INTRODUCCIÓN

El cáñamo industrial (Cannabis sativa L.) es una especie con una larga historia de cultivo en todo el mundo (^{Zuardi et al., 2006}). La parte de fibra de la planta se utiliza principalmente para textiles y materiales de construcción (^{Small, 2015}). Las semillas de cáñamo son una buena fuente de proteínas y aceite con una proporción de 3:1 de ácidos grasos omega-6 (ácido linoleico) a omega-3 (ácido alfa-linolénico), lo que es preferible para una dieta saludable para los humanos. En los últimos años, la inflorescencia (flor) y las hojas de las plantas de cáñamo están atrayendo un interés creciente debido a su contenido rico en compuestos bioactivos que tienen un alto valor terapéutico y para la salud (^{García-Tejero et al., 2019}). Entre ellos, el cannabidiol (CBD) es uno de los temas más candentes en la comunidad científica y la industria del cáñamo en todo el mundo. La investigación ha demostrado que el CBD dentro del cáñamo podría facilitar el alivio del dolor, reducir la ansiedad y promover la relajación (^{White, 2019}).

En la Cannabicultura tradicional, el secado del Cannabis sativa L. se ha desarrollado a lo largo de los años más como un arte que como una tecnología, tal vez debido a los tabúes asociados a esta especie vegetal o al estatus legal que tiene en muchos países. Se sabe que determinadas reacciones oxidativas y de degradación de proteínas son relevantes cuando se busca alcanzar un contenido determinado de CBD en el Cannabis y que estos cambios se producen durante el secado (^{Chasiotis et al., 2022}). La mayor parte de este material de divulgación está enfocado en el secado del cogollo del Cannabis (conformado en su mayoría por tricomas de la planta de cannabis hembra) y los reportes que hacen referencia al secado de las hojas, raíces y tallos de la planta son escasos (^{Jin et al., 2020}). En todo caso es fundamental oxidar la clorofila presente en estas secciones del material vegetal a fin de eliminar compuestos químicos indeseados dado que aportan aromas, colores, sabores, etc. que no son de interés en aplicaciones posteriores (^{Challa et al., 2021}).

Por otro lado, en la producción tradicional de Cannabis las hojas, tallos y raíces constituyen un residuo linocelulosico que generalmente se quema con el objetivo de eliminarlo a fin de evitar la proliferación de microorganismos o plagas que puedan afectar negativamente el proceso productivo.

La bibliografía reporta que las hojas, al igual que los cogollos o ápices, contienen pequeñas cantidades de CBD acompañado de trazas de THC, entre otros compuestos orgánicos relevantes y susceptibles de ser sometidos a procesos oxidativos mediante tratamiento térmico (^{Nagy et al. 2019}).

El secado solar de hojas de Cannabis se considera como una alternativa viable para el aprovechamiento de estas y tiene como objetivo tanto la eliminación de la humedad como la degradación del THC y otros compuestos aumentando la concentración relativa de CBD.

El THC y el CBD son isómeros estructurales, es decir que tienen la misma fórmula molecular (C₂₁H₃₀O₂), pero diferente conectividad entre átomos, lo que genera propiedades químicas y biológicas completamente diferentes.

Mientras que el THC tiene efectos psicoactivos el CBD tiene efectos funcionales, es decir que el CBD aporta a la mejora de la calidad de vida de las personas que los consumen.

A continuación, en la Figura 1 se ilustran las estructuras de THC y CBD. Se aprecia la zona de diferencias estructurales de las moléculas, y que a pesar de compartir la misma fórmula molecular (C₂₁H₃₀O₂), difieren en la disposición de sus átomos.

Como ya se ha mencionado, la concentración relativa de CBD en las hojas del Cannabis es muy superior a la concentración relativa del THC. Publicaciones científicas reportan que el THC puede ser degradado mediante la oxidación térmica a temperaturas moderadas, en presencia de aire y con procesos lentos (de larga duración) a CBN (C₂₁H₂₆O₂), que es un compuesto más estable que se ha reportado como de muy escasa o de nula actividad psicoactiva (^{Milay et al., 2020}).

Se ha documentado que el CBD no se ve afectado por la temperatura y se considera que durante el pardeamiento térmico en las hojas del cannabis ocurrirán principalmente reacciones de Maillard y caramelización, además de ciertas oxidaciones no enzimáticas. Estas transformaciones químicas afectan a fenoles, azúcares, aminoácidos, clorofilas, etc., mejorando la palatabilidad de las hojas (^{Milay et al., 2020}).

Las consideraciones anteriores dan lugar a prever la prolongación del proceso de secado para favorecer el pardeamiento térmico que da lugar a la degradación térmica y oxidativa de compuestos no deseados presentes en las hojas de Cannabis, mejorando las aptitudes de estas para ser consumidas en alimentos funcionales.

Se ha planteado que la oxidación de THC a CBN es un proceso que puede describirse por un mecanismo de deshidrogenación oxidativa, en el que el anillo parcialmente saturado de THC se convierte en un sistema aromático.

Mecanismo químico propuesto para la oxidación de THC a CBN. Estructuras involucradas:

- THC: posee un anillo de ciclohexeno parcialmente saturado.

- CBN: tiene un anillo aromático completamente conjugado (tipo bencénico).

Respecto del proceso oxidativo del THC que se produce durante el pardeamiento térmico de las hojas de Cannabis, es posible plantear el siguiente mecanismo de reacción:

La provincia del Chaco presenta un clima predominantemente cálido, de tipo subtropical húmedo (Cfa según la clasificación de Köppen-Geiger), y en su extremo noroeste, cálido semiárido (Bsh según la clasificación de Köppen-Geiger). El recurso solar disponible es adecuado, con una radiación solar de 5 a 6 kWh/m²/día y una duración de 7 a 10 horas de sol en Resistencia. Las temperaturas son cálidas, con una media anual de 21,5°C en Resistencia, y las lluvias son estacionales durante el verano. La incidencia de heladas es baja y la humedad relativa es moderada a lo largo del año. Estas características hacen que el Chaco sea un lugar propicio para el desarrollo de proyectos de energía solar, incluyendo secadores solares de diferentes tecnologías, que aprovechan energía gratuita, renovable y de baja contaminación ambiental.

Kanabus et al. emplean un sistema de secado por convección (totalmente eléctrico) y confirman que el THC es altamente sensible a la oxidación térmica. Este proceso se manifiesta mediante la conversión de THCA en THC y su posterior degradación en CBN, siendo las hojas más susceptibles a estos cambios que las inflorescencias debido a su morfología. Asimismo, el estudio demuestra que el secado prolongado a baja temperatura genera un perfil de degradación y oxidación comparable al secado rápido a alta temperatura; esto se debe a que ambos factores (tiempo y temperatura) impulsan de manera análoga la cinética de descarboxilación de los precursores ácidos hacia sus formas neutras.

Aprovechando la gran irradiancia solar en el Nordeste Argentino, en la Facultad Regional Resistencia de la UTN se ha construido y puesto en funcionamiento un sistema de deshidratación híbrida solar-eléctrica que ha sido utilizado exitosamente en el secado de materias primas vegetales y alimentos fisiológicamente saludables (^{Spotorno et al. 2024}). El sistema de secado utiliza energía solar y en casos de baja radiación y días de lluvia, el calentamiento del agua se realiza utilizando una resistencia eléctrica, ubicada en el acumulador del calefón solar, de manera de no interrumpir el proceso de secado. Este equipamiento asegura el control de la temperatura al tiempo que permite la determinación y control de parámetros fundamentales en la deshidratación y la oxidación térmica (pardeamiento) o curado de especies vegetales (^{Spotorno et al. 2025}).

MATERIALES Y MÉTODOS

Determinación de CBD, THC y CBN

Se utilizó un HPLC provisto de detector UV, ajustado a los siguientes parámetros:

CONDICIONES:

HPLC Agilent 1120 LC Compact Series

Flujo: 1,2 mL/min

Columna: C18, 250 x 4,6 mm, Φ 5μm

Inyección: 20 μL

FM: Isocrático, Acetonitrilo – PBS

Detección: UV, λ 220 nm.

SOLUCIONES:

Material de Ref.: Restek Cannabinoids Standarts 1000 μg/mL in MeOH. CBN, CBD & THC. ID 34014. Lot #A0142403.Made in USA.

Solución Estándar: MR dil. 1:20 c/ metanol, Conc. 50 μg/mL.

Solución Muestras: Filtrado ϕ = 0,45μm e inyección directa.

Material vegetal

Se utilizaron hojas de Cannabis aportadas por Bollati Fabricio Martin, número de inscripción INASE: 12887/A, fitomejorador de cannabis medicinal radicado en la zona del Gran Resistencia, variedad utilizada denominada "Genética Rucucú" y el perfil de concentraciones relativas presentes en los cogollos o ápices se detalla en la Tabla 2.

Las hojas se utilizaron enteras sin reducción de tamaño y se sometieron al tratamiento térmico en el equipo con el que cuenta la Facultad Regional Resistencia de la UTN.

Parámetros termodinámicos registrados en los ensayos experimentales

Durante la realización de los ensayos experimentales de deshidratación y oxidación térmica se registraron los siguientes parámetros:

Temperatura y humedad relativa del aire a la entrada de la cámara de secado (t1, φ1)

Temperatura y humedad relativa del aire a la salida de la cámara de secado (t2, φ2)

Temperatura del agua proveniente del calefón solar a la entrada del intercambiador (tH)

Temperatura y humedad relativa ambiente (ta, φa)

Para realizar el proceso de medición y adquisición de los parámetros mencionados, se utilizó un datalogger diseñado y construido por el GUDA (Grupo Universitario de Automatización), perteneciente a la Facultad Regional Resistencia- UTN. El mencionado sistema, posee la particularidad que el proceso de medición lo realiza utilizando WIFi, es decir a distancia del lugar donde se encuentra el equipo experimental. La adquisición de los datos se almacena en una memoria extraíble del equipo, para luego utilizarla en una PC con la finalidad de realizar el tratamiento de los datos registrados.

En la Figura 2 se observa el equipo de medición de parámetros y en la Figura 3 el de adquisición de datos (^{Spotorno et al, 2024}).

Para registrar el peso de las hojas durante el proceso de deshidratación y la oxidación térmica, se empleó una balanza granataria digital de alta gama Marca Mettler modelo PJ3000. Se realizó la pesada al inicio y a intervalos de cada hora de las hojas. Cuando el peso de los mismos se estabiliza, significa que el proceso de deshidratación ha finalizado.

Deshidratación y oxidación térmica hibrida solar-eléctrica de hojas de Cannabis sativa L.

En la Figura 4 (^{Spotorno et al, 2024}) se puede observar el esquema representativo del sistema del equipo utilizado. En la misma se aprecia el colector solar de placa plana de agua caliente con su respectivo acumulador. El proceso de circulación del agua entre el intercambiador de calor y el calefón solar lo realiza una bomba. En el caso de lluvias o escasa radiación solar, un termostato activa una resistencia eléctrica ubicada en el interior del acumulador del calefón solar, permitiendo continuar el calentamiento de agua, con la finalidad de no interrumpir el proceso de secado. Además, se observa dos válvulas que permiten la apertura o el cierre de la circulación del agua del circuito de secado, con la finalidad de realizar el mantenimiento del sistema de secado propuesto.

La configuración y operatividad del sistema de secado solar utilizado se fundamentan en el diseño detallado por Spotorno et al. , cuya descripción exhaustiva de los componentes y su funcionamiento justifica la incorporación de las Figuras 2, 3 y 4 en el presente estudio. Estas ilustraciones, retomadas de la citada investigación, resultan esenciales para contextualizar la disposición técnica del equipo y facilitar la comprensión del diseño experimental empleado, garantizando así la trazabilidad y coherencia con los antecedentes metodológicos de la línea de investigación.

Se realizaron procesos de deshidratación y oxidación térmica de hojas de Cannabis sativa L. utilizando el equipo descripto precedentemente, utilizando una resistencia eléctrica ubicada en el tanque de acumulación y graduada a 60°C de temperatura mediante un termostato, con el objetivo de fortalecer el aprovechamiento solar durante las horas que requirieron los procesos.

Se evaluó la deshidratación seguida de oxidación térmica según las siguientes condiciones:

Muestras de “Lote Corto” (LC), se sometieron a deshidratación y oxidación térmica durante 10 (diez) horas.

Muestras de “Lote Largo” (LL), se sometieron a deshidratación y oxidación térmica durante 30 (treinta) horas.

En ambos casos, dado que estos ensayos son de prospección, se realizaron repeticiones en ambos lotes a fin de determinar si los resultados presentan variabilidades o falta de ajustes significativos.

Extracción de compuestos activos de hojas de Cannabis sativa L.

Para la extracción de CBD, THC y CBN tanto de las hojas frescas como de las hojas sometidas a deshidratación y oxidación térmica se utilizó un equipo Soxhlet provisto de una manta calefactora para la evaporación del solvente y un circuito de refrigeración en el que se aseguró en todo momento una temperatura inferior a los 20°C con el objetivo de condensar el solvente junto con los compuestos activos extractados. Como solvente se utilizó alcohol etílico al 96% V/N, potable de origen agrícola, elaborado por Ri-Mar alcoholes SRL R.N.E.:02-002058, apto para ser utilizado en la elaboración de licores de uso comercial.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Figura 5 se observa la pérdida porcentual de masa de las hojas sometidas a estrés térmico en ensayos que comenzaron en todos los casos a las 09:00 h y se prolongaron de acuerdo al diseño de los experimentos durante 10 (diez) horas para el LC y 30 (treinta) horas para el LL. Es posible atribuir esta pérdida de masa a la evaporación del agua tanto libre como ligada presente en el material vegetal.

Los ensayos, representados por curvas significativas, se realizaron siguiendo las indicaciones descriptas en el inciso 4 del apartado “Materiales y Métodos”. En la Figura 5, las tres curvas de resultados presentan un ajuste sobresaliente, evidenciando una coincidencia perfecta a lo largo de todo el rango de estudio.

En la Figura 5, pueden identificarse dos zonas de estrés térmico: la primera zona desde las 09:00 h hasta las 14:00 h, corresponde al proceso de deshidratación mientras que la segunda zona (en la que la variación porcentual disminuye), desde las 14:00 h en adelante, corresponde a la oxidación térmica. Es decir, la deshidratación del material vegetal se produce durante las 5 (cinco) primeras horas de estrés térmico y a partir de ese momento tendría lugar la oxidación térmica.

Respecto del proceso de deshidratación y oxidación térmica tanto para el LL como para el LC de hojas de Cannabis sativa L. se observa un comportamiento similar, lo cual resulta coincidente con lo reportado por Kanabus et al. .

En la Figura 6, se observa las curvas de temperaturas: tH (temperatura del agua proveniente del tanque de acumulación), t1 (temperatura en el aire a la entrada de la cámara de secado), t2 (temperatura del aire a la salida de la cámara de secado) y ta (temperatura ambiente).

La t2 se mantiene en un valor inferior a la t1 lo que demuestra que el estrés térmico es constante dentro del Secadero-Reactor, ya que la entrega de energía por parte del aire al material vegetal se mantiene a lo largo del tiempo. Además, en el Figura 6 se observa que t1 y t2 reproducen la forma de diente de sierra de tH, lo que indica el excelente funcionamiento del intercambiador de calor. En todos los casos las curvas de la Figura 6 corresponden a valores representativos de los ensayos que componen el LC y el LL.

Los perfiles de humedad obtenidos evidencian el funcionamiento operativo del Secadero-Reactor, permitiendo identificar dos etapas críticas en el procesamiento del material: la deshidratación y la oxidación térmica. Esta transición es consistente con los hallazgos de Kanabus et al. , quienes señalan que la reducción de humedad y la exposición térmica prolongada son los principales factores que impulsan la transformación de los cannabinoides hacia sus formas oxidadas.

En la Figura 7 se observa como varia el valor porcentual promedio (P) de la masa de material vegetal en la cual se distingue que a lo largo del estrés térmico se produce una zona de deshidratación (en la que se evidencia una variación de masa del material vegetal) y otra zona de oxidación térmica (en la que la masa del material vegetal se mantiene constante). Además, se aprecia que φa (humedad relativa ambiente) se mantiene relativamente constante por encima del 85% lo que resulta representativo del periodo húmedo en el que se han desarrollado los ensayos.

En la Figura 7 se observa que las curvas φ1 (humedad relativa del aire a la entrada de la cámara de secado) y φ2 (humedad relativa del aire a la salida de la cámara de secado), varían a lo largo del tiempo y alrededor de las 15:00 h se superponen, indicando que los valores coinciden antes y después de entrar en contacto con el material vegetal lo cual señala la finalización del proceso de deshidratación y el inicio del proceso de oxidación térmica. Lo mencionado indica la existencia de dos zonas de estrés térmico que genera el Secadero-Reactor y que la transición de la zona de deshidratación y la zona de oxidación térmica se produce en el intervalo de 5 h a 6 h de iniciado el proceso de estrés térmico.

Se determinaron los valores de CBD, THC y CNB utilizando el HPLC a partir de muestras obtenidas de extracciones utilizando el equipo Soxhlet, de las hojas frescas y el material deshidratado y oxidado de los ensayos que componen el LL y el LC.

En la Tabla 3 se ha considerado la suma de CBD, THC y CNB como el total de los compuestos activos, en cambio, los extractos claramente contienen otros compuestos activos de relevancia entre los que pueden ser mencionados: clorofilas, fitoquímicos, antioxidantes, carotenoides y otras sustancias bioactivas que no se informan en el presente trabajo dado que excede a los alcances planteados.

Además, la Tabla 3 presenta un resumen de las muestras caracterizadas (hojas de Cannabis sativa L.) y el perfil químico de los ápices de la “Genética Rucucú”. Para el caso particular del CBD se observa que los ápices poseen una concentración de 210 miligramos por gramo de material vegetal utilizado, mientras que el promedio de los ensayos que conforman el LL presentan un valor de 53,05 miligramos por gramo de material vegetal y los que componen el LC tienen una concentración de CBD de 49,63 miligramos por gramo de material vegetal. El promedio de las hojas frescas presenta un valor de 12,00 miligramos por gramo de material vegetal, indicando que la concentración de CBD en un gramo de ápice equivale a cuatro gramos de hojas deshidratadas.

Al analizar los valores presentados en la Tabla 3, se observa que las concentraciones de THC y CBN cuantificadas en las hojas deshidratadas y oxidadas térmicamente en el Secadero-Reactor muestran una correlación consistente con los valores de estos compuestos activos en el ápice de la variedad “Genética Rucucú”. Este hallazgo resulta particularmente relevante para la evaluación de los metabolitos activos presentes en las hojas.

Figuras 8: Hojas frescas y deshidratadas-oxidadas de Cannabis sativa L. y 9.

Figura 9: Hojas deshidratadas y oxidadas de Cannabis sativa L.

La Figura 8 muestra las hojas de Cannabis sativa L. en su estado original antes del tratamiento térmico, mientras que la Figura 9 presenta el material vegetal posterior a la deshidratación y oxidación térmica. Al comparar ambas imágenes, se evidencia una considerable transformación en el material: las hojas pierden la turgencia y el color verde intenso característico, adquiriendo una coloración más apagada, verde pálido, amarillento y opaco, con matices marrones. Esta drástica reducción de volumen y peso es una clara evidencia de la deshidratación inducida. No obstante, las hojas deshidratadas y oxidadas térmicamente mantienen una pigmentación verdosa residual. Esto sugiere la presencia remanente de compuestos activos como clorofilas, carotenoides, fitoquímicos y antioxidantes, cuya cuantificación y estudio quedan fuera del alcance del presente trabajo.

CONCLUSIONES

Las curvas de estrés térmico en el Secadero-Reactor de hojas de Cannabis sativa L. presentan consistencia entre los ensayos realizados, confirmando que la diferencia entre LL y LC no afecta significativamente la cinética del proceso de deshidratación y posterior oxidación térmica.

Las curvas de humedad relativa manifiestan la existencia de una zona de deshidratación y una zona de oxidación térmica del material vegetal y confirman que la deshidratación se produce durante las 5 a 6 primeras horas de iniciado el estrés térmico y que luego solo tiene lugar un proceso oxidativo por acción térmica.

Los resultados de las determinaciones químicas evidencian que el material residual generado en la cannabicultura implica el descarte de compuestos activos, particularmente CBD, en una relación estimada de 1:4 (gramos de ápice respecto a gramos de hojas deshidratadas y oxidadas térmicamente). Este hallazgo señala una pérdida sustancial tanto en términos productivos como económicos, asociada al manejo ineficiente de los subproductos vegetales.

Financiamiento: Las tareas desarrolladas en el marco del presente trabajo fueron financiadas por la Facultad Regional Resistencia de la Universidad Tecnológica Nacional y la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura de la Universidad Nacional del Nordeste.

Conflicto de interés: Los autores no tienen potenciales conflictos de interés que declarar.

Editora responsable:

Graciela María Patricia Velázquez de Saldivar https://orcid.org/0000-0002-8763-086X. Universidad del Cono Sur de las Américas (UCSA). Asunción, Paraguay.

Disponibilidad de datos: los datos que respaldan los resultados de este estudio están disponibles a solicitud del autor correspondiente, Alfredo Fabián Sequeira (alfreseq@gmail.com ).