Approccio integrato all’estrazione dei componenti bioattivi della canapa

Risultato della ricerca:

Nella pianta di canapa, e in particolare nella resina prodotta dall’infiorescenza femminile, sono state identificate oltre 750 diverse molecole di cui circa 80 con struttura analoga ai principali cannabinoidi. Tra questi, i più importanti sono il Delta-9-Tetraidrocannabinolo (THC), con effetto psicoattivo, ma anche analgesico ed antiemetico, ed il Cannabidiolo (CBD)che non ha alcun effetto psicoattivo ma ha notevoli proprietà in grado di alleviare il dolore cronico, le infiammazioni, le emicranie, le artriti, gli spasmi, l’ansia, l’epilessia, la schizofrenia, mostrando inoltre un’attività anti-tumorale. L’estrazione dei cannabinoidi a livello industriale sfrutta oggi tre principali tecnologie: l’estrazione mediante idrocarburi (butano), l’estrazione mediante gas supercritici (CO2 supercritica) e l’estrazione mediante etanolo.
L’idea dei proponenti è di esplorare altri percorsi alternativi di estrazione della matrice, variando parametri quali l’impiego di solventi green (come CO2 supercritica o Deep Eutectic solvents) contestualmente alla fonte di energia (microonde, ultrasuoni). Al contempo il team dei proponenti intende testare metodi di semi sintesi a basso impatto ambientale per guidare la conversione dei cannabinoidi poco pregiati e del THC, nel commercializzabile CBD.
Schematicamente gli obbiettivi proposti sono:
– Migliorare la resa di estrazione e ridurre i tempi di estrazione dei cannabinoidi e altre molecole attive individuando processi e protocolli innovativi;
– Accelerare o inibire la conversione dei metaboliti acidi THC-A e CBD-A nei corrispettivi cannabinoidi decarbossilati;
– Accelerare la conversione di THC-Ao THC in CBD;
– Integrare i processi di modifica semisintetica a quelli estrattivi;
– Sviluppare i processi integrati su di una scala pilota.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

I risultati della ricerca non sono mai stati oggetto di precedenti finanziamenti regionali e/o nazionali.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

L’estrazione dei cannabinoidi a livello industriale mediante butano è un metodoefficiente, di facile esecuzione, che richiede impianti non costosi; presenta però criticità per via della della contaminazione dei prodotti e dei rischi intrinseci all’impianto. L’estrazione mediante CO2 supercritica consente di ottenere estratti più puri senza rischi di contaminazione; gli svantaggi sono costituiti dai costi di installazione, dalla necessità di specializzazione nella gestione dell’impianto e dalla bassa quantità di materiale lavorato e prodotto giornalmente.
L’estrazione mediante etanolo rappresenta un buon compromesso: più sicuro dell’estrazione con butano e con una efficienza paragonabile agli impianti in CO2 supercritica, ma con costi di installazione e di gestione decisamente inferiori.

L’estrazione mediate etanolo è la migliore soluzione per una produzione su larga scala. Tuttavia le metodiche di estrazione classiche, richiedono dei trattamenti aggiuntivi, onerosi sotto il profilo energetico, di manodopera e di consumabili necessari per allontanare dall’estratto altri costituenti vegetali diversi dai cannabinoidi. Una ulteriore criticità, comune a tutte le metodiche di estrazione è la completa mancanza di selettività tra CBD e THC, estratti praticamente con la stessa efficacia. Ciò si rivela estremamente problematico in quanto i livelli di THC negli estratti purificati possono arrivare a superare i limiti di legge rendendo così il prodotto non adatto al commercio.

La tecnologia proposta, grazie al fenomeno della cavitazione consente di ridurre notevolmente i tempi di estrazione e aumentare le rese di estrazione, favorire i processi di conversione tra i cannabinoidi, di catalisi e decarbossilazione delle forme acide di THC e CBD. La tecnologia è relativamente economica e facilmente scalabile, combinandosi alla perfezione con il processo di estrazione mediante etanolo.

Attualmente in Italia si è assistito ad una impennata nella produzione delle infiorescenze di canapa, vendute sul mercato come prodotto fresco imbustato per decotti o tisane. In Calabria nessun produttore possiede una propria linea di prodotti semilavorati che vengono invece importati da paesi extra UE (Canda e Stati Uniti), dalla Svizzera o dall’Olanda.

Titoli di proprietà intellettuale:

Nessuno dei risultati presentati è attualmente coperto da proprietà intellettuale.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

I risultati della presente ricerca fanno riferimento a due principali categorie di prodotto.

La prima è relativa alla frazione volatile degli estratti di canapa industriale (olio essenziale di canapa). Tali miscele sono composte prevalentemente da terpeni e trovano applicazione come ingredienti in prodotti cosmetici quali creme o emulsioni.
La seconda categoria di prodotto è rappresentato dagli estratti di miscele di cannabinoidi, arricchite in CBD, da cui derivare oli ad una concentrazione di CBD (5-20%) compatibile con impieghi farmaceutici. Dagli estratti concentrati è anche possibile derivare CBD puro, commercializzabile sotto forma di cristalli.
Oltre agli impieghi attualmente prescritti dalla Pharmacopea vigente (trattamento del dolore cronico, di spasticità, di infiammazioni, di epilessia) il gruppo intende esplorare altri ambiti applicativi degli estratti arricchiti in CBD sulla salute dell’uomo (trattamento dei disturbi del sonno, ansia, depressione).
Il gruppo può offrire una consulenza teorico-pratica alle aziende produttrici di canapa per:
– l’estrazione dalla materia prima;- la realizzazione del semilavorato di maggiore interesse per l’azienda;
– la realizzazione della filiera del controllo qualità.
Non ultimo il gruppo si offre come interfaccia di ricerca e sviluppo industriale in termini di innovazione tecnologica, innovazione di processo, studio di nuovi ambiti applicativi dei semi-lavorati di canapa per le aziende produttrici che vogliano avviare una propria linea interna di produzione.
I prodotti della presente ricerca si inseriscono nel mercato degli estratti naturali e dei fitofarmaci. Essi sono rivolti alle aziende produttrici di canapa industriale, che vogliano avviare una linea di produzione di semilavorati della canapa che parta dalla estrazione della materia prima, passi per la purificazione dei bioattivi di interesse e la preparazione della forma commercializzabile, fino ad arrivare al controllo qualità.

Il mercato nazionale si presenta ancora allo stato attuale abbastanza aperto, essendo stato solo recentemente approvato il Decreto Ministeriale che autorizza la coltivazione e la vendita delle infiorescenze di canapa della varietà che producono resina a contenuto di THC inferiore allo 0,2%. La produzione di semilavorati della canapa in Italia è stata fino ad oggi gestita dal ministero della Sanità, presso il laboratorio Farmaceutico Militare di Firenze.

Pertanto, a fronte di un crescente numero di attività agricole che producono la materia prima, l’Italia oggi non è ancora entrata nel mercato internazionale dei semilavorati, già occupato in parte da Svizzera, Olanda, Danimarca, Stati Uniti e Canada. Inoltre, essendo la legislazione dei diversi paesi molto differente in merito alla composizione e agli ambiti applicativi normati per tali semilavorati, la composizione dei prodotti attualmente presenti sul mercato è spesso lontana dai parametri di legge che ne consentono la commercializzazione in Italia, rendendo complicata anche la distribuzione a seguito di importazione. Il gruppo si propone di lavorare in cooperazione con le aziende produttrici di canapa presenti in Calabria, al fine di guidarle verso l’ingresso nel mercato dei semilavorati di interesse farmaceutico e cosmetico.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

Il passaggio dei presentirisultati della ricerca da un TRL-3 a TRL successivi necessita dei seguenti step:
– Esplorazione di tecnologie alternative, diverse dagli ultrasuoni per l’estrazione dei volatili e dei cannabinoidi;
– Esplorazione di solventi biocompatibili ad elevata affinità coi bioattivi da estrarre (come Deep Eutectic solvents);
– Esplorazione dei metodi chemocatalitici integrabili col processo estrattivo per la conversione di CBD-A, THC-A e THC in CBD;
– Integrazione di processi semisintetici con il processo estrattivo su scala di laboratorio;
– Test su scala pilota per l’ottimizzazione dei metodi di produzione (e successiva caratterizzazione e standardizzazione);
– Test su scala reale (e successiva caratterizzazione e standardizzazione).
Infine il gruppo propone alle aziende interessate ad aspetti di ricerca e sviluppo in ambito farmaceutico, l’avvio di studi preclinici sperimentali sui semilavorati, per esplorarne nuove possibili potenzialità applicative.