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Fig. 1 : les systèmes de vide avec pompes à vide à vis et boosters de vide sont les générateurs de vide idéaux pour de nombreux processus industriels d’extraction de cannabinoïdes. Source : Busch Solutions de Vide.

Technologie de vide dans l’extraction de cannabinoïdes

Cannabinoïdes pour applications médicales

L’utilisation de la plante de cannabis pour la fabrication de médicaments se développe considérablement après son autorisation comme remède dans de nombreux pays. Les cannabinoïdes sont particulièrement importants pour les applications médicales. Les substances actives primaires, le cannabidiol (CBD) et le tétrahydrocannabinol (THC), sont principalement demandées d'un point de vue médical. La technologie du vide joue un rôle important dans la transformation industrielle du cannabis pour obtenir du CBD et du THC de haute qualité. Elle peut être utilisée pour le séchage, l’extraction, l’évaporation et la distillation. Seule la technologie du vide permet la fabrication efficace de ces principes actifs purs à partir des composants de la plante de cannabis.

Les plantes de cannabis sont composées d’une variété de cannabinoïdes, terpènes, flavonoïdes et autres substances. Le cannabinoïde psychoactif THC peut être utilisé pour le traitement des allergies, la thérapie de la douleur, l'anxiété et les troubles de l'alimentation ou encore dans la thérapie du cancer. Le cannabinoïde CBD favorise la réponse du système nerveux, est analgésique et anti-inflammatoire. Le CBD est également utilisé dans l’alimentation et les cosmétiques. Outre ces deux principes actifs, d’autres produits peuvent être obtenus à partir de la plante de chanvre, tels que les acides gras saturés, le bêta-carotène, les acides gras oméga-3 et la vitamine E.

L’extraction des principes actifs THC et CBD implique divers processus (Fig. 2). Certains d’entre eux fonctionnent sous vide afin de permettre la fabrication la plus efficace de ces principes actifs. Les différents processus sont décrits ci-dessous.

Lyophilisation

Lalyophilisation est devenue prédominante dans le séchage industriel des plantes de cannabis récoltées. Elle permet un séchage rapide et doux des plantes ou des parties de plantes composées à 80 % d’eau. La lyophilisation est basée sur le processus physique de la sublimation : sous vide l'eau passe directement d'un état solide et gelé à un état gazeux - la glace s'évapore. Les plantes de cannabis ou leurs composants sont d’abord surgelés à pression normale. Elles sont ensuite soumises à un vide dans lequel l’eau congelée se sublime à partir du produit, devenant ainsi gazeuse. Cela permet d’aspirer l’eau sous forme de vapeur sans la chauffer. Cela signifie que les substances ne sont pas affectées négativement par des températures trop élevées ou par une longue période de séchage. L’utilisation correcte de la technologie de vide est importante pour ce processus de séchage. Normalement, en fonction de l’installation, des pressions absolues de 0,001 à 0,5 millibar sont utilisées pour la lyophilisation.

Une autre méthode de séchage est le séchage assisté par micro-ondes. Cette procédure est plus rapide que la lyophilisation. Le niveau de pression se situe dans une plage de vide primaire allant de 10 à 400 mbar.

Extraction

Lors de l’extraction, l’huile de cannabis est obtenue à partir des parties sèches de la plante, ce que l’on appelle la biomasse. L’huile de cannabis est un extrait de la plante de cannabis qui, non transformé, contient une variété de cannabinoïdes. Les plus recherchés sont le CBD et le THC, qui représentent entre 60 et 80 pour cent. De plus, l’huile de cannabis contient des huiles essentielles (terpènes), des flavonoïdes, des lipides, des cires et des graisses. La composition de cette huile brute dépend de l’installation elle-même ou des composants utilisés, de la méthode d’extraction choisie et de paramètres tels que la température, les conditions de pression et la durée. L'extraction par hydrocarbures et l'extraction par dioxyde de carbone étaient initialement les méthodes les plus courantes pour extraire l'huile de la plante de cannabis, et les deux procédés d'extraction nécessitent une hivernisation ultérieure. L'huile brute est mélangée à de l’éthanol, refroidie à -40 °C et soumise à une filtration à froid. Cela élimine les cires et la graisse de l’huile.

Extraction par l'éthanol

L’extraction par l’éthanol est désormais établie dans la transformation industrielle de l’usine de cannabis. Cette procédure combine la haute efficacité de l’extraction par hydrocarbures avec le haut niveau de sécurité de l’extraction par dioxyde de carbone. Il n'y a pas non plus besoin d’hivernage. Étant donné que l’éthanol est un solvant très efficace qui extrait également les substances indésirables de la biomasse, l’extraction est effectuée avec de l’éthanol surrefroidi (cryogène) et sous vide à des pressions absolues de 0,001 à 1 mbar (Fig. 3). Les propriétés d’extraction souhaitées sont ainsi atteintes.

Le produit intermédiaire de cette extraction est toujours un mélange d’huile de cannabis et d’éthanol.

Évaporation sous vide


Le mélange huile de cannabis/éthanol est ensuite injecté dans un processus d’évaporation pour éliminer l’éthanol qu’il contient.En raison du faible point d'ébullition de l'éthanol, cette opération peut être réalisée en laboratoire ou à l'échelle pilote dans un évaporateur rotatif à température ambiante ou avec un modeste apport de chaleur et un vide approximatif de 50 à 100 mbar. Les pompes à vide à anneau liquide fonctionnant avec de l’éthanol comme fluide de fonctionnement peuvent être utilisées à cet effet. L’éthanol peut être liquéfié à nouveau via un condenseur et réinjecté dans le cycle. Pour un fonctionnement à l’échelle industrielle, des évaporateurs à couche mince ou essuyable peuvent être utilisés pour éliminer efficacement la majeure partie du solvant produisant l'huile brute, en travaillant à un niveau de vide plus élevé. Après évaporation sous vide, on obtient l'huile brute avec une concentration en THC/CBD de 60 à 80 %.

Distillation


Outre les cannabinoïdes, l'huile brute de cannabis contient également des terpènes comme huiles aromatiques et des flavonoïdes comme vecteurs d’arômes bioactifs. Ils doivent être séparés dans un processus de distillation. L’un des processus de distillation les plus couramment utilisés et les plus efficaces est la distillation à court terme. Cela implique de prendre en compte les différents points d’ébullition des différents composants de l’huile sous certaines températures et pressions pour la séparation. Alors que le THC commence à s’évaporer à une pression atmosphérique de 157 °C, le CBD s’évapore à 160 – 180 °C. Les terpènes et flavonoïdes individuels ont des points d’ébullition plus bas. En effectuant la distillation sous vide, cela permet de réduire les températures nécessaires à l’ébullition des différents cannabinoïdes. La distillation à court terme fonctionne avec un niveau de vide de 0,001 à 1 mbar (Fig. 3). L’huile est chauffée lentement et le niveau de vide est réglé de manière à ce que les terpènes et les flavonoïdes s’évaporent de manière sélective et puissent être obtenus par condensation. Ce qui reste sous forme de concentré est un liquide contenant les cannabinoïdes THC et CBD dans une pureté de 99 %. Dans une deuxième étape de distillation, le THC est séparé du CBD dans un évaporateur à couche mince. Les évaporateurs à couche mince fonctionnent de la même manière que les distillateurs à court terme avec le vide et des températures différentes. En principe, la distillation est effectuée à des niveaux de vide approximatifs d’environ 1 mbar et à des températures supérieures. Pour activer l’effet psychoactif du THC, ce cannabinoïde doit être chauffé à 104 °C, un processus appelé décarboxylation. Si cette température n’est pas atteinte pendant la distillation, la décarboxylation doit être effectuée dans une étape intermédiaire avant la distillation. Au cours de cette dernière étape du processus, on obtient enfin du CBD et du THC purs, qui peuvent désormais être transformés en tant que principes actifs pour diverses applications. Les méthodes utilisées pour obtenir le CBD et le THC varient et dépendent notamment du type de cannabis et de la quantité traitée. Par conséquent, la technologie de vide utilisée, les paramètres techniques de la pompe à vide, tels que la pression finale atteignable ou sa vitesse de pompage, doivent également être adaptés individuellement aux processus respectifs. Une combinaison de pompes à vide peut également s’avérer économique et technique, par exemple pour accélérer les processus ou protéger les matériaux sensibles à la chaleur contre des températures excessives. Il est donc essentiel de consulter un spécialiste du vide lors du choix de l’alimentation en vide. La société Busch Solutions de Vide propose une large gamme de pompes à vide et de systèmes de vide individuels pour toutes les applications. Les conseils personnalisés et complets des spécialistes du vide Busch sont toujours garantis grâce à la présence mondiale de l’entreprise. Le tableau (Fig. 4) donne une estimation approximative des technologies de vide qui peuvent être utilisées.