關于工業大麻提取物大麻二酚的價值概述及其提取和純化工藝的探討

王可

（吉林醫藥設計院有限公司，長春 130000）

大麻作為一種藥物，有著悠久的歷史，可以追溯到幾千年前。大麻二酚（CBD）是從大麻植物中提取的一種天然成分， CBD 的治療特性正在被世界各地的科學家和醫生們測試和證實。CBD 是一種安全、不會上癮的物質，是一百多種“植物大麻素”之一。中文名為大麻二酚，英文名為cannabidiol，蒼黃色樹脂或結晶，分子式為C21H30O2，分子量為314.46，熔點66 ～ 67 ℃，密度1.025 g/cm3，CAS 號為13956-29-1，儲存條件2 ～ 8 ℃。分子結構式如圖1 所示。護屏障、改善皮膚自我修復力。因此CBD 被用于藥品、保健品和化妝品制作的原料。區別于大麻中另一類致幻成癮的物質THC（四氫大麻酚），CBD 可以有效消除THC 對人體神經系統的影響。CBD 已在歐洲大部分地區和其他國家獲得安全性和功效批準。因此，有關它的新陳代謝、毒理學和安全性已在醫學上具有廣泛的信 息。

圖1 CBD 分子結構式Fig.1 CBD molecular structure formula

本文將對工業大麻、CBD 及其提取精制的工藝技術進行介紹和總結，希望借此推動和促進國內CBD 產品及相關產業的開發。

1 工業大麻和CBD

1.1 工業大麻

大麻（學名Cannabis Sativa L.），桑科、大麻屬植物，植株分雌雄，雌株植物的花葉提取物入藥。研究發現，大麻中含有130 余種大麻素（大麻素就是大麻植株中提取出來的有效成分），這些大麻素大部分都有很高的應用價值。其中THC（四氫大麻酚）和CBD（大麻二酚）是兩種常見的大麻素。THC 是大麻令人致幻成癮的成分，根據THC 含量分為工業大麻（＜0.3%）、中間型大麻（0.3% ～ 0.5%）、娛樂大麻（＞0.5%，又稱毒品大麻），如圖2 所示。

圖2 大麻的分類Fig.2 Classification of cannabis

娛樂大麻是違禁品，但工業大麻的經濟價值極高，它是人工選育無毒或者低毒性的品種開始育種，逐漸形成規模種植和產業化綜合開發。兩者區別如圖3 所示。

圖3 工業大麻和娛樂大麻的區別Fig.3 Difference between industrial hemp and marijuana hemp

CBD 是工業大麻中的非成癮成分，具有阻斷某些多酚對人體神經系統的不利影響，并且具有阻斷乳腺癌轉移、治療癲癇、抗類風濕關節炎、抗失眠等一系列生物活性功能[1]，還可以保護神經、改善皮膚發炎、抗氧化、舒緩皮膚敏感泛紅、為皮膚表層建立保

目前世界范圍內的種植國家超過30 個，其中美國50 個州中就有19 個在種植工業大麻，而中國僅有云南和黑龍江兩個省份可以種植，很多省份在申請放開種植。據不完全統計，黑龍江目前有7 張種植及加工牌照，云南有45 張種植牌照6 張加工牌照。雖然中國開放種植工業大麻的省份只有2 個，但工業大麻的產量確占了世界的三分之一。先期進行工業大麻加工的企業多是以莖皮纖維用以織麻布或紡線，制繩索，編織漁網和造紙，種子榨油，含油量30%，可供做油漆，涂料等，油渣可作飼料等。真正從事CBD 產品的提取精制和外延產品開發的生產企業很少，這部分市場潛力巨大，亟待開發[2]。

1.2 CBD（大麻二酚）

大麻中有400 多種化學物質，其中大麻素中就含有80 多種大麻酚類物質，其中CBD、THC、CBN占了酚類物質的90%以上，CBD 的含量最高，還有大量的羧酸和同分異構體[3]。大麻素的主要成分如圖4 所示。

圖4 大麻素主要成分Fig.4 Main components of cannabinoid

CBD （大麻二酚）是所有成分中含量最高，而且藥用價值最廣泛的一種，它具有抗炎性，但不具備精神活性的大麻素，用途廣泛。雖然它可能不會像傳統意義上的那樣讓你感到“興奮”，但CBD 有各種各樣的治療應用。它是一種抗驚厥化合物，可用于治療癲癇。例如，FDA 認證批準的Epidiolex 就是一種富含CBD 用于治療嚴重癲癇病的藥物。對CBD作為一種抗精神病類藥物用途的研究發現，CBD 具有抗抑郁和抗焦慮等功效。它還能對情緒低落產生積極的影響。2010年發表的一份報告記錄了CBD 對廣泛性社交焦慮障礙的影響，研究人員發現CBD 顯著降低了主觀焦慮。CBD 還具有抗癮治療的特性，這可能就是為什么它被認為是治療阿片類成癮藥物的原因所在。CBD 還對廣泛的神經精神類疾病具有潛在的治療作用，其中一個為人們所熟知的領域就是，利用其特性來輔助治療創傷后應激障礙（PTSD）。CBD 也顯示了作為一種抗癌藥物的前景。它已被證明對人類乳腺癌細胞具有殺滅毒性，能減緩癌細胞的轉移和擴散，并可抑制神經性疼痛。當與四氫大麻酚THC 聯合使用時，它可能會減輕晚期癌癥患者的病痛。CBD 的主要功效如圖5 所示。

圖5 工業大麻不同提取物功效Fig.5 Efficacy of different extracts from industrial hemp

目前，國內外的研究機構和生產企業都在加快CBD 的產業化進程，由于提取大麻二酚時，產生的四氫大麻酚含量也可能高于0.3%，因此按云南省相關規定，即使工業大麻用于提取大麻二酚時，也需按毒品大麻的管制要求進行申請[4]。

2 工業大麻CBD 提取技術

CBD 在大麻各個部位中的含量通常按照苞片、花、葉、細莖和粗莖的順序遞減，在雌花的花和葉中含量最高，因此通常選擇花葉提取CBD[5-6]。鑒于我國對工藝大麻提取物的嚴格監管，整個生產工藝必須符合公安部的管控要求，全過程透明化生產，確保工業大麻提取的副產物THC 不會流入社會，成為制毒原料。CBD 提取技術的目標是：在提高CBD 的提取率和純度時，盡可能去除THC 殘留，盡量避免毒性有機溶劑的使用，以確保產品的安全性和環保性，并盡可能地減少成本。下面就兩種常規的提取工藝做描述，用以展示工業大麻中CBD 提取的過程。

2.1 超臨界二氧化碳萃取法

二氧化碳萃取法分為超臨界，亞臨界，利用超臨界是迄今為止最常用的植物提取方式[7]。超臨界材料利用二氧化碳氣體的移動逐漸溶解液體等物質，最終提供安全純凈的CBD 產品，工藝流程如圖6所 示。

圖6 超臨界二氧化碳萃取法工藝流程Fig.6 Supercritical carbon dioxide extraction process flow

（1）通過壓縮裝置將二氧化碳的溫度降低到-56.1 ℃以下并將壓力增加到0.52 MPa 以上，此時二氧化碳氣體轉化為液體。增加溫度和壓力，直到液體變為“超臨界”狀態。實際上，超臨界二氧化碳能夠在保持密度如液體的同時，如氣體般充滿容器。當二氧化碳處于超臨界狀態時，達到化學萃取的最理想階段，它不會引起變性或損害[8]。

（2）在萃取器中放入高品質的大麻，超臨界二氧化碳在萃取器中溶解并收集植物的提取物。將成為液體的二氧化碳送入低壓分離器內，大麻提取物將自動從二氧化碳中分離出來。

（3）二氧化碳經壓縮裝置后達到超臨界狀態繼續回到萃取罐中進行大麻萃取，直至萃取結束，二氧化碳返回至儲藏罐，CBD 粗品從分離器中流出并收集至存儲罐內，進行下一步的精制。

優點：生產工藝安全，產品純凈，沒有葉綠素混入，污染風險小。

缺點：設備價格高，生產成本高。

2.2 溶劑萃取法

通常以乙醇為溶劑，從大麻植物中提取廣普油。從工業大麻新鮮花葉到廣譜油產品工藝過程，大致包括以下幾個部分，工藝流程如圖7 所示。

圖7 溶劑萃取法工藝流程Fig.7 Solvent extraction processflow

（1）花葉烘干。大麻素提取對于大麻花的濕度沒有特別嚴格的要求，一般建議將含水量控制為小于14%。

（2）花葉切碎。利用粉碎機，將干鮮花葉完成粉碎，約5 ～ 20 目，并將所得到的干花葉粉末合理貯藏。

（3）將干花葉粉末進行乙醇浸提，得到大麻素浸膏。將大麻干花葉粉末在乙醇中進行超聲逆流浸提[9]。大麻干花葉的浸提過程一般可分為浸潤、滲透、解吸、溶解、擴散幾個相互聯系的過程。

（4）將浸提后的浸膏配置成乙醇溶液，進行凍化處理，去除植物脂肪、植物蠟等固形雜質。該工序將浸提液通過低溫冷卻到-40 ℃以下，讓大麻花葉中的植物蠟、木質素等大分子物質通過冷卻凝固，再由高速離心機將底液進行離心。由逆流提取工序得到的浸提液置于特制的篩網袋中，并放入低溫離心機；將浸提液通過制冷機組降溫至低于-40 ℃，用隔膜泵輸送到離心機中進行浸提液凍化；凍化后的渣料需要HPLC 檢測，控制目標組分含量小于1%，之后，將渣料暫存在物料桶中，收集后運離凍化現場。

（5）將凍化后的物料進行脫羧反應，完成大麻素中酚酸的轉化。將凍化后的原料液經過分子蒸餾系統，保留大麻素段餾分，去除重組分和極輕組分。保留的大麻素暫存在粗油儲罐；重組分和輕組分分別暫存于不同的儲罐中，以便后續處理。

（6）將脫羧后的物料進行分子蒸餾分離得到粗品CBD 廣譜油溶液。

優點：工藝簡單，生產成本低廉。

缺點：提取CBD 粗品的工藝過程復雜，操作步驟多，大量使用乙醇，有易燃易爆的安全隱患。

3 工業大麻CBD 的精制純化

工程上無論采用哪種提取技術所獲得的CBD 粗品，其成分依然復雜，其中主要成分有THC（四氫大麻酚）、CBD（大麻二酚）、CBN（大麻酚）、CBC（大麻環萜酚）、CBG（大麻萜酚）、丙基同系物（THCVCBDVCBGVCBCV）、酚酸（THCACBDACBCACBGA）等[10]，如圖8 所示。

圖8 CBD 粗品的成分Fig.8 Composition of CBD crude

若要獲取純凈的最終產品，就必須對CBD 粗品進行富集和分離純化。去除其他成分，銷毀使人致幻成癮的THC 成分[11]。通常的工藝是采用分子蒸餾加層析柱或色譜柱進行分離和純化，純化精制過程如圖9 所示。

圖9 CBD 粗品純化精制過程Fig.9 Purification process of CBD crude product

3.1 分子蒸餾

分子蒸餾可以有效地脫除提取物中的溶媒，并起到脫色的作用，除去化學殘留和有害金屬成分[12]，經過分子蒸餾裝置的CBD 粗品，其純度可以提升至70%以上。但該純度尚未達到藥用要求，CBD 粗品中致幻成癮的THC 含量也未滿足監管要求。還需進一步的純化和精制，通常會采用柱層析或色譜柱分離等樹脂吸附工藝。

3.2 樹脂吸附

（1）柱層析法，這種方法的特點是用于層析的柱子很多，上樣時間長，想獲取高純度CBD 就需要反復上樣，最少四次以上的層析才能得到CBD 產品，其純度有時依然達不到要求，還需重結晶才可以。這種方法還有一個問題：它采用正相體系，大部分使用三氯甲烷，丙酮，石油醚，乙醚等易燃易爆溶劑，溶劑殘留不達標，有些溶劑受限于公安批復，管控嚴格，而且有些溶劑的添加和殘留在食品、保健品領域是被禁止的。

（2）離子交換法：采用大孔樹脂進行富集純化，該方法無法將CBD 粗品一次性分離純化成功，需要反復結晶，濃縮，再結晶，再濃縮。每次結晶的損耗約在5%左右，這種損耗對于產品附加值很高的產品而言是很嚴重的，樹脂為了重復使用每次都需要利用酸堿再生，生產企業會有一定的排污和環保方面的壓 力。

（3）色譜柱分離法：該方法利用普通液相色譜的分離原理，以大直徑的液相色譜柱和大流通量的液體輸送系統為基礎，通過優化流體的穩定性、分配性和洗脫溶劑的比例使目標產品的分離效率、分離效果均達到較高的水平。用該方法分離CBD 粗品還可根據需求分別提取大麻素里面所有單體，比如CBD，CBG，CBN，CBC 等等。分離出來的CBD 產品其純度可高達97%以上。下面有一組數據可以用來說明，詳見表1。

表1 色譜柱工作數據Tab.1 Column working data

目前，在工程應用上多采用色譜柱分離的方法對CBD 粗品進行分離和純化，它可以連續進料連續出料，等度洗脫，多柱滾動循環純化，能夠解決分離難度大的產品，所得產品濃度與進樣濃度相似，大大減少溶劑濃縮量。

4 結束語

大麻二酚（CBD）作為一種在諸多領域極具應用前景的天然活性成分，隨著全球大麻合法化繼續推進，下游醫療、食品和飲料、煙草和其他應用的擴大將推動需求增長。CBD 的提取和純化等工藝過程可以根據終端產品的特點、原料有效成分的含量、建設方投資的強度等做出靈活的選擇和調整，以生產出不同需求的CBD 原料。隨著技術不斷升級，相信會有更先進的工藝加入到CBD 行業中來助力CBD 行業發展。中國作為世界上最大的工業大麻種植區和最早應用大麻的國家，有望從這一輪大麻轉型中受益。