Вакуумная технология в экстракции каннабиноидов

После того, как многие страны разрешили применение каннабиса в медицинских целях, его использование при производстве лекарственных средств резко возросло. Каннабиноиды имеют особое значение для медицинского применения. С медицинской точки зрения, первостепенное значение имеют основные действующие вещества каннабиса — каннабидиол (КБД) и тетрагидроканнабинол (ТГК). Вакуумная технология играет важную роль в промышленной обработке каннабиса для получения высококачественных КБД и ТГК. Она может использоваться для сушки, экстракции, выпаривания и дистилляции. Только вакуумная технология обеспечивает эффективное и экологичное производство этих чистых активных ингредиентов из компонентов растения каннабиса.

Растения каннабиса состоят из различных каннабиноидов, терпенов, флавоноидов и других веществ. Психоактивный каннабиноид ТГК можно использовать для лечения аллергии, болевого синдрома, тревоги и расстройств пищевого поведения, а также в терапии рака. Каннабиноид КБД способствует реакции нервной системы, обладает обезболивающим и противовоспалительным действием. КБД также используется в пищевых продуктах и косметике. В дополнение к этим двум активным ингредиентам, из конопли могут быть получены и другие продукты, такие как насыщенные жирные кислоты, бета-каротин, жирные кислоты омега-3 и витамин Е.

Экстракция активных ингредиентов ТГК и КБД включает различные процессы (рис. 2). Некоторые из них выполняются в условиях вакуума, чтобы обеспечить наиболее эффективное и экологичное производство этих активных ингредиентов. Ниже описаны отдельные процессы.

Лиофильная сушка

Лиофильная сушка получила распространение в промышленной сушке собранных растений каннабиса. Она обеспечивает быструю, но в то же время бережную сушку растений или их частей, состоящих на 80 процентов из воды. Лиофильная сушка основана на физическом процессе сублимации: в условиях вакуума вода переходит непосредственно из твердого, замерзшего состояния в газообразное — лед испаряется. Растения каннабиса или их компоненты сначала подвергаются глубокой заморозке при нормальном давлении. Затем они подвергаются воздействию вакуума, в котором замороженная вода сублимируется из продукта и переходит в газообразное состояние. Это позволяет отсасывать воду в виде пара, не нагревая ее. Это означает, что вещества не подвергаются негативному воздействию слишком высоких температур или длительного периода сушки. Для этого процесса сушки важно правильно использовать вакуумную технологию. Как правило, для лиофильной сушки используется абсолютное давление от 0,001 до 0,5 миллибар, в зависимости от растения.

Другим методом является сушка с использованием микроволн. Эта процедура выполняется быстрее, чем лиофильная сушка. Уровень давления находится в диапазоне грубого вакуума от 10 до 400 мбар.

Экстракция

Во время экстракции масло каннабиса получают из высушенных частей растений — так называемой биомассы. Масло каннабиса — это экстракт из растения каннабиса, который в необработанном виде содержит различные каннабиноиды. Наиболее востребованными из них являются КБД и ТГК, на которые приходится от 60 до 80 процентов. Кроме того, масло каннабиса содержит эфирные масла (терпены), флавоноиды, липиды, воски и жиры. Состав этого неочищенного масла зависит от самого растения или от используемых компонентов, выбранного метода экстракции и различных параметров, таких как температура, давление и время. Экстракция с использованием углеводорода и углекислого газа изначально являлись самыми распространенными методами извлечения масла из растения каннабиса, и оба процесса экстракции требуют последующего фракционирования. Неочищенное масло смешивается с этанолом, охлаждается до –40 °C и подвергается холодной фильтрации. Это позволяет удалить воски и жиры из масла.

Этаноловая экстракция

Этаноловая экстракция теперь применяется в промышленной обработке растения каннабиса. Эта процедура сочетает в себе высокую эффективность экстракции с использованием углеводорода и высокий уровень безопасности экстракции с использованием углекислого газа. Кроме того, отпадает необходимость в фракционировании. Поскольку этанол является очень эффективным растворителем, который также используется для извлечения нежелательных веществ из биомассы, экстракцию выполняют с использованием переохлажденного (криогенного) этанола в условиях вакуума при абсолютном давлении от 0,001 до 1 мбар (рис. 3). Таким образом достигаются требуемые свойства экстракции.

Промежуточный продукт экстракции всегда представляет собой смесь масла каннабиса и этанола.

Выпаривание под вакуумом

Затем смесь масла каннабиса/этанола подают в процесс испарения для удаления содержащегося в ней этанола.За счет низкой точки кипения этанола это можно сделать в лаборатории или в полупромышленных условиях в ротационном испарителе при комнатной температуре или добавлении небольшого количества тепла и при грубом вакууме от 50 до 100 мбар. Для этого можно использовать жидкостно-кольцевые вакуумные насосы, работающие на этаноле в качестве рабочей жидкости. Этанол можно снова сжижать через конденсатор и подавать в цикл. В промышленных условиях для эффективного удаления большей части растворителя можно использовать тонкопленочные или пленочные испарители, производящие неочищенное масло, работающие при более высоком уровне вакуума. После выпаривания под вакуумом получают неочищенное масло с концентрацией ТГК/КБД от 60 до 80 процентов.

Дистилляция

Помимо каннабиноидов, неочищенное масло каннабиса также содержит терпены в качестве ароматических масел и флавоноиды в качестве биологически активных веществ. Их необходимо отделить в процессе дистилляции. Одним из наиболее часто используемых и эффективных процессов дистилляции является так называемая молекулярная дистилляция. При этом для отделения учитываются различные точки кипения отдельных компонентов масла при определенных температурах и давлении. В то время как ТГК начинает испаряться при атмосферном давлении и температуре 157 °C, КБД испаряется при температуре от 160 до 180 °C. Отдельные терпены и флавоноиды имеют более низкие точки кипения. При выполнении дистилляции в условиях вакуума можно снизить температуры, необходимые для доведения различных каннабиноидов до кипения. Молекулярная дистилляция выполняется при уровне вакуума от 0,001 до 1 мбар (рис. 3). Масло медленно нагревается, и уровень вакуума регулируется таким образом, чтобы терпены и флавоноиды испарялись выборочно и могли быть получены путем конденсации. Оставшийся концентрат представляет собой жидкость, содержащую каннабиноиды ТГК и КБД с чистотой 99 процентов. На втором этапе дистилляции ТГК отделяют от КБД в тонкопленочном испарителе. Тонкопленочные испарители работают аналогично молекулярным дистилляторам в условиях вакуума и различных температур. Как правило, дистилляция выполняется при грубом вакууме около 1 мбар и более высоких температурах. Для активации психоактивного эффекта ТГК этот каннабиноид необходимо нагреть до 104 °C — этот процесс называется декарбоксилированием. Если во время дистилляции эта температура не достигается, декарбоксилирование необходимо выполнить на промежуточном этапе перед дистилляцией. На последнем этапе процесса получают очищенные КБД и ТГК, которые теперь можно обрабатывать в качестве активных ингредиентов для различных областей применения. Методы, используемые для получения КБД и ТГК, различаются и зависят в том числе от вида каннабиса и обрабатываемого объема. Поэтому используемая вакуумная технология и технические параметры вакуумного насоса, такие как достижимое предельное остаточное давление или скорость откачки, также должны быть адаптированы к соответствующим процессам. Комбинирование вакуумных насосов также может быть оправдано с экономической и технической точки зрения, например, для ускорения процессов или защиты термочувствительных материалов от перегрева. Поэтому при выборе системы подачи вакуума необходимо проконсультироваться со специалистом по вакууму. Компания Busch Vacuum Solutions предлагает широкий ассортимент вакуумных насосов и отдельных вакуумных систем для всех областей применения. Персональные и подробные консультации специалистов по вакууму можно получить в любое время, поскольку компания Busch имеет представительства по всему миру. В таблице (рис. 4) приведены примеры вакуумных технологий, которые можно использовать.