工業(yè)大麻花葉提取全譜油中試工藝研究

秦 芹，彭陽志

(1.云南經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，云南 昆明 650106；2.云南麻葉生物科技有限公司，云南 昆明 675000)

工業(yè)大麻(Industrial Hemp)是指種子、莖、葉及根部中的四氫大麻酚(Tetrahydrocannabinol，THC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.3%的大麻(Cannabis sativa L．)屬植物[1]。2010年以來，云南省批準(zhǔn)的工業(yè)大麻種植面積超過20萬畝(1畝=667 m2)，目前已經(jīng)研究培育出云麻1、2、3、4、5、6、7號和云麻雜2號、云麻雜3號共9個(gè)工業(yè)大麻品種[2]。

研究表明，工業(yè)大麻植株中含有400多種化學(xué)物質(zhì)，其中有60多種大麻酚類物質(zhì)(cannabonids)。酚類物質(zhì)中主要有四氫大麻酚(tetrahydrocannabinol，THC)、大麻二酚(cannabidiol，CBD)、大麻酚(cannabinol，CBN)、大麻萜酚(cannabigeroil，CBG)和大麻環(huán)萜酚(cannabichromene，CBC)，以及它們的羧酸和異構(gòu)體。其中，前三者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占酚類物質(zhì)的90%以上[3]。工業(yè)大麻的花、葉中富含多種大麻素類成分，而大麻二酚(CBD)作為其中的主要成分也被證實(shí)在鎮(zhèn)痛、神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)、抗菌抗炎等方面的具有極高的藥理研究價(jià)值和相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景[4]。本試驗(yàn)中的全譜油是一種以云麻7號大麻花葉為原料，經(jīng)過特定工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品，是未經(jīng)過進(jìn)一步提純和分離的漢麻花葉提取物，CBD含量較高，還包含其他大麻素(如CBN、CBG、CBI、CBCVA等)、萜烯和芳香族化合物。萜烯物質(zhì)具有抗炎、止痛作用。由于包含了天然大麻素的完整性，因此提取物含有少量的THC，但沒有THC的致幻風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)大麻全譜油產(chǎn)品可用于作為食品添加劑或醫(yī)藥級原料，具有重要的工業(yè)應(yīng)用前景，因此全譜油的技術(shù)升級對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重要作用。

1 材料與方法

1.1 主要設(shè)備

超臨界萃取裝置，貴州航天烏江機(jī)電有限公司；分子蒸餾設(shè)備，德國VTA公司；制備色譜裝置，法國諾華賽公司。

1.2 工藝路線

工業(yè)大麻花葉提取全譜油中試工藝流程見圖1。

圖1 工業(yè)大麻花葉提取全譜油中試工藝流程示意圖

1.3 主要方法

1.3.1 超臨界二氧化碳萃取

在溫度、壓力恒定情況下，設(shè)定萃取時(shí)間分別為1、2 h，計(jì)算浸膏中CBD、THC的萃取率。具體操作是超臨界料筒內(nèi)加入 900 g 原料，按要求裝好料筒，萃取釜壓力調(diào)至 29 MPa，溫度 50 ℃；分離釜Ⅰ壓力 6.8 MPa，溫度 50 ℃；分離釜Ⅱ壓力 5.8 MPa，溫度 45 ℃，CO2流量 55 L/h，達(dá)到萃取時(shí)間后，從分離釜排出浸膏。

1.3.2 分子蒸餾

設(shè)置主蒸發(fā)器溫度分別為 170 ℃ 和 180 ℃，測定兩種溫度下輕相質(zhì)量及CBD含量。具體操作是脫蠟濾液濃縮至有流動性的膏狀，進(jìn)行分子蒸餾。設(shè)置進(jìn)料罐溫度為 80 ℃，主蒸發(fā)器溫度為 170 ℃ 及 180 ℃、冷凝器溫度 60 ℃、真空度 6 kPa，進(jìn)料速度8～12 g/min(2～3滴/s)，收集的輕相用于制備色譜工序。

1.3.3 制備色譜

輕相每次進(jìn)樣量為(折純)CBD 32 g，用m(95%乙醇)∶m(水)=71.5∶28.5的溶劑洗脫，洗脫流速 120 mL/min，收集不含THC的洗脫液。洗脫液轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，濃縮后得全譜油。

2 結(jié)果與分析

2.1 超臨界二氧化碳萃取

超臨界二氧化碳萃取結(jié)果見表1、表2。

表1、表2表明，在溫度、壓力恒定情況下，萃取時(shí)間為 1 h 和 2 h 的CBD平均萃取率分別為99.17%、96.55%，從效率、成本和能耗的角度考慮，放大生產(chǎn)的萃取時(shí)間可按 1 h 進(jìn)行。

表1 1 h萃取率

表2 2 h萃取率

2.2 分子蒸餾

由表3、表4可知，相同條件下，從生產(chǎn)效率、能耗、輕相CBD的含量上看，在主蒸發(fā)器溫度為 170 ℃ 條件下，效果最佳。

表3 170 ℃ 條件下輕相重量及CBD含量

表4 180 ℃ 條件下輕相重量及CBD含量

2.3 全譜油成品圖譜

經(jīng)過制備色譜后脫溶的全譜油成品分析部分圖譜如圖2、圖3。從圖2、圖3看出，通過制備色譜，THC去除徹底，同時(shí)CBD的損失少，確保了產(chǎn)品的純度。

圖2 成品的HPLC色譜圖

圖3 THC液濃縮浸膏的HPLC色譜圖

2.4 多批全譜油成品檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表5可知，全譜油主要成分CBD平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51%，整體收率(以CBD計(jì))為72%(高于行業(yè)內(nèi)60%的收率)；THC平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12%，低于控制標(biāo)準(zhǔn)0.3%。達(dá)到預(yù)期的中試結(jié)果，該工藝可以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。通過檢測發(fā)現(xiàn)，用云麻7號生產(chǎn)出的全譜油還包含CBDV、CBG、CBN等多種大麻元素，且有一定的含量，具有較高應(yīng)用價(jià)值。

表5 13批成品檢測數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

本次中試試驗(yàn)主要采用超臨界二氧化碳萃取、分子蒸餾、色譜純化等方法獲得大麻全譜油。該方法環(huán)保、安全，產(chǎn)品純度高(超臨界萃取及脫蠟過程去除了大量雜質(zhì))，成本低(以當(dāng)前的原料、輔料、能耗價(jià)格計(jì)算，直接成本約人民幣3300元/kg)。整個(gè)生產(chǎn)過程有多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需重視：一是超臨界二氧化碳萃取的溫度50～54 ℃、壓力29.5～30.5 MPa、萃取時(shí)間 1 h、二氧化碳流量55～65 L/h;控制好以上參數(shù)，能提高萃取率。二是分子蒸餾進(jìn)料罐溫度為 80 ℃，主蒸發(fā)器溫度為 170 ℃、冷凝器溫度 60 ℃、真空 6 kPa，進(jìn)料速度8～12 g/min;控制好以上參數(shù)，才能保持輕相的質(zhì)量及收率。三是制備色譜段中影響全譜油成品中CBD含量及雜質(zhì)的因素主要是上樣時(shí)間和雜質(zhì)洗脫時(shí)間。結(jié)論：1)浸膏經(jīng)過冷沉可以除去大部分油脂，在低醇中溶解性比較好，可以配置高濃度的上樣液上樣以縮短生產(chǎn)周期。2)超臨界提取的浸膏極性比較大，雜質(zhì)很少，可以省掉雜質(zhì)洗脫步驟。3)在冷沉?xí)r用高醇去除油脂可以直接在過濾完油脂后直接加水稀釋過制備色譜，再進(jìn)一步除油，除脂。