Vakuová technologie při extrakci kanabinoidů

Použití konopí k výrobě léčiv se po uvolnění tohoto léčiva v mnoha zemích velmi zvyšuje. Kanabinoidy mají zvláštní význam pro lékařské aplikace. Primární účinné látky kanabidiol (CBD) a tetrahydrokanabinol (THC) jsou poptávány zejména z lékařského hlediska. Vakuová technologie hraje důležitou roli v průmyslovém zpracování konopí pro získání vysoce kvalitních CBD a THC. Lze ji použít k sušení, extrakci, odpařování a destilaci. Samotná vakuová technologie umožňuje efektivní a účinnou výrobu těchto čistých aktivních látek ze složek závodu v kanabisu.

Rostliny konopí se skládají z různých kanabinoidů, terpenů, flavonoidů a dalších látek. Psychoaktivní kanabinoidní THC lze použít k léčbě alergie, bolestí, úzkostí a onemocnění požívání potravin nebo také k léčbě rakoviny. Kanabinoidní CBD podporuje reakci nervového systému, je analgetická a protizánětlivá. CBD se používá také v potravinářství a kosmetice. Kromě těchto dvou účinných složek lze z konopí získat další produkty, jako jsou nasycené mastné kyseliny, beta-karoten, omega-3 mastné kyseliny a vitamín E.

Extrakce aktivních látek THC a CBD zahrnuje různé procesy (obr. 2). Některé z nich běží ve vakuu, aby umožnily nejúčinnější a nejefektivnější výrobu těchto aktivních látek. Jednotlivé procesy jsou popsány níže.

Sušení mrazem

V průmyslovém sušení sklizených rostlin konopí převládlo sušení mrazem. Umožňuje rychlé, ale šetrné sušení rostlin nebo částí rostlin, které tvoří 80 procent vody. Sušení mrazem je založeno na fyzikálním procesu sublimace. Ve vakuu se voda mění z pevného, zmrzlého stavu přímo na páru – led se odpařuje. Rostliny konopí nebo jejich součásti jsou nejprve hluboce zmrazeny při normálním tlaku. Poté jsou vystaveny vakuu, v němž zmrzlá voda sublimuje z produktu a stává se tak plynnou. To umožňuje odsávat vodu jako páru, a to bez ohřívání. To znamená, že tyto látky nejsou negativně ovlivněny ani příliš vysokými teplotami, ani dlouhou dobou schnutí. Pro tento proces sušení je důležité správné používání vakuové technologie. Normálně se v závislosti na zařízení pro sušení mrazem používají absolutní tlaky 0,001 až 0,5 milibaru.

Další metodou sušení je sušení pomocí mikrovlnné trouby. Tento postup je rychlejší než lyofilizace. Úroveň tlaku je v rozsahu hrubého vakua od 10 do 400 mbar.

Odsávání

Při extrakci se získává konopný olej ze sušených rostlinných částí – tzv. biomasy. Konopný olej je extrakt z rostliny konopí, který je nezpracovaný a obsahuje různé kanabinoidy. Nejžádanější jsou CBD a THC, které představují 60 až 80 procent. Konopný olej navíc obsahuje esenciální oleje (terpeny), flavonoidy, lipidy, vosky a tuky. Složení tohoto surového oleje závisí na samotném zařízení nebo na použitých komponentách, zvolené metodě extrakce a parametrech, jako jsou teplota, tlakové podmínky a čas. Extrakce uhlovodíků a oxidu uhličitého byly zpočátku nejběžnějšími metodami extrakce oleje z konopí a oba extrakční procesy vyžadují následnou winterizaci. Surový olej je smíchán s etanolem, ochlazen na teplotu -40 °C a je vystaven chladné filtraci. Tím se z oleje odstraní vosk a mastnota.

Extrakce etanolem

V průmyslovém zpracování kanabisu se nyní etablovala extrakce etanolem. Tento postup kombinuje vysokou účinnost extrakce uhlovodíků s vysokou úrovní bezpečnosti extrakce oxidu uhličitého. Není také potřeba provádět winterizaci. Vzhledem k tomu, že etanol je velmi účinné rozpouštědlo, které také extrahuje nežádoucí látky z biomasy, je extrakce prováděna pomocí superchlazeného (kryogenního) etanolu a ve vakuu při absolutním tlaku 0,001 až 1 mbar (obr. 3). Tím se docílí požadovaných extrakčních vlastností.

Meziprodukt extrakce je vždy směs konopného oleje a etanolu.

Evaporace vakua

Směs konopného oleje a etanolu je potom přiváděna do procesu odpařování za účelem odstranění obsaženého etanolu.Díky nízkému bodu varu etanolu to lze provést v laboratorních nebo pilotních procesech v rotačním výparníku při pokojové teplotě nebo při malém tepelném přídavku a hrubém vakuu 50 až 100 mbaru. K tomu lze použít kapalinokružné vývěvy provozované s etanolem jako provozní kapalinou. Etanol je možné znovu zkapalnit pomocí kondenzátoru a přivést do cyklu. Při průmyslovém provozu mohou být k účinnému odstranění většího množství rozpouštědla produkujícího surový olej použity tenké nebo otočné výparníky, které pracují s vyšší hladinou vakua. Po vakuovém odpařování se dosáhne surového oleje s koncentrací THC/CBD 60 až 80 %.

Destilace

Kromě kanabinoidů obsahuje konopný olej také terpeny jako aromatické oleje a flavonoidy jako bioaktivní nosiče příchutí. Tyto musí být odděleny destilačním procesem. Jedním z nejčastěji používaných a nejúčinnějších destilačních procesů je takzvaná krátká destilace. U tohoto procesu se berou v úvahu rozdílné body varu jednotlivých složek oleje při určitých teplotách a tlacích. Zatímco THC se začíná odpařovat při atmosférickém tlaku při teplotě 157 °C, CBD se odpařuje při teplotě 160 až 180 °C. Jednotlivé terpeny a flavonoidy mají nižší body varu. Destilace ve vakuu umožňuje snížení teplot potřebných k varu různých kanabinoidů. Krátká destilace funguje s hladinou vakua 0,001 až 1 mbar (obr. 3). Olej se pomalu zahřívá a hladina vakua se upravuje tak, aby se terpeny a flavonoidy selektivně odpařovaly a poté je lze sebrat kondenzací. Co zůstává jako koncentrát, je tekutina obsahující kanabinoidy THC a CBD v čistotě 99 %. Ve druhém destilačním kroku se THC oddělí od CBD v tenkovrstvém výparníku. Tenkovrstvé výparníky pracují podobně jako destilátory s krátkou dráhou s vakuem a různými teplotami. Destilace je v zásadě prováděna při hrubé hladině vakua kolem 1 mbaru a vyšších teplotách. Pro aktivaci psychoaktivního účinku THC musí být tento kanabinoid zahříván na teplotu 104 °C – což je proces zvaný dekarboxylace. Pokud není této teploty během destilace dosaženo, musí být dekarboxylace provedena v mezikroku před destilací. V tomto posledním kroku procesu jsou konečně získány čisté CBD a THC, které lze nyní dále zpracovávat jako aktivní složku pro různé aplikace. Metody používané k získání CBD a THC se liší a v neposlední řadě závisí na typu konopí a zpracovávaném množství. Proto musí být používané vakuové technologie a technické parametry vývěvy, jako jsou dosažitelný koncový tlak nebo rychlost čerpání, rovněž individuálně přizpůsobeny příslušným procesům. Ekonomický a technický smysl může také dávat jistá kombinace vývěv, například pro urychlení procesů nebo ochranu materiálů citlivých na teplo před nadměrnými teplotami. Proto je při výběru dodávky vakua nezbytné poradit se s odborníkem na vakuové systémy. Společnost Busch Vacuum Solutions nabízí širokou škálu vývěv a individuálních vakuových systémů pro všechny aplikace. Díky celosvětové přítomnosti společnosti Busch je vždy zaručeno osobní a komplexní poradenství ze strany odborníků na vakuum. Tabulka (obr. 4) uvádí přibližný odhad, které vakuové technologie lze použít.