Application of D.I.C. technology for the extraction of high added value compounds from Cannabis Sativa L. buds according to the bio-refinery concept. - Laboratoire TIMR - Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable
Communication Dans Un Congrès Année : 2024

Application of D.I.C. technology for the extraction of high added value compounds from Cannabis Sativa L. buds according to the bio-refinery concept.

Application de la technologie D.I.C. pour l'extraction de composés à haute valeur ajoutée à partir des fleurs de Cannabis Sativa L. selon le concept de bioraffinerie.

Résumé

Objectives Instant Controlled Pressure Drop (DIC) is an emerging agri-food technology that applies high-temperature, short-time treatments for biomass texturation by expansion while preserving product quality. Compared to conventional thermal processes, DIC application enhances the kinetics of extraction, drying and preserves the product quality while reducing energy costs. This research aims the application of DIC pretreatment on Cannabis Sativa L. buds for the extraction of essential oils and cannabidiol (CBD). Objectives include decarboxylating the plant, improving the extraction efficiency, preserving extracts quality, increasing storage stability, and exploring product formulation. This work investigates how to enhance process efficiency from harvest to product formulation by integrating DIC technology for hemp pretreatment, addressing scientific challenges, and offering higher-quality hemp products according to the bioreffinery concept. Methods DIC processing was performed using pilot equipment from ABCAR DIC Process (France). The DIC process involves increasing the pressure in the treatment chamber, maintaining it, and then depressurizing the chamber. Typical parameters include: •Pressure •Duration •Number of cycles Treatment parameters were optimized based on the plant material and the target outcomes, aiming to decontaminate and decarboxylate the flowers, and improve the extraction of bioactive compounds. Parameters ranged from 1 to 35 seconds, 1 to 6 bars, and 1 to 8 cycles. CBD extraction kinetics were studied by dynamic maceration on samples of hemp buds: •Non-treated •Treated by DIC •Non-treated and steam distilled •Treated and steam distilled Extracts were analyzed by liquid and gas phase chromatography. Results The aromatic profile of the essential oils, analyzed by GC, revealed differences between oils extracted from DIC-treated buds and those obtained by conventional extraction methods (steam distillation and dynamic maceration). Oils from DIC-treated buds demonstrated a fractionated extraction of volatile and non-volatile compounds. The decarboxylation rate of CBDA to CBD was assessed by comparing concentrations of CBDA and CBD in the extracts. DIC treatment alone achieved a decarboxylation more than 80% vs. 11% for the control sample without DIC. In the other hand, results showed that DIC treatment significantly enhanced drying kinetics’’, shortening the drying time from more than 32h to only 11h. The effects of DIC on microbial inactivation was evaluated by comparing microbial colony counts (bacteria and fungi) in untreated and DIC treated (2 bars and 25 s) hemp buds. DIC treatment reduced microbial counts by approximately 4 log (cfu/g of dried buds), highlighting DIC’s effectiveness for plant product decontamination and improved storage stability. Finally, it was shown that essential oils in the discharge waters generated by DIC formed stable emulsions, suitable for bio-pesticides formulation. These emulsions, classified between nanoemulsions and macroemulsions, exhibited potential as fungicidal pesticides, insecticides, and nematicides, indicating additional applications for DIC-treated hemp flowers.
Objectifs La chute de pression contrôlée instantanée (DIC) est une technologie agroalimentaire émergente qui applique des traitements à haute température et de courte durée pour la texturation de la biomasse par expansion tout en préservant la qualité du produit. Comparée aux processus thermiques conventionnels, l'application de la DIC améliore la cinétique d'extraction, de séchage et préserve la qualité du produit tout en réduisant les coûts énergétiques. Cette recherche vise l'application du prétraitement DIC sur les fleurs de Cannabis Sativa L. pour l'extraction d'huiles essentielles et de cannabidiol (CBD). Les objectifs incluent la décarboxylation de la plante, l'amélioration de l'efficacité d'extraction, la préservation de la qualité des extraits, l'augmentation de la stabilité à la conservation et l'exploration de la formulation des produits. Ce travail examine comment améliorer l'efficacité du processus, de la récolte à la formulation du produit, en intégrant la technologie DIC pour le prétraitement du chanvre, en s'attaquant aux défis scientifiques et en offrant des produits en chanvre de meilleure qualité selon le concept de bioraffinerie. Méthodes Le traitement DIC a été réalisé à l'aide d'un équipement pilote de l'ABCAR DIC Process (France). Le processus DIC consiste à augmenter la pression dans la chambre de traitement, à la maintenir, puis à dépressuriser la chambre. Les paramètres typiques incluent : Pression Durée Nombre de cycles Les paramètres de traitement ont été optimisés en fonction du matériau végétal et des résultats visés, afin de décontaminer et de décarboxyler les fleurs, et d'améliorer l'extraction des composés bioactifs. Les paramètres variaient de 1 à 35 secondes, de 1 à 6 bars, et de 1 à 8 cycles. La cinétique d'extraction du CBD a été étudiée par macération dynamique sur des échantillons de fleurs de chanvre : Non traitées Traitées par DIC Non traitées et distillées à la vapeur Traitées et distillées à la vapeur Les extraits ont été analysés par chromatographie en phase liquide et en phase gazeuse. Résultats Le profil aromatique des huiles essentielles, analysé par GC, a révélé des différences entre les huiles extraites de fleurs traitées par DIC et celles obtenues par des méthodes d'extraction conventionnelles (distillation à la vapeur et macération dynamique). Les huiles provenant de fleurs traitées par DIC ont démontré une extraction fractionnée de composés volatils et non volatils. Le taux de décarboxylation du CBDA en CBD a été évalué en comparant les concentrations de CBDA et de CBD dans les extraits. Le traitement DIC seul a permis d'atteindre une décarboxylation de plus de 80 % contre 11 % pour l'échantillon témoin sans DIC. D'autre part, les résultats ont montré que le traitement DIC améliorait considérablement la cinétique de séchage, réduisant le temps de séchage de plus de 32 heures à seulement 11 heures. Les effets de la DIC sur l'inactivation microbienne ont été évalués en comparant les comptes de colonies microbiennes (bactéries et champignons) dans les fleurs de chanvre non traitées et traitées par DIC (2 bars et 25 s). Le traitement DIC a réduit les comptes microbiens d'environ 4 log (ufc/g de fleurs séchées), soulignant l'efficacité de la DIC pour la décontamination des produits végétaux et l'amélioration de la stabilité à la conservation. Enfin, il a été montré que les huiles essentielles dans les eaux de rejet générées par la DIC formaient des émulsions stables, adaptées à la formulation de bio-pesticides. Ces émulsions, classées entre nanoémulsions et macroémulsions, ont montré un potentiel en tant que pesticides fongicides, insecticides et nématicides, indiquant des applications supplémentaires pour les fleurs de chanvre traitées par DIC.
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Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04762195 , version 1 (31-10-2024)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04762195 , version 1

Citer

Dounia Bouchekioua, Dounia Bouchekioua, Houcine Mhemdi, Mohammed Benali, Victor Lefrançois, et al.. Application of D.I.C. technology for the extraction of high added value compounds from Cannabis Sativa L. buds according to the bio-refinery concept.. Green Extraction of Natural Product, TIMR, Oct 2024, Compiègne, France. ⟨hal-04762195⟩
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