Vakuumteknologi i ekstraksjon av cannabinoider

Det er betydelig økning i bruken av cannabisplanten til fremstilling av legemidler etter at den ble godkjent til medisinsk bruk i mange land. Cannabinoider er spesielt viktige innenfor medisinske bruksområder. De viktigste virkestoffene cannabidiol (CBD) og tetrahydrocannabinol (THC) etterspørres hovedsakelig fra et medisinsk ståsted. Vakuumteknologi spiller en viktig rolle i den industrielle foredlingen av cannabis for å fremstille CBD og THC av høy kvalitet. Teknologien kan brukes til tørking, ekstraksjon, fordamping og destillering. Vakuumteknologi gjør det mulig å fremstille disse rene virkestoffene av komponentene i cannabisplanten på en effektiv og virkningsfull måte.

Cannabisplanter består av ulike cannabinoider, terpener, flavonoider og andre stoffer. Det psykoaktive cannabinoidet THC kan brukes i behandling av allergier, smerter, angst og spiseforstyrrelser, samt i kreftbehandling. Cannabinoidet CBD fremmer respons i nervesystemet og er smertestillende og antiinflammatorisk. CBD brukes også i mat og kosmetikk. I tillegg til disse to aktive ingrediensene, kan andre produkter også utvinnes fra hampplanten, for eksempel lettede fettsyrer, betakaroten, mettede omega-3 fettsyrer og E-vitamin.

Ekstraksjon av de aktive ingrediensene THC og CBD innbefatter ulike prosesser (fig. 2). Noen av disse prosessene benytter vakuum for å kunne fremstille de aktive ingrediensene på den mest effektive og virkningsfulle måten. De individuelle trinnene beskrives nedenfor.

Frysetørring

Frysetørring er sentralt ved industriell tørking av høstede cannabisplanter. Det gjør at planter eller plantedeler, som består av 80 prosent vann, kan tørkes raskt og skånsomt. Frysetørring er basert på den fysiske sublimeringsprosessen: Under vakuum går vannet direkte fra en fast, fryst tilstand til en gasstilstand – isen fordamper. Cannabisplantene, eller komponentene av dem, blir først dypfryst under vanlig trykk. De blir deretter utsatt for et vakuum, der frosset vann sublimerer fra produktet, og dermed går over i gassform. Dette gjør at vannet kan suges ut som damp uten å måtte varmes opp. Dermed blir ikke stoffene negativt påvirket verken av høye temperaturer eller av en lang tørkeperiode. Riktig bruk av vakuumteknologi er viktig for denne tørkeprosessen. Avhengig av planten, brukes vanligvis absoluttrykk på 0,001 til 0,5 mbar ved frysetørring.

En annen tørkemetode er mikrobølgeassistert tørking. Denne prosedyren er raskere som frysetørring. Trykknivået er i et grovt vakuumområde på 10 til 400 mbar.

Ekstraksjon

Under ekstraksjon blir cannabisolje utvunnet fra de tørkede plantedelene, kalt biomasse. Cannabisolje er et ekstrakt fra cannabisplanten, som ubehandlet inneholder ulike cannabinoider. De mest etterspurte er CBD og THC, som står for mellom 60 og 80 prosent. Cannabisolje inneholder i tillegg eteriske oljer (terpener), flavonoider, lipider, voks og fett. Sammensetningen av denne råoljen avhenger av selve planten eller av komponentene som brukes, den valgte ekstraksjonsmetoden og parametere som temperatur, trykkforhold og tid. Hydrokarbon- og karbondioksidekstraksjon var opprinnelig de mest vanlige metodene for å ekstrahere olje fra cannabisplanten, og begge ekstraksjonsprosessene krever påfølgende vinterisering. Råoljen blandes med etanol, avkjøles til −40 °C og gjennomgår kaldfiltrering. Dette fjerner voks og fett fra oljen.

Etanolekstraksjon

Etanolekstraksjon er nå blitt etablert innenfor industriell prosessering av cannabisplanten. Denne prosedyren kombinerer den høye effektiviteten ved hydrokarbonekstraksjon med det høye sikkerhetsnivået ved karbondioksidekstraksjon. Det er heller ikke behov for vinterisering. Siden etanol er et svært effektivt løsemiddel som også ekstraherer uønskede stoffer fra biomassen, blir ekstraksjonen utført med superavkjølt (kryogen) etanol og under vakuum med absoluttrykk på 0,001 til 1 mbar (fig. 3). De ønskede ekstraksjonsegenskapene blir dermed oppnådd.

Mellomproduktet i ekstraksjonen er alltid en blanding av cannabisolje og etanol.

Vakuumfordampning

Blandingen av cannabisolje og etanol mates deretter inn i en fordampingsprosess, for å fjerne innholdet av etanol.På grunn av det lave kokepunktet til etanol kan dette gjøres i lab- eller pilotskalaprosesser i en rotasjonsfordamper ved romtemperatur eller med forsiktig tilførsel av varme og et grovt vakuum på 50 til 100 mbar. Væskeringvakuumpumper som kjører med etanol som driftsvæske, kan brukes til dette. Etanol kan gjøres om til væske igjen via et destillasjonsapparat, og mates inn i syklusen. Til drift i industriell skala kan tynnfilm- eller wipe-filmfordampere brukes til effektiv fjerning av mesteparten av løsemiddelet som produserer råoljen, og kjøre med et høyere vakuumnivå. Etter vakuumfordamping er råoljen med en THC/CBD-konsentrasjon på 60 til 80 prosent fremstilt.

Destillering

I tillegg til cannabinoider inneholder cannabis-råoljen også terpener som aromatiske oljer og flavonoider som bioaktive smaksbærere. De må separeres i en destillasjonsprosess. En av de mest brukte og effektive destillasjonsprosessene er den såkalte kortveisdestillasjonen. Denne innebærer at man tar de ulike kokepunktene til de individuelle komponentene under bestemte temperaturer og trykk, med i beregningen for separasjonen. Mens THC begynner å fordampe ved 157 °C i atmosfærisk trykk, fordamper CBD ved 160 til 180 °C. Individuelle terpener og flavonoider har lavere kokepunkt. Ved å utføre destillasjonen under vakuum gjør dette det mulig å redusere temperaturene som kreves for å koke de ulike cannabinoidene. Kortveisdestillasjon virker med et vakuumnivå på 0,001 til 1 mbar (fig. 3). Oljen varmes opp sakte og vakuumnivået justeres slik at terpener og flavonoider fordamper selektivt,og kan fremstilles ved kondensering. Det som gjenstår som konsentrat, er en væske som inneholder cannabinoidene THC og CBD, med en renhet på 99 prosent. I et annet destillasjonstrinn separeres THC fra CBD i en tynnfilmfordamper. Tynnfilmfordampere fungerer på samme måte som kortveisdestillatorer med vakuum og ulike temperaturer. I prinsippet utføres destillasjonen med grove vakuumnivåer på rundt 1 mbar og høyere temperaturer. For å aktivere den psykoaktive virkningen av THC må dette cannabinoidet varmes opp til 104 °C, en prosess som kalles dekarboksylasjon. Hvis ikke denne temperaturen nås under destillasjonen, må dekarboksylasjon utføres i et mellomtrinn før destillasjonen. I dette siste prosesstrinnet fremstilles til slutt ren CBD og THC, som nå kan behandles videre som en aktiv ingrediens til ulike bruksområder. Metodene som brukes for å fremstille CBD og THC varierer, og avhenger ikke minst av hvilken type cannabis som behandles og i hvilken mengde. Derfor må vakuumteknologien som brukes, de tekniske parametrene for vakuumpumpen, som mulig sluttrykk eller pumpekapasitet, også tilpasses individuelt til de respektive prosessene. En kombinasjon av vakuumpumper kan også være både økonomisk og teknisk fornuftig, for eksempel for å akselerere prosesser eller beskytte varmesensitive materialer mot for høye temperaturer. Det er derfor viktig å rådføre seg med en vakuumspesialist når vakuumforsyningen skal velges. Busch Vacuum Solutions tilbyr et stort utvalg vakuumpumper og individuelle vakuumsystemer til alle bruksområder. Personlig og omfattende rådgivning fra vakuumspesialistene hos Busch er alltid garantert, takket være selskapets verdensomspennende tilstedeværelse. Tabellen (fig. 4) gir et grovt estimat over hvilke vakuumteknologier som kan brukes.