Vakuumteknik för extraktion av cannabinoider

Användning av cannabisväxten för framställning av mediciner har ökat enormt sedan denna har godkänts som läkemedel i många länder. Cannabinoider har särskild betydelse för medicinsk användning. De huvudsakliga aktiva ämnena cannabidiol (CBD) och tetrahydrocannabinol (THC) är särskilt efterfrågade i medicinskt hänseende. Vakuumteknik spelar en viktig roll vid industriell bearbetning av cannabis för att utvinna CBD och THC av hög kvalitet. Den kan användas för torkning, extraktion, förångning och destillering. Vakuumteknik möjliggör på egen hand effektiv tillverkning av dessa rena, aktiva ingredienser från cannabisväxtens olika delar.

Cannabisplantor består av olika slags cannabinoider, terpener, flavonoider och andra ämnen. Den psykoaktiva cannabinoiden THC kan användas vid behandling av allergier, smärtlindring, ångest och ätstörningar samt inom cancerbehandling. Cannabinoiden CBD främjar nervsystemets reaktioner, fungerar smärtstillande och antiinflammatoriskt. CBD används även i livsmedel och kosmetika. Utöver dessa två aktiva ingredienser kan andra produkter utvinnas ur hampaväxten, till exempel mättade fettsyror, betakaroten, omega-3-fettsyror och vitamin E.

Extraktion av de aktiva ingredienserna THC och CBD omfattar olika processer (fig. 2). Vissa av dem körs under vakuum för att möjliggöra en så effektiv framställning av dessa aktiva ingredienser som möjligt. De enskilda processerna beskrivs nedan.

Frystorkning

Frystorkning är vanligt förekommande vid industriell torkning av skördade cannabisplantor. Det ger en snabb, men skonsam, torkning av växter eller växtdelar som till 80 procent består av vatten. Frystorkning utgår från den fysiska processen sublimering där vatten under vakuum övergår direkt från sitt fasta, frusna tillstånd till gasform – isen avdunstar. Cannabisplantorna eller dess delar djupfryses inledningsvis vid normalt tryck. Därefter utsätts de för vakuum i vilket det frusna vattnet sublimeras från produkten och övergår till gasform. Vattnet kan då sugas bort som ånga utan att behöva värmas upp. Detta innebär att ämnena inte påverkas negativt varken av för höga temperaturer eller en lång torkperiod. Korrekt användning av vakuumteknik är viktigt för denna torkningsprocess. Normalt sett används, beroende på anläggningen, absoluta tryck på 0,001 till 0,5 millibar för frystorkning.

En annan torkningsmetod är mikrovågsassisterad torkning. Denna procedur är snabbare än frystorkning. Trycknivån ligger inom ett grovvakuumområde på 10 till 400 mbar.

Utvinning

Under extraktionen utvinns cannabisolja från de torkade växtdelarna – den så kallade biomassan. Cannabisolja är ett extrakt från cannabisväxten som i obearbetad form innehåller en mängd olika cannabinoider. De mest efterfrågade är CBD och THC som står för 60 till 80 procent. Därutöver innehåller cannabisolja essentiella oljor (terpener), flavonoider, lipider, vaxer och fett. Sammansättningen av denna råolja är beroende av själva växten eller vilka växtdelar som används, vald extraktionsmetod och parametrar så som temperatur, tryckförhållanden och tid. Extraktion av kolväte och koldioxid var till en början de vanligaste metoderna för extraktion av olja från cannabisväxten, där båda extraktionsprocesserna kräver efterföljande vinterisering. Råoljan blandas med etanol och kyls ner till -40 °C varefter den kallfiltreras. Detta avlägsnar vaxer och fett från oljan.

Etanolextraktion

Etanolextraktion har numera blivit den etablerade metoden för industriell bearbetning av cannabisväxten. Denna metod kombinerar den höga effektiviteten vid extraktion av kolväten och den höga säkerhetsnivån vid extraktion av koldioxid. Det finns inte heller något behov av vinterisering. Eftersom etanol är ett mycket effektivt lösningsmedel som även extraherar oönskade ämnen ur biomassan utförs extraktionen med superkyld (kryogen) etanol vid vakuum med absolut tryck på 0,001 till 1 mbar (fig. 3). Därmed uppnås de efterfrågade extraktionsegenskaperna.

Den preliminära produkten som erhålls genom extraktion är alltid en blandning av cannabisolja och etanol.

Vakuumförångning

Cannabisoljan/etanolblandningen matas sedan in i en förångningsprocess som avlägsnar etanolen.På grund av etanolens låga kokpunkt kan detta göras på ett laboratorium eller i pilotprocesser i en roterande förångare vid rumstemperatur eller med en mindre värmeökning och ett grovvakuum på 50 till 100 mbar. Vätskeringsvakuumpumpar som använder etanol som driftsvätska kan användas för detta. Etanol kan göras flytande igen via en kondensor och sedan matas in i cykeln igen. För drift i industriell skala kan tunn- eller torkfilmsförångare användas för att effektivt avlägsna den större mängden av lösningsmedel för att producera råoljan vid en högre vakuumnivå. Efter vakuumförångning utvinns råolja med en THC/CBD-koncentration på 60 till 80 procent.

Destillering

Förutom cannabinoiderna innehåller cannabisråolja även terpener som aromatiska oljor och flavonoider som bioaktiva arombärare. Dessa måste separeras i en destilleringsprocess. En av de mest använda och effektivaste destillationsprocesserna är så kallad kort destillation. Detta tar hänsyn till de olika kokpunkterna hos oljans komponenter vid bestämda temperaturer och tryck för separeringen. THC börjar förångas vid ett atmosfärstryck på 157 °C och CBD förångas vid 160 till 180 °C. Några terpener och flavonoider har lägre kokpunkter. Eftersom destillation genomförs under vakuum kan lägre temperaturer användas för att koka de olika cannabinoiderna. Kort destillation arbetar vid en vakuumnivå på 0,001 till 1 mbar (fig. 3). Oljan värms upp sakta och vakuumnivån justeras så att terpener och flavonoider förångas selektivt och kan utvinnas genom kondensering. Det koncentrat som återstår är en vätska bestående av cannabinoiderna THC och CBD med en renhet på 99 procent. I ett andra destillationssteg separeras THC från CBD i en tunnfilmsförångare. Tunnfilmsförångare fungerar ungefär på samma sätt som korta destillatorer med vakuum och olika temperaturer. I princip genomförs destillation med grovvakuumnivåer på omkring 1 mbar och högre temperaturer. För att den psykoaktiva effekten av THC ska kunna aktiveras måste denna cannabinoid värmas upp till 104 °C – en process som kallas dekarboxylering. Om denna temperatur inte uppnås under destillation måste dekarboxylering genomföras i ett mellanliggande steg före destillation. I detta sista bearbetningssteg utvinns slutligen ren CBD och THC som sedan kan förädlas som aktiv ingrediens för olika användningsområden. De metoder som används för att erhålla CBD och THC varierar och beror inte minst på typen av cannabis och den mängd som bearbetas. Det är här som vakuumteknik kommer in i bilden. De tekniska parametrarna hos vakuumpumpen, så som det sluttryck som kan uppnås eller kapaciteten, behöver också anpassas separat efter respektive process. En kombination av vakuumpumpar kan också vara både ekonomiskt och tekniskt motiverade, exempelvis för att påskynda processer eller för att skydda värmekänsligt material mot för höga temperaturer. Därför är det viktigt att rådgöra med en vakuumspecialist vid val av vakuumförsörjning. Busch Vaccum Solutions erbjuder en rad vakuumtillämpningar och anpassade vakuumsystem för alla användningsområden. Personal och omfattande rådgivning från Buschs vakuumspecialister står alltid till ditt förfogande tack vare företagets globala närvaro. Tabellen (fig. 4) ger en grov uppskattning av vilka vakuumtekniker som kan användas.