατροφή. Η έρευνα εστιάζει κυρίως στις κανναφλαβίνες, μια κατηγορία φλαβονοειδών στην κάνναβη, με σημαντικές αντιοξειδωτικές και αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες. Έχει βρεθεί ότι οι κανναφλαβίνες μπορούν να αναστείλουν την παραγωγή της προσταγλανδίνης Ε2 (PGE2) σε ανθρώπινα ρευματοειδή κύτταρα, προσφέροντας αντιφλεγμονώδη δράση περίπου τριάντα φορές πιο ισχυρή από την ασπιρίνη και λειτουργούν σαν αναλγητικοί παράγοντες στον πόνο με την μείωση της παραγωγής ορισμένων ενζύμων που σχετίζονται με την φλεγμονή. Στόχος της εργασίας είναι η χαρτογράφηση των βιοδραστικών συστατικών της κάνναβης και η ανάπτυξη μιας εφαρμόσιμης μεθόδου και σε παραγωγική κλίμακα για την απομόνωση των κανναφλαβινών. Χρησιμοποιήθηκε βιομηχανική κάνναβη της εταιρείας ΚΑΝΝΑΒΙΟ η οποία είχε προηγουμένως αποσταχθεί για παραλαβή του αιθέριου ελαίου. Σε πρώτο στάδιο τα συστατικά της κάνναβης παραλήφθηκαν με διαδοχικές εκχυλίσεις Soxhlet χρησιμοποιώντας διαλύτες αυξανόμενης πολικότητας. Η σειρά χρήσης των διαλυτών περιέλαβε εξάνιο, ακετόνη και μεθανόλη, τα δε εκχυλίσματα υποβλήθηκαν σε μια σειρά αναλύσεων η οποία περιέλαβε σταθμική ανάλυση, προσδιορισμό των ολικών φαινολών, αντιριζική δράση και αναλύσεις HPLC-DAD. Το εξάνιο παρέλαβε κυρίως τα κανναβινοειδή. Τα βασικά κανναβινοειδή που βρέθηκαν στο φυτό ήταν το CBD, και το CBN ενώ εντοπίστηκαν, σε πολύ χαμηλότερες περιεκτικότητες, κανναβινοειδή όπως το THC. Η ακετόνη παρέλαβε τα υπολειμματικά κανναβινοειδή από το πρώτο στάδιο του εξανίου και το συνολικό περιεχόμενο του φυτού σε κανναβινοειδή προσδιορίστηκε στα 17,2 mg CBD/ g πρώτης ύλης. Η ακετόνη παρέλαβε σε ίχνη τις δύο κανναφλαβίνες (cannflavins A και B), οι οποίες ανακτήθηκαν κυρίως από τη μεθανόλη. Το συνολικό περιεχόμενο του φυτού σε κανναφλαβίνες προσδιορίστηκε στα 0,06 mg luteolin/g πρώτης ύλης. Ήδη σε προηγούμενη έρευνα του Εργαστηρίου Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων είχε αναπτυχθεί μεθοδολογία για την αποδοτική παραλαβή των κανναβινοειδών και των υδρόφιλων φλαβονοειδών της βιομηχανικής κάνναβης, ωστόσο δεν εντοπίστηκαν σε κανένα εκχύλισμα οι κανναφλαβίνες. Συνεπώς ήταν βασικό ζητούμενο εάν η μη ανίχνευση κανναφλαβινών αποτελούσε ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της συγκεκριμένης ποικιλίας βιομηχανικής κάνναβης που μελετήθηκε ή η ίδια η μεθοδολογία δεν ήταν κατάλληλη για την ανάκτησή τους. Ακολουθώντας το παραπάνω πρωτόκολλο διαδοχικών εκχυλίσεων, αποδείχθηκε ότι οι κανναφλαβίνες εντοπίζονται στα συστατικά του υπό μελέτη δείγματος κάνναβης. Οπότε, στο δεύτερο στάδιο της παρούσας διπλωματικής επιδιώχθηκε η αποτελεσματική τους ανάκτηση με μια συμβατή μεθοδολογία με την υπάρχουσα που αφορά την παραλαβή κανναβινοειδών και υδρόφιλων φλαβονοειδών. Οι κανναφλαβίνες εκχυλίστηκαν αποτελεσματικά με μεθανόλη, έναν διαλύτη υψηλής τοξικότητας που γενικά αποφεύγεται σε παραγωγική κλίμακα, ο οποίος όμως δεν είναι συμβατός και με την υπάρχουσα μεθοδολογία του Εργαστηρίου για την ανάκτηση των κανναβινοειδών που περιλαμβάνει την εκχύλιση του υλικού με ακετόνη. Εξετάστηκε λοιπόν η αντικατάσταση της μεθανόλης για την παραλαβή των κανναφλαβινών, με μίγμα ακετόνης-νερού σε αναλογία 70:30. Χρησιμοποιήθηκε η ίδια τεχνική εκχύλισης, με το ήδη αναπτυγμένο πρωτόκολλο εκχύλισης, δηλαδή αυτή της εκχύλισης σε σταθερή κλίνη, και το φυτικό υλικό εκχυλίστηκε διαδοχικά με μίγμα ακετόνης-νερού 70:30, νερό, και μεθανόλη, η οποία χρησιμοποιήθηκε μόνο για τον έλεγχο της υπολειμματικότητας. Με την εκχύλιση σταθερής κλίνης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, χρησιμοποιώντας το σύστημα ακετόνης-νερού 70:30, οι ανακτημένες κανναφλαβίνες προσδιορίστηκαν στα 0,08 mg luteolin/g πρώτης ύλης, απόδοση ισοδύναμη ή και ελαφρώς υψηλότερη από την αντίστοιχη μεθανολική εκχύλιση Soxhlet. Εκχυλίστηκαν επιπλέον και γλυκοζυλιωμένα φλαβονοειδή, η κύρια ποσότητα των οποίων παραλήφθηκε, όπως ήταν αναμενόμενο, με τον πιο πολικό διαλύτη εκχύλισης, το νερό, με απόδοση 3,5 mg luteolin/g πρώτης ύλης. Κανναφλαβίνες δεν εντοπίστηκαν, ούτε καν σε ίχνη στο υδατικό εκχύλισμα. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε εκχύλιση με μεθανόλη για την παραλαβή των υπολειμματικών φλαβονοειδών. Στο μεθανολικό εκχύλισμα οι κανναφλαβίνες βρέθηκαν σε ίχνη, γεγονός που σημαίνει ότι ο διαλύτης ακετόνη-νερό 70:30 είναι ένας αποτελεσματικός διαλύτης για την παραλαβή των κανναφλαβινών. Συνολικά το φυτό της συγκεκριμένης ποικιλίας βιομηχανικής κάνναβης περιέχει 5,27 mg luteolin/ g πρώτης ύλης φλαβονοειδή και κανναφλαβίνες σε περιεκτικότητα 0,08 mg luteolin/g πρώτης ύλης. Συμπερασματικά, αποδείχθηκε ότι το μίγμα ακετόνης-νερού 70:30 αποτελεί κατάλληλο διαλύτη για την απομόνωση των κανναφλαβινών. Μάλιστα συνδυάζοντας και τα αποτελέσματα της προγενέστερης έρευνας, προτείνεται το ακόλουθο πρωτόκολλο για την ανάκτηση του συνόλου των βιοδραστικών συστατικών της βιομηχανικής κάνναβης: 1) Εκχύλιση με καθαρή ακετόνη για την παραλαβή των λιπιδικών, κανναβινοειδών και γενικότερα χαμηλής πολικότητας συστατικών, 2) Εκχύλιση με μίγμα ακετόνης-νερού 70:30 για την παραλαβή υπολειμματικών συστατικών του πρώτου σταδίου και κυρίως την ανάκτηση των κανναφλαβινών, 3) Εκχύλιση με νερό για την παραλαβή των υδρόφιλων φλαβονοειδών. Η συνεχής έρευνα με πρώτες ύλες τη φαρμακευτική και τη βιομηχανική κάνναβη αναμένεται να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων προϊόντων και θεραπειών, αξιοποιώντας τις ευεργετικές ιδιότητες των κανναβινοειδών και των φλαβονοειδών του φυτού.	el
heal.abstract	This thesis focuses on the study of industrial hemp (Cannabis Sativa L.), a plant rich in bioactive compounds such as terpenes, cannabinoids, alkaloids, phytosterols, and flavonoids. Industrial hemp has applications in various fields, including food, cosmetics, and pharmaceuticals. Hemp seeds are highly nutritious, while cannabinoids have significant uses in pharmaceuticals, cosmetology, and nutrition. The research primarily focuses on cannflavins, a class of flavonoids in hemp with notable antioxidant and anti-inflammatory properties. Cannflavins have been found to inhibit the production of prostaglandin E2 (PGE2) in human rheumatoid cells, providing an anti-inflammatory effect approximately thirty times stronger than aspirin. Additionally, they function as analgesic agents by reducing the production of specific enzymes associated with inflammation. The aim of this study is to map the bioactive components of hemp and develop a feasible method for the isolation of cannflavins on a production scale. Industrial hemp from the company KANNABIO was used, which had previously undergone distillation for the extraction of essential oil. In the initial phase, the hemp components were extracted using sequential Soxhlet extractions with solvents of increasing polarity. The solvents used included hexane, acetone, and methanol, and the extracts underwent various analyses, including gravimetric analysis, determination of total phenolics, radical scavenging activity, and HPLC-DAD analyses. Hexane primarily extracted cannabinoids. The main cannabinoids found in the plant were CBD and CBN, while THC was detected in much lower concentrations. Acetone extracted residual cannabinoids from the first hexane stage, with the total cannabinoid content of the plant measured at 17.2 mg CBD/g of raw material. Acetone also contained trace amounts of cannflavins A and B, which were mainly recovered from methanol. The total cannflavin content in the plant was determined to be 0.06 mg luteolin/g of raw material. In previous research conducted by the Laboratory of Food Chemistry and Technology, a methodology was developed for the efficient extraction of cannabinoids and hydrophilic flavonoids from industrial hemp. However, cannflavins were not detected in any of the extracts. Therefore, it was essential to determine whether the absence of cannflavins was a characteristic of the specific hemp variety studied or if the existing methodology was unsuitable for their extraction. By following the sequential extraction protocol described above, it was confirmed that cannflavins were indeed present in the hemp sample under study. Consequently, in the second phase of this thesis, the focus was on their efficient recovery using a methodology compatible with the existing cannabinoid and hydrophilic flavonoid extraction protocols. Cannflavins were effectively extracted with methanol, a highly toxic solvent generally avoided at an industrial scale. However, methanol is not compatible with the laboratory’s existing cannabinoid extraction method, which involves acetone-based extraction. Therefore, an alternative approach was examined, replacing methanol with an acetone-water mixture at a 70:30 ratio. The same extraction technique was used, following the previously developed solid-bed extraction protocol. The plant material was sequentially extracted with an acetone-water mixture (70:30), water, and methanol, the latter being used only for residual analysis. Using solid-bed extraction at ambient temperature with the acetone-water 70:30 system, the recovered cannflavins were quantified at 0.08 mg luteolin/g of raw material, yielding an equivalent or slightly higher extraction efficiency compared to methanolic Soxhlet extraction. Additionally, glycosylated flavonoids were extracted, primarily recovered with the most polar solvent, water, yielding 3.5 mg luteolin/g of raw material. No detectable traces of cannflavins were found in the aqueous extract. A final methanol extraction was performed to recover residual flavonoids, with only trace amounts of cannflavins detected, confirming that the acetone-water 70:30 solvent system is effective for cannflavin extraction. Overall, this specific industrial hemp variety contained 5.27 mg luteolin/g of raw material in total flavonoids, with cannflavins present at 0.08 mg luteolin/g of raw material. In conclusion, the acetone-water 70:30 mixture was proven to be a suitable solvent for cannflavin isolation. Combining these findings with previous research, the following protocol is proposed for the comprehensive extraction of bioactive compounds from industrial hemp:1)Extraction with pure acetone to isolate lipids, cannabinoids, and other low-polarity compounds.2)Extraction with an acetone-water mixture (70:30) to recover residual components from the first stage and, most importantly, to isolate cannflavins.3)Extraction with water to obtain hydrophilic flavonoids.Ongoing research using pharmaceutical and industrial hemp as raw materials is expected to lead to the development of new products and treatments, harnessing the beneficial properties of the plant’s cannabinoids and flavonoids.	en
heal.advisorName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.advisorName	Τσιμογιάννης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννακούρου, Μαρία
heal.committeeMemberName	Τσιμογιάννης, Δημήτριος
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	93
heal.fullTextAvailability	false