Vakuumteknologi til ekstraktion af cannabinoider

Brugen af hashplanten til fremstilling af lægemidler stiger enormt, efter den er blevet frigivet som et middel i mange lande. Cannabinoider er særligt vigtige for medicinske anvendelser. De primære aktive stoffer cannabidiol (CBD) og tetrahydrocannabinol (THC) er primært efterspurgte ud fra et medicinsk perspektiv. Vakuumteknologi spiller en vigtig rolle i den industrielle forarbejdning af hash for at opnå CBD og THC af høj kvalitet. Den kan anvendes til tørring, ekstraktion, fordampning og destillering. Alene vakuumteknologien gør det muligt at fremstille disse rene, aktive ingredienser effektivt fra cannabisanlæggets komponenter.

Cannabisplanter består af en række cannabinoider, terpener, flavonoider og andre stoffer. Den psykoaktive cannabinoid THC kan anvendes til behandling af allergi, smerter, angst og spiseforstyrrelser og også til kræftbehandling. Cannabinoid CBD fremmer reaktionen på nervesystemet, er analgetisk og antiinflammatorisk. CBD anvendes også i fødevarer og kosmetik. Ud over disse to aktive ingredienser kan der også findes andre produkter fra hampplanten, som fx mættede fedtsyrer, betakarotin, omega-3-fedtsyrer og E-vitamin.

Ekstraktionen af de aktive ingredienser THC og CBD involverer forskellige processer (fig. 2). Nogle af dem kører under vakuum for at muliggøre den mest effektive fremstilling af disse aktive ingredienser. De enkelte processer er beskrevet nedenfor.

Frysetørring

Frysetørring er blevet udbredt i industriel tørring af høstede hashplanter. Det muliggør hurtig, men nænsom tørring af planter eller plantedele, der består af 80 procent vand. Frysetørring er baseret på en fysisk proces kaldet sublimering: Vand passerer direkte under vakuum fra den faste, frosne form til gasformen – isen fordamper. Cannabisplanterne eller deres komponenter dybfryses først ved normalt tryk. De udsættes derefter for et vakuum, hvor frosset vand sublimeres fra produktet, og det bliver dermed gasformigt. Dermed kan vandet suges ud som damp uden at opvarme det. Det betyder, at stofferne hverken påvirkes negativt af for høje temperaturer eller lang tørretid. Korrekt brug af vakuumteknologi er vigtig for denne tørreproces. Afhængigt af anlægget anvendes der normalt absolutte tryk på 0,001 til 0,5 millibar til frysetørring.

En anden tørremetode er tørring med mikrobølge. Denne procedure er hurtigere end frysetørring. Trykniveauet ligger i et groft vakuumområde fra 10 til 400 mbar.

Udsugning

Under udvindingen udvindes cannabisolie fra de tørrede plantedele – den såkaldte biomasse. Cannabisolie er et ekstrakt fra cannabisplanten, som ubehandlet indeholder en række cannabinoider. De mest ønskede er CBD og THC, som udgør mellem 60 og 80 procent. Derudover indeholder cannabisolie æteriske olier (terpener), flavonoider, lipider, voks og fedt. Sammensætningen af denne råolie afhænger af selve planten eller af de anvendte komponenter, den valgte ekstraktionsmetode og parametre som temperatur, trykforhold og tid. Udvinding af kulbrinter og kuldioxid var i første omgang de mest almindelige metoder til at udvinde olie fra cannabisplanten, og begge udvindingsprocesser kræver efterfølgende vinterklargøring. Råolien blandes med ethanol, afkøles til -40° Celsius og underkastes koldfiltrering. Dette fjerner voks og fedt fra olien.

Ethanolekstraktion

Ethanolekstraktion er nu etableret i den industrielle forarbejdning af cannabisplanten. Denne procedure kombinerer den høje effektivitet ved kulbrinteudvinding med det høje sikkerhedsniveau ved kuldioxidudvinding. Der er heller ikke behov for vinterklargøring. Da ethanol er et meget effektivt opløsningsmiddel, som også udvinder uønskede stoffer fra biomassen, foretages ekstraktionen med overkølet (kryogent) ethanol og under vakuum ved absolutte tryk på 0,001 til 1 mbar (fig. 3). Dermed opnås de ønskede udsugningsegenskaber.

Ekstraktionens mellemprodukt er altid en blanding af cannabisolie og ethanol.

Vakuumfordampning

Cannabisolie/ethanolblandingen føres derefter gennem en fordampningsproces for at fjerne den ethanol, den indeholder.På grund af ethanols lave kogepunkt kan dette gøres i laboratorie- eller pilotskalaprocesser i en rotationsfordamper ved stuetemperatur eller ved let øget stuetemperatur og et grov vakuum på 50 t0 100 mbar. Hertil kan anvendes væskeringsvakuumpumper, der drives med ethanol som driftsvæske. Ethanolen kan gøres flydende igen via en kondensator og tilføres cyklussen. Til drift i industriel målestok kan der anvendes fordampere med tynd eller aftørret film til effektivt at fjerne størstedelen af det opløsningsmiddel, der producerer råolien, ved at arbejde på et højere vakuumniveau. Efter vakuumfordampning opnås råolien med en THC/CBD-koncentration på 60-80 %.

Destillering

Ud over cannabinoiderne indeholder hasholien også terpener som aromatiske olier og flavonoider som bioaktive smagsbærere. De skal adskilles i en destilleringsproces. En af de mest almindeligt anvendte og mest effektive destillationsprocesser er den såkaldte "short path"-destillering. Dette indebærer, at der tages højde for de forskellige kogepunkter for de enkelte komponenter i olien ved bestemte temperaturer og tryk under udskillelsen. Mens THC begynder at fordampe ved et atmosfærisk tryk på 157° Celsius, fordamper CBD ved 160 til 180° Celsius. Individuelle terpener og flavonoider har lavere kogepunkter. Ved at udføre destillering under vakuum kan de forskellige cannabinoider reduceres. Kortvarig destillering fungerer med et vakuumniveau på 0,001 til 1 mbar (fig. 3). Olien opvarmes langsomt, og vakuumniveauet justeres, så terpener og flavonoider fordamper selektivt og kan opnås ved kondensering. Det, der er tilbage som koncentrat, er en væske, der indeholder cannabinoiderne THC og CBD i en renhed på 99 procent. I et andet destilleringstrin udskilles THC fra CBD i en tyndfilmsfordamper. Tyndfilmsfordampere fungerer på samme måde som kortvarige destillatorer med vakuum og forskellige temperaturer. I princippet udføres destillering med grove vakuumniveauer på ca. 1 mbar og højere temperaturer. For at aktivere den psykoaktive effekt af THC skal denne cannabinoid opvarmes til 104 °C – en proces, der kaldes decarboxylering. Hvis denne temperatur ikke nås under destilleringen, skal decarboxyleringen foretages i et mellemtrin før destilleringen. I dette sidste procestrin opnås endelig ren CBD og THC, som nu kan viderebehandles som aktiv ingrediens til forskellige anvendelser. Metoderne til opnåelse af CBD og THC varierer og afhænger ikke mindst af typen af hash og den mængde, der behandles. Derfor skal den anvendte vakuumteknologi, vakuumpumpens tekniske parametre, såsom det opnåelige sluttryk eller pumpehastigheden, også tilpasses individuelt til de respektive processer. En kombination af vakuumpumper kan også give både økonomisk og teknisk mening, f.eks. for at fremskynde processer eller for at beskytte varmefølsomme materialer mod overtemperaturer. Det er derfor vigtigt at rådføre sig med en vakuumspecialist, når vakuumforsyningen vælges. Virksomheden, Busch Vacuum Solutions, tilbyder et bredt udvalg af vakuumpumper og individuelle vakuumsystemer til alle anvendelser. Personlig og omfattende rådgivning fra Buschs vakuumspecialister er altid garanteret takket være virksomhedens globale tilstedeværelse. Tabellen (fig. 4) giver et groft skøn over, hvilke vakuumteknologier der kan anvendes.