大麻CBD提取工藝綜述

汪 宸，張福順，2

(1.黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，哈爾濱 150080)

0 前言

近年來大麻產(chǎn)品熱度大增，經(jīng)研究表明[1]，大麻含有的化學(xué)成分多達(dá)400多 種，其中最受人熟知的是四氫大麻酚(Tetrahydrocannabinol，以下簡稱THC)，也就是毒品的主要成分，其中還含有大麻素類物質(zhì)為大麻二酚(CBD)、和大麻酚(Cannabinol，以下簡稱CBN)等。根據(jù)大麻中THC的含量不同可分為工業(yè)大麻和大麻。工業(yè)大麻的THC<0.3%，是古老纖維制品的原材料；毒品大麻的THC>0.5%，其粗加工產(chǎn)品一旦被人體吸收后，將有致癮性，多國已將其劃入違禁品名單中。

隨著各國對(duì)大麻二酚的深入研究，大麻二酚展現(xiàn)了抗驚厥、癲癇、焦慮、抗菌抗炎、抗麻醉和神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)的藥理藥學(xué)功效。其在緩解癲癇癥狀方面具有優(yōu)勢(shì)，且癲癇癥狀對(duì)現(xiàn)如今的治療手段具有極高的抗性，大麻提取物新藥的面世，將給患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病的孩子與父母帶來新的希望[2]。同時(shí)，大麻二酚可以有效地消除四氫大麻酚對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)的影響，被稱為“反毒品化合物”(anti-marijuanacompound)[3]。本文結(jié)合國內(nèi)外多種提取方法進(jìn)行總結(jié)，供同行參考。

1 提取工藝

國內(nèi)外已經(jīng)研究出多種大麻二酚提取方法，美國已有六項(xiàng)提取專利，常見的提取方法有乙醇、超臨界流體提取、超聲波輔助提取等[4]?，F(xiàn)如今越來越多的工藝優(yōu)化與創(chuàng)新被應(yīng)用于大麻二酚的提取，主要從提取溶劑、工藝、材料等方面提高大麻二酚的產(chǎn)量。由圖1可直觀看出各種工藝的對(duì)比情況。

1.1 浸漬法+膜分離技術(shù)

在浸漬法的基礎(chǔ)上，采用膜分離技術(shù)對(duì)提取的產(chǎn)物進(jìn)行提純，以此獲得高含量的CBD提取物。鄭玲[5]將處理過的工業(yè)大麻放入甲醇中進(jìn)行50℃熱回流5 h，獲得甲醇濃縮膏，后加入純化水以沉淀CBD，放置在5～10℃的冷庫24 h后進(jìn)行離心分離，所得固體溶解在甲醇(1∶5，w/v)中過濾，并用膜分離設(shè)備去除雜質(zhì)，將150～600 D段濃縮。將150～600 D段產(chǎn)物濃縮成較粘稠狀，邊加入純水邊攪拌直至晶體析出。將結(jié)晶液放置于5～10℃的冷庫中24 h，后用壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離。固體在真空干燥箱干燥后，得到褐色粉末狀CBD粗品，含量大于65%。

在獲得大麻二酚粗品后，可利用新型提純方法——膜分離技術(shù)進(jìn)行提純。膜分離系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的樹脂分離系統(tǒng)，具有得率高、成本低、能耗低、環(huán)保、 便于操作等優(yōu)勢(shì)。

1.2 超聲波輔助提取法

高寶昌[6]等人利用料液比為1∶20的無水乙醇作為提取劑，放入大麻樣品充分?jǐn)嚢韬箪o止12 h后，利用超聲提取15 min，從而得到CBD提取物。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，提取3次可以充分提取大麻葉中的大麻二酚。

1.3 回流熱提取法

高哲、張志軍[7]等人將火麻葉在60℃烘干至恒重，利用高速多功能粉碎機(jī)粉碎為粒徑20目葉粉，加入料液比1∶15的正己烷作為提取溶劑，在溫度80℃利用熱回流技術(shù)提取3 h，將產(chǎn)物進(jìn)行冷卻抽濾，濾液在40℃下旋蒸濃縮獲得浸膏，浸膏得率為5.24%，浸膏中大麻二酚含量為46.16 mg/g。

1.4 超臨界流體萃取法

超臨界二氧化碳是一種不易燃、無毒、可廣泛獲得且易于回收的傳統(tǒng)萃取溶劑的替代品。張旭[8]等人取漢麻鮮葉在40℃環(huán)境下烘干，粉碎成50目粉末，置于萃取釜中，萃取釜壓力固定為30 MPa，分離釜壓力為6 MPa，CO2流速保持12 L/h不變，萃取溫度45℃最佳，萃取70 min，夾帶劑用量300 ml，采用預(yù)浸-動(dòng)態(tài)萃取方式萃取3次。

在大麻產(chǎn)品生產(chǎn)中往往產(chǎn)生大量廢料，高達(dá)33%的大麻會(huì)以粉塵的形式流失，廢料的處理成為難題。處理的好壞直接影響經(jīng)濟(jì)效益，目前發(fā)現(xiàn)了從大麻廢料中有效提取CBD的方法。在工業(yè)加工設(shè)施不同部分的大麻纖維廢渣內(nèi)含有不同成分的親脂性物質(zhì)，其中部分可提取為CBD。Thomas M. Attard[9]將100 g磨碎的大麻粉放入500 cm3的提取容器中，并將其連入提取系統(tǒng)中。將萃取器加熱至35℃～65℃之間，穩(wěn)定5 min，利用內(nèi)部泵加壓(80 bar至400 bar)且自動(dòng)背壓調(diào)節(jié)器(ABPR)維持系統(tǒng)壓力。整套系統(tǒng)以動(dòng)態(tài)模式運(yùn)行，含有脂質(zhì)的二氧化碳以35 g/min的流速流入收集容器，萃取時(shí)間4 h。當(dāng)萃取結(jié)束時(shí)，儀器減壓15 min-75 min，具體時(shí)間根據(jù)施加的壓力決定。提取物用100 ml的DCM沖洗兩次來收集親脂性物質(zhì)，后將DCM溶液通過濾紙，以重新溶解濾紙上發(fā)現(xiàn)的任何親脂性物質(zhì)。利用真空干燥，稱取粗親脂性物質(zhì)產(chǎn)品并從中提純CBD。

1.5 離子液體提取法

Changyong Cai[10]認(rèn)為離子液體可替代溶劑進(jìn)行大麻二酚的提取。離子液體可作為提取過程中的促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑和萃取劑。大麻二酚可由大麻二酚酸(CBDA)通過脫羧轉(zhuǎn)化而成，離子液體可加速反應(yīng)的發(fā)生，且提高反應(yīng)的穩(wěn)定程度。通過實(shí)驗(yàn)得出1-己基-3-甲基咪唑雙酰亞胺(三氟甲基磺?；?為最佳提取劑。在液固比為25∶1、提取時(shí)間為50 min、提取溫度為60℃時(shí)，提取得率最高，為7.23 mg/g，遠(yuǎn)高于用甲醇提取的4.56 mg/g。

1.6 酶解法

吳俊鋒，楊曉泉[11]使用的酶是復(fù)合植物水解酶和酸性蛋白酶復(fù)合物。將火麻葉置于100℃烘箱中加熱2 h，冷卻后加入復(fù)合植物水解酶和酸性蛋白酶復(fù)合物，在搖床內(nèi)水解1 h，再加入正己烷作為萃取劑并置于攪拌器中(轉(zhuǎn)速1 000 r/min)攪拌3 h。待沉淀后利用旋蒸操作去除溶劑，剩余油狀物加入1∶5甲醇置于-40℃的冰箱進(jìn)行冬化處理1 h。在-6℃條件下離心獲取上清液，在其加入10%的活性炭進(jìn)行脫色處理30 min。濾液再次進(jìn)行旋蒸即可得到含有大麻二酚的浸膏。將浸膏中加入氯仿溶解，在功率150 w、溫度25℃的超聲浴中超聲5 min后過0.22 μm的有機(jī)膜，可得大麻二酚。在此工藝條件下，浸膏得率達(dá)到5.40%，大麻二酚含量為56.11 mg/g。

1.7 加壓熱水萃取法

Yannick Nuapia[12]等人認(rèn)為加壓熱水提取(PHWE)已被證明是從植物材料中回收極性和半極性生物活性化合物的一種極好方法。他們將種子在50℃烘干4 h直至含水量為5.5%-7.9%，然后壓成粉末。將粉末與提取劑乙醇混合，待溶解后放置水浴加壓加熱萃取45 min，提取溫度為160℃。所得CBD含量大于THC和CBN含量，且效率更高，更環(huán)保。

2 應(yīng)用情況

國人對(duì)大麻的態(tài)度一直是深惡痛覺，主要原因是其對(duì)大麻的誤解。工業(yè)大麻不但對(duì)人體無害，反而存在大量對(duì)人體有益物質(zhì)。我國云南省公安廳根據(jù)聯(lián)合國公約和我國禁毒法律法規(guī)，明確了工業(yè)大麻在我國種植和利用的合法性[13]。大麻二酚(CBD)在食品、日用品、藥品等多領(lǐng)域具有廣泛用途，經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高[14]。

2019年，隨著國內(nèi)對(duì)工業(yè)大麻的普及力度加大，越來越多的化妝品牌開始開發(fā)含有大麻二酚的化妝品，2019年因此被稱為中國工業(yè)大麻化妝品科普元年[15]。夏日防曬一直是人們廣泛關(guān)注的問題。經(jīng)研究表明，在紫外線照射后，CBD對(duì)角質(zhì)細(xì)胞和黑素細(xì)胞的存活具有保護(hù)作用。因此將CBD作為防曬霜的有益添加劑，可能比單獨(dú)使用防曬霜提供更好的保護(hù)[16]。因2020年新冠疫情的爆發(fā)，迫使大家長時(shí)間的佩戴口罩。長時(shí)間的佩戴口罩造成面部皮膚出現(xiàn)勒痕和局部濕熱而出現(xiàn)的痘痘、面色不均等問題。含有CBD的化妝品通過特有的修復(fù)、抗氧化等功效，有效改善“口罩臉”問題[17]。且在國外臨床研究中，他們認(rèn)為大麻二酚在人體內(nèi)的相對(duì)安全性，有望成為治療新冠病情的候選藥物之一[18]。雖然研究已經(jīng)表明CBD在治療各種皮膚病方面可能有潛力，但我們?nèi)匀恍枰３种?jǐn)慎。許多可用的數(shù)據(jù)是臨床的，缺乏可靠、隨機(jī)、雙盲研究的支持。盡管其具有令人興奮的潛力，但我們?nèi)杂性S多關(guān)于CBD的未知[19]。

目前我國流行的含有CBD的化妝品多數(shù)為中高端國際品牌，昂貴的價(jià)格并不能被大眾廣泛接受且使用，這給我國本土化妝品牌留下了很大的空間市場[20]。但是國內(nèi)搜索平臺(tái)關(guān)鍵詞的限制，普通人很難在網(wǎng)上了解更多對(duì)工業(yè)大麻化妝品的信息，且消費(fèi)者對(duì)工業(yè)大麻化妝品的認(rèn)可與接受度也處于朦朧狀態(tài)。工業(yè)大麻同時(shí)應(yīng)用于藥品制作，應(yīng)進(jìn)行藥品分析評(píng)估與質(zhì)量控制，同時(shí)給予大眾對(duì)此類產(chǎn)品的廣泛宣傳與教育，讓消費(fèi)者相信并使用[21]。

我國作為人口大國、領(lǐng)土大國，擁有海量的市場與廣袤的種植面積，中國已經(jīng)成為全球主要的工業(yè)大麻種植區(qū)之一。中國的工業(yè)大麻種植者、投資者、加工企業(yè)等應(yīng)時(shí)刻關(guān)注并了解國內(nèi)外的法律法規(guī)的監(jiān)管，在合法的情況下，開發(fā)出更多含有CBD的工業(yè)大麻產(chǎn)品，以此提高工業(yè)大麻產(chǎn)品的國際競爭力[22]。

3 展望

國內(nèi)外已經(jīng)探索多種大麻CBD的提取工藝與優(yōu)化方式，但是在例如原材料選擇、溶劑選擇等方面還有進(jìn)步的空間。

大麻CBD的產(chǎn)量決定性的因素應(yīng)包括其本身，在原材料選取時(shí)，選擇富含CBD成分的大麻品種非常關(guān)鍵。查閱文獻(xiàn)得知，張軍[23]等人利用種子的浸泡催芽技術(shù)與調(diào)配播種時(shí)營養(yǎng)土的成分，成功培育出一種CBD含量高達(dá)20%的新品種大麻。近些年提取的大麻品種CBD含量較低且提取成本較高，這些新品種的大麻面世為大麻的種植水平以及經(jīng)濟(jì)水平得到大幅度的提升。

根據(jù)對(duì)未來世界發(fā)展的考慮，各行業(yè)都在積極的尋找綠色產(chǎn)品與技術(shù)，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品和技術(shù)帶來的環(huán)境污染?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的綠色方案是用超臨界CO2萃取方法[24]。該方法避免使用有機(jī)溶劑，采用對(duì)環(huán)境無害的CO2作為萃取流體，且在使用后能夠被再次利用，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念。在工藝的進(jìn)一步發(fā)展下，已經(jīng)能夠生產(chǎn)高純度的大麻二酚產(chǎn)品。

大麻中含有大量的有機(jī)成分，包括各種脂肪酸和蛋白質(zhì)。不同的在工業(yè)大麻產(chǎn)品中含有CBD和大麻籽油，近些年這類產(chǎn)品備受消費(fèi)者喜愛。它們都作為大麻提取物產(chǎn)品，難以區(qū)分，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)抗氧化活性可作為區(qū)分CBD和大麻籽油的重要標(biāo)志[25]。

大麻二酚酸暴露在熱、光和氧氣中會(huì)加速脫羧變成大麻二酚[26]。脫羧過程中會(huì)損失了萜烯或萜類化合物，即具有異戊二烯結(jié)構(gòu)重復(fù)單元的大麻植物的揮發(fā)性成分，這些化合物不是大麻獨(dú)有的它們與大麻素的協(xié)同作用，通常被稱為環(huán)境效應(yīng)，增強(qiáng)了大麻中發(fā)現(xiàn)的大麻素的有效性，是一個(gè)有前途的新研究領(lǐng)域。

不同的大麻提取工藝可能對(duì)提取物的分布造成變化。在提取過程中，蒸發(fā)加熱和氧氣的同時(shí)存在，或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，極大地改變了最終的產(chǎn)物分布，因此必須在未來的產(chǎn)品加工中仔細(xì)考慮并標(biāo)準(zhǔn)化[27]。在此之外，不同的PH值條件下進(jìn)行提取，或許造成提取物的純度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求；且不同的加工工藝所得到的產(chǎn)品，其抗氧化活性也可能具有不同的表現(xiàn)。

4 結(jié)語

目前關(guān)于大麻二酚提取技術(shù)的研究相當(dāng)多，也側(cè)面反應(yīng)了市場的火爆。但是酚類物質(zhì)組分的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，提取技術(shù)還是存在不少難點(diǎn)[28]。多數(shù)國家已經(jīng)掌握了多種提取方法，提取效率也不盡相同，大部分學(xué)者對(duì)各種工方法進(jìn)行工藝優(yōu)化，從溶劑選擇到提取時(shí)間都進(jìn)行了詳細(xì)的研究。隨著研究深入與時(shí)代發(fā)展，大家的研究方向逐漸從追求產(chǎn)量最大化到尋找一種綠色工藝，具有操作簡單、省時(shí)省力、有機(jī)溶劑用量少、對(duì)實(shí)驗(yàn)人員傷害小、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，具有進(jìn)一步優(yōu)化的潛力[29]。因此，未來的研究中心應(yīng)著重于以下三個(gè)方面：①利用現(xiàn)有的研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)原材料來源、原材料粗加工細(xì)加工、提取液的選擇與配比，考慮多種提取工藝的優(yōu)勢(shì)結(jié)合。②進(jìn)行提取物的物質(zhì)分析，確保其純度與品質(zhì)。③進(jìn)一步開發(fā)研究綠色工藝，對(duì)傳統(tǒng)工藝的傳承與創(chuàng)新，在未來實(shí)現(xiàn)高效綠色的操作模式。