[麻进展]工业大麻中大麻二酚的后脱羧协同超临界萃取_牟赵杰

作者：牟赵杰等来源：发布时间：2022-02-17 Tag: 点击：

摘要：目的：提供一种后脱羧协同超临界萃取制备大麻二酚（CBD）的方法。方法：工业大麻花叶预处理及干燥后进行二氧化碳超临界萃取。萃取温度为20～50℃，压力为10～30MPa，二氧化碳流量为500～900kg·h^-1，时间为1～4h。萃取物经过前处理后进行脱羧。脱羧后的CBD粗油通过分子蒸馏及高效液相色谱纯化，真空浓缩，结晶，制得高纯度CBD晶体。结果：与脱羧前相比，脱羧后CBDA含量明显降低，转化率在75%以上。制得的成品CBD晶体纯度均在99.7%以上，平均质量分数为99.86%。结论：脱羧协同二氧化碳超临界萃取可提高CBD提取效率、降低生产成本，适合工业化大规模生产。

关键词：大麻叶提取物；大麻二酚；脱羧

大麻（Cannabis sativa L）为桑科大麻属草本植物，又常被称作汉麻、火麻、黄麻等，栽培历史悠久。古代五谷之麻，即为本草大麻^[1]。大麻花叶中富含100多种植物性大麻素，以大麻二酚（CBD）和四氢大麻酚（THC）质量分数最高，其中THC具有致幻和成瘾作用^[2]。THC质量分数是区分工业大麻和毒品大麻的重要指标。通常根据THC的质量分数不同，将大麻分为工业大麻（THC质量分数小于0.3%）、娱乐大麻（THC质量分数为0.3%～0.5%）、毒品大麻（THC质量分数大于0.5%)^[3]。目前国内只有云南和黑龙江两省颁布了种植、加工工业大麻合法性的地方法规^[4]。CBD无致幻成瘾性，且有多种药理作用。研究表明，大麻二酚具有抗氧化、抗炎、抗癫痫、抗惊厥、神经保护和抗癌、抗呕吐等作用^[3]，已成功开发为抗癫痫的新型药物。在化妆品领域也有巨大潜力，在《已使用化妆品原料名称目录（2015版）》中，大麻花叶提取物和大麻籽油、大麻仁果被收录允许使用^[5]。

CBD主要集中于工业大麻的花与叶中，为从工业大麻花叶中获得安全且纯度较高的CBD，需要对其进行提取分离。工业大麻中的CBD主要以CBDA的形式存在。CBDA可在光照、加热、碱化等条件下脱去羧基转化为具有药理活性的CBD^[4]。做好原料中CBDA的脱羧转化，是提高提取效率、降低生产成本的重要方法。针对原料中的CBDA脱羧转化为CBD的研究和处理，至今未见报道，所以本文介绍一种大麻二酚的后脱羧协同超临界萃取方法，在提高CBD提取纯度的同时，提高原料中大麻二酚酸（CBDA）脱羧转化，提高CBD提取效率，以促进工业大麻产业和CBD制备技术的发展。

1材料与仪器

1.1主要材料

甲醇、乙腈、无水乙醇，HPLC级，美国Tedia公司；CBD标准品，美国Sigma公司；工业大麻来自云南合法种植。

1.2主要仪器

高效液相色谱仪，LC-2030，日本岛津；离心机，TDZ5，赫西；天平，ATY224，日本岛津；粉碎机，FW135，天津泰斯特；冷藏冷冻冰箱，YCD-EL260，中科美凌。

2方法

2.1CBD的后脱羧协同超临界萃取制备

2.1.1原料处理

将晾干的工业大麻花叶经振动筛过筛，去除麻籽和麻秆、砂石杂质，粉碎至60～100目（0.15～0.25mm），得到花叶初级原料。将花叶初级原料利用热风炉带式干燥设备干燥，干燥温度为90～105℃，干燥时间为0.5～3h，得到水分小于5%的干燥工业大麻花叶原料。

2.1.2二氧化碳超临界萃取

将得到的干燥花叶原料，进行二氧化碳超临界萃取，二氧化碳超临界萃取温度为20～50℃，压力为10～30MPa，二氧化碳流量为500～900kg·h^-1，时间为1～4h。萃取后得到CBD萃取浸膏和残渣。

2.1.3前处理

将萃取浸膏进行浓缩，去掉水分，得到浓缩浸膏；按照浓缩浸膏与无水乙醇体积比1∶8混匀，于-50～-60℃超低温冷冻脱脂脱蜡4～8h，离心过滤得到一级处理液，一级处理液通过十八烷基键合修饰硅胶树脂和活性炭联合脱色40min，活性炭添加量体积分数为0.5%，脱色载样量为6%，采用梯度乙醇溶液洗脱，得到二级处理液；二级处理液浓缩得到CBD粗油。

2.1.4后脱羧

将CBD粗油加入容量为100～500L的脱羧釜中，控制脱羧釜中温度为80～150℃、压力为-0.05～-0.1MPa，脱羧0.5～2h，得到脱羧后的CBD粗油。

2.1.5分子蒸馏

将CBD粗油经过薄膜蒸发器脱溶，再通过短程分子蒸馏去除大分子色素、杂质重组分，短程分子蒸馏温度控制在90～140℃，真空度为30～110Pa，得到全谱CBD油。

2.1.6工业制备色谱分离纯化

将全谱CBD油，输送到中压色谱层析柱样品罐，采用无水乙醇调配，层析柱上样后，通过工业制备高效液相色谱系统梯度乙醇解析，精准分离得到CBD组分富集液和THC组分富集液；层析柱吸附介质为聚酰胺吸附树脂，载样量30～50mg·mL^-1，解析洗脱液采用体积分数55%～85%的乙醇，压力为2～4MPa。

2.1.7真空浓缩

将CBD组分富集液真空减压浓缩，得到精制CBD广谱油。

2.1.8结晶

将精制CBD广谱油溶于无水乙醇，制成CBD饱和溶液，分段降温，使CBD过饱和，静置得到无色透明或为淡黄色晶体，洗涤、过滤、干燥，得到CBD质量分数大于99.5%的CBD晶体。将99.5%CBD晶体复溶于无水乙醇，制成饱和溶液，分段降温，二次结晶，得到更高纯度CBD晶体。

2.2脱羧前后CBDA含量测定及成品晶体的CBD质量分数测定

按照《中国药典》二部附录，使用高效液相色谱法测定脱羧前后及成品晶体的CBD质量分数。以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂，以甲醇-乙腈-水-醋酸（体积比25∶50∶25∶0.4）为流动相，检测波长220nm，理论板数按大麻二酚计算不低于4000。取待测品适量，精密称定，加流动溶解并定量稀释制成每1mL约含0.2mg的溶液，精密量取20μL，注入高效液相色谱仪，记录色谱图；另取大麻二酚对照品，同法测定。按外标法以峰面积计算CBD质量分数，分别测定脱羧前后CBDA含量测定及成品晶体的CBD质量分数。

3结果与讨论

3.1脱羧前后CBDA质量分数测定结果

3种脱羧条件下，分别对3份样品试验。样品Ⅰ脱羧条件为脱羧温度105℃，脱羧时间50min；样品Ⅱ脱羧温度127℃，脱羧时间40min；样品Ⅲ脱羧温度145℃，脱羧时间30min。结果显示，3种脱羧条件下，脱羧前后CBDA质量分数均明显下降，与脱羧前比较，转化率在75%以上，结果如表1所示。同时，脱羧温度越高，所用的脱羧时间越短。样品Ⅰ脱羧前后的色谱图如图1、图2所示。

表1 脱羧前后CBDA的质量分数测定

图1 样品Ⅰ脱羧前色谱图

图2 样品Ⅰ脱羧后色谱图

该结果表明加强原料中CBDA脱羧反应能显著提高大麻花叶中CBD的提取效率。从大麻中高效提取CBD对促进大麻CBD成功开发为医用制剂极其重要。目前FDA于2018年批准上市的用于治疗2岁以上患儿Lennox-Gastaut综合征和Dravet综合征相关罕见癫痫的药物Epidiolex即为高纯度CBD提取物制剂^[6]。而脱羧是高效生产大麻主要活性成分CBD不可忽视的一步[7]。大麻中的CBD以CBDA的形式存在。CBDA对热不稳定，可通过烘烤或回流等在光和热下进行热催化脱羧，反应式如图3所示。本文通过控制脱羧釜中温度和时间达到精准脱羧的目的，在3种脱羧条件下，均达到了良好的脱羧效果，脱羧后CBD质量分数显著提高。脱羧温度越高，所用脱羧时间越短，与相关文献结果一致^[8]。通过控制优化脱羧条件，将花叶中的CBDA精准脱羧转为CBD，使CBD提取率大幅提高，同时还能把花叶中的低沸点酚类和萜烯类物质最大限度地保留下来。与花叶烘干前脱羧相比，能耗大幅降低70%以上，时间缩短1倍以上，CBD约生产成本降低30%以上，对工业生产意义重大。

图3 CBDA的热催化脱羧

3.2成品晶体CBD质量分数

大麻花叶二氧化碳超临界萃取协同后脱羧，再经分离纯化和结晶，最终制得成品CBD。采用高效液相色谱法测定成品晶体CBD质量分数，结果如表2所示。结果显示，成品CBD晶体质量分数均在99.7%以上,平均质量分数为99.86%。

表2 成品晶体CBD质量分数

传统CBD提取方法主要包括浸渍法、回流法、超声辅助萃取等，常用提取溶剂多为有机溶剂^[9]。浸渍法和回流法常用的有机溶剂包括正己烷、氯仿、石油醚、甲醇、丙酮等^[10]。尽管浸渍法和回流法操作简便，但提取时间长，提取温度不易控制，且该过程会产生有机废水，对环境危害大，可生化性差，是难处理的工业废水之一，对环境不够友好^[11]。超声辅助萃取的原理是通过超声震荡，使细胞壁破坏，从而使目标化合物更易溶解在溶剂中^[12]。该提取方法能有效缩短CBD提取时间、增加CBD的产率，但存在超声波频率不易控制、出现超声空白区等缺点^[4]。本文采用的CBD萃取方法为超临界CO₂萃取。超临界流体如CO₂是处于临界温度和临界压力以上的非凝缩性的高密度流体，处于超临界状态的流体，其具有优异的溶剂性质，黏度低，密度大，有较好的流动、传质、传热和溶解性^[13]。超临界CO₂萃取技术是将提取与分离相结合，调节系统的操作压力和温度，使得液态的CO₂成为超临界流体，并对物质有足够的溶解度，能萃取出所需物质，随后升温或降压，以分离物质^[14]。超临界CO₂萃取技术是一种新型先进“绿色”分离技术，不仅能快速有效地萃取并分离出所需物质，且所得物质纯度高，无溶剂残留问题^[15]。此外，超临界CO₂萃取技术还可与现代分析技术相结合，如气相色谱、高效液相色谱、液质联用仪等，从而高效进行成分分析^[16]。而对于CBD的提取，超临界CO₂萃取技术还能在提高其产量的同时，降低THC质量分数^[17]。