[麻专利]一种以微波辅助亚临界水萃取技术提取工业大麻中大麻二酚的方法及系统

作者：屈晓宇等来源：发布时间：2021-12-05 Tag: 点击：

摘要:本发明公开了一种微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，属于工业大麻领域，步骤如下：步骤一：将新鲜大麻植株进行冷冻后直接粉碎；步骤二：将水通入粉碎后的大麻植株进行微波辅助亚临界水萃取，所述微波萃取时，控制微波频率为300-3000MHz，功率为200-1200w，控制水温度为100℃～374℃，萃取压力为10～22MPa，每次萃取10～60分钟，每次萃取结束后，都从所得液相中蒸发回收水，重复萃取三次后，得到大麻二酚浓缩液；步骤三：将大麻二酚浓缩液稀释，通过层析柱对稀释后的大麻二酚浓缩液进行梯度洗脱，收集目标洗脱液；目标洗脱液经浓缩、结晶得到大麻二酚产品；本发明还公开了一种系统，其用于进行上述的萃取工艺。

技术要点

1.一种微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：将新鲜大麻植株进行冷冻后直接粉碎；

步骤二：将水通入粉碎后的大麻植株进行微波辅助亚临界水萃取，所述微波萃取时，控制微波频率为300-3000MHz，功率为200-1200w，控制水温度为100℃～374℃，萃取压力为10～22MPa，每次萃取10～60分钟，每次萃取结束后，都从所得液相中蒸发回收水，重复萃取三次后，得到大麻二酚浓缩液；

步骤三：将大麻二酚浓缩液稀释，通过层析柱对稀释后的大麻二酚浓缩液进行梯度洗脱，收集目标洗脱液，目标洗脱液经浓缩、结晶得到大麻二酚产品。

2.根据权利要求1所述的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，其特征在于，步骤一中将冷冻后的新鲜植物粉碎到10～20目。

3.根据权利要求2所述的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，其特征在于，步骤二中，粉碎后的物料置于萃取罐中，以1m3/h的速度向萃取罐中通入纯水。

4.根据权利要求3所述的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，其特征在于，步骤三中，大麻二酚浓缩液加入纯水稀释，通过层析柱对稀释后的大麻二酚浓缩液进行梯度洗脱，收集目标洗脱液，将梯度洗脱的目标洗脱液合并，于50℃～70℃下减压浓缩，去除固形物，得到大麻二酚二次浓缩液，大麻二酚二次浓缩液，加入95％的乙醇过饱和溶解，获得结晶物后用纯水洗涤干燥后即得大麻二酚产品。

5.根据权利要求4所述的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，层析柱层析的步骤采用：先将大麻二酚浓缩液加入是其质量4-10倍纯水进行稀释，使稀释液的固含量为1％-2％，采用大孔吸附树脂进行梯度洗脱，即先用10％～30％v/v的乙醇除杂，再用75％～90％v/v的乙醇洗脱。

6.根据权利要求5所述的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，柱层析的填料为大孔树脂，选自HPD600、HPD450、HPD5000、HPD826、HPD722、D101、AB-8、NKA-9、X-5、ADS-17的一种或多种。

7.一种微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的系统，其特征在于，该系统包括：

萃取单元，其通过微波辅助亚临界水对工业大麻原料进行萃取，使得大麻二酚溶解于亚临界水中；

蒸发单元，蒸发单元通过管路和萃取单元连接，萃取单元中溶解于大麻二酚的水溶液进入蒸发单元，蒸发单元对溶解有大麻二酚的水溶解进行蒸发回收水，得到大麻二酚浓缩液；储存单元，用于储放需要处理的大麻二酚浓缩液；溶剂储存单元，其和蒸发单元连通，回收蒸发单元的蒸发回收水，并向萃取单元提供水溶剂。

8.根据权利要求7所述的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的系统，其特征在于，所述的萃取单元包括萃取罐(1)，萃取单元还包括位于萃取罐内的微波发生器。

9.根据权利要求8所述的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的系统，其特征在于，所述的溶剂储存单元包括有冷凝器(3)和溶剂储罐(4)，溶剂储罐通过管路和蒸发单元连通，所述的冷凝器位于该管路上，溶剂储罐通过管路将水通过增压泵(6)、溶剂流量控制阀(10)后送入萃取罐中。

10.根据权利要求9所述的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的系统，其特征在于，所述的蒸发单元包括有蒸发罐(2)。

技术领域

本发明涉及工业大麻领域。

背景技术

大麻(CannabissativaL.subsp.sativa)是一种具有重要药用价值的一年生草本植物，属于桑科植物大麻亚科大麻属。大麻植株提取物主要活性成分有三种(大麻二酚CBD、大麻酚CBN、四氢大麻THC)，其中THC是一种使人上瘾的成分。大麻植株对人致幻作用主要是THC浓度来取决的，THC＜0.3％的品种没有精神活性。因此欧盟委员会制定了统一标准，可以种植大麻干品中THC含量不能高于0.3％，即称为“工业大麻”。

目前从大麻中分离出的大麻素已有80多种，主要包括大麻二酚CBD、四氢大麻THC、大麻酚CBN及大麻萜酚CBC等，研究发现CBD能阻碍THC对人体神经系统影响，并且具有重要药理活性。除此之外，近年来研究发现，CBD具有镇静催眠、治疗癫痫、神经保护、多发性硬化症、风湿性关节炎、肿瘤治疗等一系列生理功能，是一种在医药等领域极具应用前活性成分。

由于CBD具有大量的生物活性以及其药用价值，因此从大麻花叶中提取CBD具有广阔的市场前景。目前公开信息中有一些关于大麻二酚CBD的提取方法的报道。例如，CN201410052776公开了一种从工业大麻中提取二氢大麻酚(CBD)工艺，采用溶剂提取法正己烷提取，并用大孔树脂和硅胶进行富集，得到CBD产品。CN201811468947公开了一种从工业大麻植物中分离提取大麻二酚的方法，采用了溶剂提取法(95％)的乙醇，石油醚萃取，并采用硅胶柱层析与C18柱层析联用技术进行纯化，最终得到了大麻二酚产品。CN201710631532公开了一种利用超临界二氧化碳萃取大麻二酚的方法及其大麻二酚产品，采用超临界CO2萃取技术，利用不同夹带剂提取，经过滤、分离等后续操作，最终得到了大麻二酚产品。其中与本发明最为接近的现有技术为CN201610087327公开了一种富含大麻二酚的火麻浸膏及其制备方法，该制备方法采用了亚临界丁烷萃取技术，并经过了低温冬化处理、离心、过滤和脱色等步骤获得了富含大麻二酚的火麻浸膏，以及CN201810948441公开的一种亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，该方法采用亚临界水萃取技术，经过萃取、柱层析、结晶等步骤得到了大麻二酚的产品。

亚临界流体萃取是以亚临界状态的流体或亚临界流体的混合溶液为溶媒，与溶质在系统内相继经过浸提、蒸发脱溶、压缩、冷凝回收等过程，从天然产物中提取目标组分的一种新技术。当LPG、丙烷、丁烷、R600a、DME、R134a和六氟化硫等以亚临界流体状态存在时，分子的扩散性能增强，传质速度加快，对天然产物中弱极性以及非极性物质的渗透性和溶解能力显著提高。亚临界环境下萃取，不破坏热敏性成分、目的物完全，被视为绿色环保、前景广阔的一项变革性技术。萃取对象主要针对弱极性、脂溶性成分，未涉及中等极性和强极性的目标组分。

微波萃取是利用电磁场的作用使固体或半固体物质中的某些有机物成分与基体

有效的分离，并能保持分析对象的原本化合物状态的一种分离方法。微波是指频率在300兆赫至300千兆赫的电磁波。微波具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大特点，使萃取速率提高数倍，并能降低萃取温度，最大限度地保证萃取物的质量，并且在微波萃取中，吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取物质从基体或体系中分离，进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。

申请公布号为CN108929201A的专利文献公开了一种亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，在该专利文献中，该方法是通过亚临界水萃取的手段对干燥、研磨粉碎后的大麻植株进行亚临界水萃取，将萃取液浓缩除杂后稀释，再通过层析柱行梯度洗脱，对目标洗脱液浓缩、结晶后得到大麻二酚产品。上述提供大麻二酚的方法以及传统提取大麻二酚的方法，都需要先将原料进行高温干燥，该过程中在降低水分的同时将CBDA脱羧，转化为CBD。因此提取周期长，工艺负责，设备投资大。

申请公布号为CN103073649A公开了一种微波辐射亚临界水提取生物质(大米草)活性有效成分的方法，通过微波辐射-亚临界水提取新型工艺，对生物质(大米草)活性有效成分进行提取。但是在微波辐射亚临界水提取不同的物质的时候，对微波以及亚临界水的各参数选择至关重要，在一些参数下，是无法有效的提取有效成份的，针对需要提取的成份，选择合适的工艺参数是一个技术难题，在现有技术中也不存在将微波辐射亚临界水提取大麻二酚当中。

现有提取CBD的方式，包括亚临界水萃取CBD的过程中都需要先将样品在烘箱中高温干燥，该过程中在降低水分的同时将CBDA脱羧，转化为CBD。烘箱中干燥一方面设备投资大工艺复杂，另一方面能耗也比较高。

由于CBD在水中不溶解，虽然亚临界水的性质改变，能使CBD在水中的溶解度增加，但是也不能使CBD从细胞中更好的溶出到水中，影响了萃取效果。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，公开了一种微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法，该方法是通过微波辅助亚临界水萃取的手段直接对未干燥的工业大麻植株进行提取，将萃取液浓缩除杂后稀释，再通过柱层析分离方法进行梯度洗脱，对目标洗脱液浓缩、结晶后得到大麻二酚产品。用微波辅助亚临界水萃取，萃取时是不受原材料的含水量影响，不需要提前干燥，且提取温度高，提取的同时将CBDA转化为CBD。

本发明提取过程采用微波辅助亚临界水萃取技术，与传统工艺相比缩短了提取时间50％-90％，跟传统工艺相比较，收率提高了0.4％，同时得到的CBD的提取物的纯度高达99.8％，而且不使用化学有机试剂，绿色环保，快速高效，更加有利于产业化。

本发明公开的微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的方法步骤如下：

步骤一：将新鲜大麻植株进行冷冻后直接粉碎；

步骤三：将大麻二酚浓缩液稀释，通过层析柱对稀释后的大麻二酚浓缩液进行梯度洗脱，收集目标洗脱液；目标洗脱液经浓缩、结晶得到大麻二酚产品。

在一个优选的实施例当中，步骤一中将冷冻后的新鲜植物粉碎到10～20目。

在一个优选的实施例当中，步骤二中，粉碎后的物料置于萃取罐中，以1m3/h的速度向萃取罐中通入纯水。

在一个优选的实施例当中，步骤三中，大麻二酚浓缩液加入纯水稀释，通过层析柱对稀释后的大麻二酚浓缩液进行梯度洗脱，收集目标洗脱液；将梯度洗脱的目标洗脱液合并，于50℃～70℃下减压浓缩，去除固形物，得到大麻二酚二次浓缩液，大麻二酚二次浓缩液，加入95％的乙醇过饱和溶解，获得结晶物后用纯水洗涤干燥后即得大麻二酚产品。

在一个优选的实施例当中，层析柱层析的步骤采用：先将大麻二酚浓缩液加入4-10纯水进行稀释，使稀释液的固含量为1％-2％，采用大孔吸附树脂进行梯度洗脱，即先用10％～30％v/v的乙醇除杂，再用75％～90％v/v的乙醇洗脱。

在一个优选的实施例当中，柱层析的填料为大孔树脂，选自HPD600、HPD450、HPD5000、HPD826、HPD722、D101、AB-8、NKA-9、X-5、ADS-17的一种或多种。

本发明还公开了一种微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚的系统，该系统包括：

萃取单元，其通过微波辅助亚临界水对工业大麻原料进行萃取，使得大麻二酚溶解于亚临界水中；

蒸发单元，蒸发单元通过管路和萃取单元连接，萃取单元中溶解于大麻二酚的水溶液进入蒸发单元，蒸发单元对溶解有大麻二酚的水溶解进行蒸发回收水，得到大麻二酚浓缩液；

储存单元，用于储放需要处理的大麻二酚浓缩液；

溶剂储存单元，其和蒸发单元连通，回收蒸发单元的蒸发回收水，并向萃取单元提供水溶剂。

在一个优选的实施例当中，所述的萃取单元包括萃取罐，萃取单元还包括位于萃取罐内的微波发生器。

在一个优选的实施例当中，所述的溶剂储存单元包括有冷凝器和溶剂储罐，溶剂储罐通过管路和蒸发单元连通，所述的冷凝器位于该管路上，溶剂储罐通过管路将水通过增压泵、溶剂流量控制阀后送入萃取罐中。

在一个优选的实施例当中，所述的蒸发单元包括有蒸发罐。

本发明公开的微波辅助亚临界水提取工业大麻中的大麻二酚，不需要烘干原材料，同时还提高了CBD的收率，采用本发明公开的方法，特别是该方法中的工艺参数，能够制得纯度高达99.7％的CBD产品。在本发明中，未使用任何有机试剂,即安全环保、经济适用，又能保证高效的提取率的从大麻花叶中提取大麻二酚的方法，解决现有技术提取大麻二酚时不良溶剂残留污染、成本高、周期长、难以实现工业化放大生产等问题。

采用本发明的萃取设备和工艺条件，根据水蒸汽无不良残留、反应周期短等特性，在密闭、无氧的亚临界环境下进行提取，不仅能最大限度的释放大麻二酚，并能有效避免各种活性成分的氧化变性及不良溶剂残留污染。此外，以纯水作为溶剂可节约因有机试剂浪费带来的成本，更加有利于工业大麻的规模化生产和大范围推广。实验发现，采用亚临界水萃取技术，使水的性质改变，极大的增加了大麻二酚在水中的溶解度，提高了浸膏得率和CBD收率。

本发明的提取流程是一个全封闭的、能控制循环的过程，相对于现有技术省去了将萃取液取出后，再浓缩的过程，可直接得到CBD浓缩液(浸膏)，因此，本发明的提取过程更加的简单，避免了不必要的步骤和损失。

本发明采用微波辅助亚临界水提取时，以水作溶剂，在微波场的作用下，水分子由高速转动状态转变为激发态，这是一种高能量的不稳定状态。此时水分子或者汽化以加强萃取组分的驱动力，并且微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的非离子化辐射能，水分子具有一定的极性，可在微波场的作用下产生瞬时极化，作极性变换运动，从而产生键的振动、撕裂和粒子间的摩擦和碰撞，并迅速生成大量的热能，促使细胞破裂，使CBD溢出并扩散到水中，进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的水中。微波萃取也能改变水分子的极性，并且加剧了极性运动，使CBD更好的溶出到水中。

附图说明

图1是本发明的一个萃取系统示意图；

图中标记：1-萃取罐，2-蒸发罐，3-冷凝器，4-溶剂储罐，5-样品储存罐，6-增压泵，7-微波发生器，8-第一调节阀，9-第二调节阀，10-溶剂流量控制阀，11-进料阀。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1

先将冷冻后的新鲜植物粉碎到10目，粉碎后的物料置于萃取罐中，以1m3/h的速度向萃取罐中通入纯水，于微波频率为300MHz，功率为200w，温度250℃，萃取压力12MPa的亚临界状态下进行亚临界水萃取，萃取60分钟，蒸发回收水，重复萃取三次后，得到大麻二酚的浓缩液；

其次将大麻二酚浓缩液加入是其重量4-10倍纯水进行稀释，使稀释液的固含量为1％-2％，采用大孔吸附树脂进行梯度洗脱，即先用10％v/v的乙醇除杂，再用75％v/v的乙醇洗脱，收集目标洗脱液；将梯度洗脱的目标洗脱液合并，于60℃下减压浓缩，去除固形物，得到大麻二酚二次浓缩液；

最后，将大麻二酚二次浓缩液，加入95％的乙醇过饱和溶解，获得结晶物后用纯水洗涤干燥后即得大麻二酚产品。

实施例2

先将冷冻后的新鲜植物粉碎到20目，粉碎后的物料置于萃取罐中，以1m3/h的速度向萃取罐中通入纯水，于微波频率为3000MHz，功率为1200w，温度374℃，萃取压力22MPa的亚临界状态下进行亚临界水萃取，萃取60分钟，蒸发回收水，

重复萃取三次后，得到大麻二酚的缩液；其次将大麻二酚浓缩液加入是其重量4-10倍纯水进行稀释，使稀释液的固含量为1％-2％，采用大孔吸附树脂进行梯度洗脱，即先用30％v/v的乙醇除杂，再用75％v/v的乙醇洗脱，收集目标洗脱液；将梯度洗脱的目标洗脱液合并，于70℃下减压浓缩，去除固形物，得到大麻二酚二次浓缩液；

最后，将大麻二酚二次浓缩液，加入95％的乙醇过饱和溶解，获得结晶物后用纯水洗涤干燥后即得大麻二酚产品。

实施例3

先将冷冻后的新鲜植物粉碎到15目，粉碎后的物料置于萃取罐中，以1m3/h的速度向萃取罐中通入纯水，于微波频率为3000MHz，功率为1200w，温度200℃，萃取压力22MPa的亚临界状态下进行亚临界水萃取，萃取60分钟，蒸发回收水，重复萃取三次后，得到大麻二酚的浓缩液；

其次将大麻二酚浓缩液加入是其重量4-10倍纯水进行稀释，使稀释液的固含量为1％-2％，采用大孔吸附树脂进行梯度洗脱，即先用25％v/v的乙醇除杂，再用80％v/v的乙醇洗脱，收集目标洗脱液；将梯度洗脱的目标洗脱液合并，于65℃下减压浓缩，去除固形物，得到大麻二酚二次浓缩液；

最后，将大麻二酚二次浓缩液，加入95％的乙醇过饱和溶解，获得结晶物后用纯水洗涤干燥后即得大麻二酚产品。

实施例4

如图1所示，本实施例公开了一种微波辅助亚临界提取工业大麻中大麻二酚的系统，包括通过管路依次连接的萃取罐1、蒸发罐2、冷凝器3、溶剂储罐4以及样品储存罐5。萃取罐1内置微波发生器7，提高萃取的得率和效率，微波萃取在萃取罐1内进行，萃取罐1带有溶剂进口和物料投入口。

萃取罐1的外部设有温度控制器和压力控制器，维持萃取罐在设定的温度和压力范围内，提高萃取的效率。溶剂储罐4用于储存萃取溶剂，溶剂储罐4带有溶剂出口，溶剂储罐4的溶剂出口与萃取罐1的溶剂进口相连通。溶剂储罐4与萃取罐1之间的管路设有增压泵6，增压泵6将溶剂储罐4内的溶剂泵送至萃取罐内，增压泵6与溶剂储罐4之间的管路设有溶剂流量控制阀10，溶剂流量控制阀10可控制溶剂的通入速度。

蒸发罐2用于将溶剂蒸发回收，蒸发罐2外有温度控制器，蒸发罐2的底部通过管路与样品储存器5相连接，样品储存器5与蒸发罐2之间的管路设有进料阀11。冷凝器3将蒸发出的溶剂冷凝，萃取罐1与蒸发罐2之间的管路设有第一调节阀8，蒸发罐2与冷凝器3之间的管路均设有第二调节阀9，调节第一调节阀8和第二调节阀9控制萃取罐的压力。

微波辅助亚临界水萃取技术提取大麻二酚CBD时，粉碎材料通过物料投入口投入萃取罐1内，溶剂储罐4内的水通过增压泵6，将水均匀通入萃取罐1内，调节压力控制器和温度控制器，控制萃取罐压力和温度，同时微波发生器7启动进行微波萃取，萃取罐1中的液相(即溶解有CBD的亚临界水)进入蒸发罐2，蒸发罐2中的水回收至溶剂储罐4中循环利用，提高溶剂利用率，蒸发罐1剩余的液体为浓缩的CBD溶液，打开进料阀将CBD浓缩液储存在样品储存罐5中，备用。将上述CBD浓缩液加入纯水稀释后，进行柱层析梯度洗脱，收集目标洗脱液，浓缩，结晶，得到CBD产品。