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Fig. 1: sistemi per vuoto con pompe per vuoto a vite e booster per vuoto sono i generatori di vuoto ideali per molti processi industriali di estrazione dei cannabinoidi. Fonte: Busch Vacuum Solutions.

Tecnologia del vuoto nell'estrazione di cannabinoidi

Cannabinoidi per applicazioni mediche

Dopo che in molti Paesi ne è stato autorizzato l'uso come rimedio, la pianta della cannabis viene utilizzata sempre di più per la produzione di farmaci. I cannabinoidi sono particolarmente importanti per le applicazioni mediche. Le sostanze attive principali cannabidiolo (CBD) e tetraidrocannabinolo (THC) sono quelle maggiormente richieste in campo medico. La tecnologia del vuoto gioca un ruolo importante nel processo di lavorazione industriale della cannabis per ottenere CBD e THC di alta qualità. Può essere utilizzata per l'essiccazione, l'estrazione, l'evaporazione e la distillazione. La sola tecnologia del vuoto permette una produzione efficace ed efficiente di questi ingredienti attivi puri ricavandoli dalla pianta di cannabis.

Le piante di cannabis sono costituite da una varietà di cannabinoidi, terpeni, flavonoidi e altre sostanze. Il cannabinoide psicoattivo THC può essere utilizzato per il trattamento di allergie, nella terapia del dolore, nell'ansia e nei disordini alimentari, o anche nella terapia antitumorale. Il cannabinoide CBD favorisce la risposta del sistema nervoso, è analgesico e antinfiammatorio. Il CBD è utilizzato anche negli alimenti e nei cosmetici. Oltre a questi due ingredienti attivi, dalla pianta della canapa si ricavano anche altri prodotti, come acidi grassi saturi, beta-carotene, acidi grassi Omega-3 e vitamina E.

L'estrazione degli ingredienti attivi THC e CBD implica vari processi (fig. 2). Alcuni di questi si svolgono sotto vuoto, per consentire la produzione più efficace ed efficiente di questi ingredienti attivi. Di seguito si descrivono i singoli processi.

Liofilizzazione

La liofilizzazione è diventata predominante nell'essiccazione industriale delle piante di cannabis raccolte. Permette infatti un'essiccazione veloce, ma delicata delle piante o di parti delle piante, composte all'80% da acqua. La liofilizzazione si basa sul processo fisico della sublimazione: sotto vuoto, l'acqua passa direttamente dallo stato congelato solido allo stato gassoso; il ghiaccio infatti evapora. Le piante di cannabis o i loro componenti vengono innanzitutto surgelati a pressione normale. Successivamente vengono sottoposti a un vuoto in cui l'acqua gelata sublima dal prodotto, che diventa quindi gassoso. In questo modo l'acqua può essere aspirata in forma di vapore, senza essere riscaldata. Ciò significa che le sostanze non subiscono effetti negativi, né da temperature eccessivamente alte né da un lungo intervallo di tempo di essiccazione. L'utilizzo corretto della tecnologia del vuoto è importante per questo processo a secco. Normalmente, a seconda della pianta, per la liofilizzazione si utilizzano pressioni assolute pari a 0,001-0,5 millibar.

Un altro metodo di essiccazione è quello assistito da microonde. Questa procedura è più veloce della liofilizzazione. Il livello di pressione rientra in un intervallo di vuoto grossolano da 10 a 400 mbar.

Estrazione

Durante l'estrazione, dalle parti di pianta essiccate si ottiene l'olio di cannabis, la cosiddetta biomassa. L'olio di cannabis è un estratto della pianta che, non lavorato, contiene vari cannabinoidi. I più richiesti sono CBD e TCH, la cui quantità varia tra il 60% e l'80%. L'olio di cannabis contiene inoltre oli essenziali (terpeni), flavonoidi, lipidi, cere e grasso. La composizione di questo olio grezzo dipende dalla pianta stessa o dai componenti utilizzati, dal metodo di estrazione scelto e da parametri come temperatura, condizioni di pressione e tempo. L'estrazione di idrocarburi e anidride carbonica è stata inizialmente il metodo più diffuso per l'estrazione dell'olio dalla pianta di cannabis; entrambi i processi di estrazione richiedono una successiva winterizzazione (abbattimento rapido della temperatura). L'olio grezzo viene miscelato con etanolo, raffreddato a -40 °C e sottoposto a filtrazione a freddo. In questo modo dall'olio vengono rimossi cere e grassi.

Estrazione di etanolo

L'estrazione dell'etanolo sta prendendo sempre più piede nel processo di lavorazione industriale della pianta di cannabis. In questa procedura si combinano l'alta efficienza dell'estrazione di idrocarburi e l'alto livello di sicurezza dell'estrazione dell'anidride carbonica. Inoltre non occorre alcuna winterizzazione. Poiché l'etanolo è un solvente molto efficace che estrae anche sostanze indesiderate dalla biomassa, l'estrazione viene eseguita con etanolo criogenico e sotto vuoto a pressioni assolute di 0,001-1 mbar (fig. 3). Si ottengono così le proprietà di estrazione desiderate.

Il prodotto intermedio dell'estrazione è sempre una miscela di olio di cannabis ed etanolo.

Evaporazione a vuoto


La miscela di olio di cannabis/etanolo viene poi inserita in un processo di evaporazione per la rimozione dell'etanolo.Poiché il punto di ebollizione dell'etanolo è basso, ciò può avvenire in processi a scala di laboratorio o pilota in un vaporizzatore rotativo a temperatura ambiente, oppure con modesta aggiunta di calore e in vuoto grossolano di 50-100 mbar. A questo scopo si possono impiegare pompe per vuoto ad anello liquido dove come fluido operativo si utilizza etanolo. L'etanolo può essere nuovamente liquefatto mediante un condensatore e introdotto nel ciclo. Per l'attività su scala industriale, per rimuovere efficacemente la massa del solvente che produce l'olio grezzo, si possono impiegare vaporizzatori a film sottile o turbolento, lavorando a un livello di vuoto superiore. Dopo l'evaporazione sotto vuoto, si ottiene olio grezzo con una concentrazione di THC/CBD pari al 60%-80%.

Distillazione


Come i cannabinoidi, anche l'olio grezzo di cannabis contiene terpeni come oli aromatici e flavonoidi come veicolatori di aroma bioattivi. Questi devono essere separati in un processo di distillazione. Uno dei processi di distillazione utilizzati più diffusamente e più efficienti è la cosiddetta distillazione a percorso breve. In questo processo, per la separazione occorre considerare i punti di ebollizione differenti dei singoli componenti dell'olio a determinate temperature e pressioni. Mentre il THC inizia a evaporare a una temperatura di 157 °C, il CBD evapora a 160-180 °C. Singoli terpeni e flavonoidi hanno punti di ebollizione più bassi. La distillazione sotto vuoto permette di ridurre le temperature richieste per l'ebollizione dei vari cannabinoidi. La distillazione a percorso breve opera a un livello di vuoto di 0,001-1 mbar (fig. 3). L'olio viene riscaldato lentamente e il livello di vuoto è regolato in modo da consentire un'evaporazione selettiva di terpeni e flavonoidi, ottenibili così per condensazione. Il concentrato rimanente è un liquido che contiene i cannabinoidi THC e CBD a una purezza del 99%. In una seconda fase della distillazione, il THC viene separato dal CBD in un vaporizzatore a film sottile. I vaporizzatori a film sottile funzionano in modo simile ai distillatori a percorso breve con vuoto e temperature differenti. In linea di principio, la distillazione avviene con livelli di vuoto grossolano di circa 1 mbar e a temperature più alte. Per attivare il suo effetto psicoattivo, il cannabinoide THC deve essere riscaldato a 104 °C: questo processo è chiamato decarbossilazione. Se durante la distillazione non si raggiunge questa temperatura, la decarbossilazione deve essere eseguita in una fase intermedia prima della distillazione. In quest'ultima fase del processo, si ottengono definitivamente CBD e THC puri, che ora possono essere ulteriormente lavorati come ingrediente attivo per varie applicazioni. I metodi utilizzati per ottenere CBD e THC variano e dipendono soprattutto dal tipo di cannabis e dalla quantità lavorata. Occorre quindi anche adattare individualmente ai rispettivi processi la tecnologia del vuoto utilizzata e i parametri tecnici della pompa per vuoto, ad esempio la pressione assoluta nominale ottenibile o la capacità di aspirazione. Può avere senso dal punto di vista economico e tecnico anche una combinazione di pompe per vuoto, ad esempio per accelerare i processi o per proteggere materiali sensibili al calore da temperature eccessive. Per la scelta della fornitura di vuoto è dunque fondamentale consultare uno specialista del vuoto. La società Busch Vacuum Solutions offre un'ampia gamma di pompe per vuoto e singoli sistemi per vuoto per tutte le applicazioni. La presenza della società in tutto il mondo assicura la disponibilità di una consulenza personale e completa da parte degli specialisti del vuoto Busch. La tabella (fig. 4) presenta una stima approssimativa delle tecnologie del vuoto utilizzabili.