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真空技术在大麻素提取中的应用

真空技术在大麻素提取中的应用

用于医疗应用的大麻素

在许多国家批准大麻作为一种药材上市后,用于制造药品的大麻数量正在大幅增加。大麻素在医学应用中具有特别重要的意义, 主要活性物质大麻二酚(CBD)和四氢大麻酚(THC)在医学上的需求量较大。真空技术在通过对大麻进行工业加工以获得高质量的 CBD 和 THC 方面起着重要作用。该技术可被用于干燥、萃取、蒸发和蒸馏工艺。利用真空技术,能够从大麻的植物成分中高效地提取这些纯活性成分。

大麻植物由多种大麻素、萜烯类、黄酮类及其他物质组成。精神活性大麻素成分 THC 可用于治疗过敏、疼痛、焦虑和饮食失调,也可用于癌症治疗。大麻素成分 CBD 能促进神经系统反应,具有镇痛和消炎作用。此外,CBD 还被应用于食品和化妆品中。除了这两种活性成分外,还可以从麻类植物中获得其他产品,如饱和脂肪酸、β-胡萝卜素、ω-3 脂肪酸和维生素 E 等。

活性成分 THC 和 CBD 的提取涉及多种工艺(图 2)。其中一些提取工艺需要在真空条件下进行,以便能够尽可能高效地提取这些活性成分。下面介绍各种提取工艺。

冷冻干燥

在工业干燥领域中,对收获的大麻植物进行冷冻干燥变得越来越普遍。它可以快速而温和地干燥整株大麻或含水量达 80% 的植株部分。冷冻干燥的原理是基于升华的物理过程:在真空中,水直接从固体的冻结状态变成蒸汽,也就是冰块蒸发的过程。大麻植物或其成分首先在常压下低温冷藏, 然后将它们置于真空中,冷冻状态的水分从大麻植物中升华,从而变成气态。这样,在不加热的情况下,可以将水分以蒸汽的形式抽出。这意味着这些物质不会因温度过高或干燥时间过长而受到不利影响。正确使用真空技术对这一干燥工艺非常重要。通常,根据设备的不同,冷冻干燥工艺所用的绝对压力范围为 .001 到 .5 mbar。

另一种干燥方式是微波辅助干燥。此工艺与冷冻干燥一样,速度较快。压力水平在 10 到 400 mbar 的粗真空范围内。

提取

在提取过程中,大麻油是从干燥的植物部分 - 即所谓的生物质中获得的。大麻油是一种未经加工的大麻植物提取物,含有多种大麻素。需求较多的成分是 CBD 和 THC,它们在原料油中的占比可以达到 60% 至 80%。此外,大麻油还含有精油(萜烯类)、黄酮类、脂类、蜡类和油脂。这种原料油的成分取决于植物本身或所用的成分、所选择的提取方法以及温度、压力条件和时间等参数。碳氢化合物和二氧化碳提取法是从大麻植物中提取大麻油的最常见的方法,这两种提取过程都需要随后的冬化处理。将原油与乙醇混合,冷却至 -40 ℃,再进行冷过滤, 这样可以去除油中的蜡质和油脂。

乙醇萃取

目前,在大麻植物的工业加工过程中,乙醇萃取已经成为不可或缺的一种工艺。该工艺兼具碳氢化合物提取的高效率和二氧化碳提取的高安全性, 同时不需要冬化处理。由于乙醇是一种非常高效的溶剂,能将不需要的物质从生物质中提取出来,所以该萃取过程是使用超低温乙醇在绝对压力为 .001 到 1 mbar 的真空条件下完成的(图 3), 从而实现了所需的萃取性能。

萃取的中间产物是大麻油和乙醇的混合物。

真空蒸发


然后,大麻油/乙醇混合物将进入蒸发流程,以去除其中的乙醇。由于乙醇的沸点较低,在室温或适度加热的情况下,且粗真空达到 50 到 100 mbar 时,在实验室或中试规模的旋转汽化器中即可完成真空蒸发。使用乙醇作为工作液的液环真空泵可用于此用途。乙醇可以通过冷凝器再次液化并进入循环过程。对于工业规模的生产操作,可以在较高真空度下使用薄膜或刮膜汽化器有效地去除生产原料油时所用的大部分溶剂。经过真空蒸发加工后,可以得到 THC/CBD 的浓度为 60% 到 80% 的原料油。

蒸馏


除大麻素外,大麻原料油还含有作为芳香油的萜烯类成分和作为生物活性香料载体的黄酮类成分。它们需要在蒸馏工艺中进行分离。其中最常用、效率最高的蒸馏工艺是所谓的“短程蒸馏”。这就需要考虑到在一定温度和压力下油品中各种成分的不同沸点,以利于分离。THC 在 157 ℃ 的大气压力下开始蒸发,而 CBD 则在 160 至 180 ℃ 时开始蒸发。个别萜烯类和黄酮类化合物的沸点较低。通过在真空条件下进行蒸馏,可以降低煮沸各种大麻素所需的温度。短程蒸馏所需的真空度为 .001 至 1 mbar(图 3)。缓慢加热原料油,调节真空度,使萜烯类和黄酮类化合物选择性地蒸发,并通过冷凝进行收取。剩下的浓缩物是含有纯度达 99% 的大麻素 THC 成分和 CBD 成分的液体。在下一个蒸馏步骤中,THC 与 CBD 成分在薄膜汽化器中被分离。薄膜蒸发器的工作原理与短程蒸馏器类似,但真空度和工作温度不同。原则上,蒸馏一般在 1 mbar 左右的粗真空度和较高温度下进行。为了激活 THC 成分的精神活性效用,必须将这种大麻素成分加热到 104 ℃,这一过程称为“脱羧”。如果在蒸馏过程中达不到这个温度,则必须在蒸馏前的中间步骤中进行脱羧。在该工艺的最后一步中,即可得到纯净的 CBD 和 THC 成分,现在就可以将它们作为一种活性成分进一步加工并用于各种应用了。有很多种获取 CBD 和 THC 成分的方法,主要取决于大麻的种类和加工量。因此,所采用的真空技术、真空泵的技术参数(如可达到的极限压力或其抽速),也必须根据具体的工艺流程进行调整。组合使用真空泵产品也具有经济和技术意义,例如,加速工艺流程或保护热敏性材料不受过高温度的影响。因此,在选择真空解决方案时,咨询真空专家是非常重要的。Busch 普旭可以为几乎所有应用提供各种真空泵和真空系统。由于 Busch 普旭在世界多个国家及地区都有分支机构,故 Busch 普旭真空专家的个性化和综合建议都能获得有力保障,尽请放心。表格(图 4)中大致列出了可供使用的真空技术。


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