關(guān)于工業(yè)大麻提取物大麻二酚的價(jià)值概述及其提取和純化工藝的探討

王可

（吉林醫(yī)藥設(shè)計(jì)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(xué)家和醫(yī)生們測試和證實(shí)。CBD 是一種安全、不會(huì)上癮的物質(zhì)，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(jié)晶，分子式為C21H30O2，分子量為314.46，熔點(diǎn)66 ～ 67 ℃，密度1.025 g/cm3，CAS 號(hào)為13956-29-1，儲(chǔ)存條件2 ～ 8 ℃。分子結(jié)構(gòu)式如圖1 所示。護(hù)屏障、改善皮膚自我修復(fù)力。因此CBD 被用于藥品、保健品和化妝品制作的原料。區(qū)別于大麻中另一類致幻成癮的物質(zhì)THC（四氫大麻酚），CBD 可以有效消除THC 對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)的影響。CBD 已在歐洲大部分地區(qū)和其他國家獲得安全性和功效批準(zhǔn)。因此，有關(guān)它的新陳代謝、毒理學(xué)和安全性已在醫(yī)學(xué)上具有廣泛的信 息。

圖1 CBD 分子結(jié)構(gòu)式Fig.1 CBD molecular structure formula

本文將對(duì)工業(yè)大麻、CBD 及其提取精制的工藝技術(shù)進(jìn)行介紹和總結(jié)，希望借此推動(dòng)和促進(jìn)國內(nèi)CBD 產(chǎn)品及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)。

1 工業(yè)大麻和CBD

1.1 工業(yè)大麻

大麻（學(xué)名Cannabis Sativa L.），?？?、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(fā)現(xiàn)，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(yīng)用價(jià)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(jù)THC 含量分為工業(yè)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(yè)大麻的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(guī)模種植和產(chǎn)業(yè)化綜合開發(fā)。兩者區(qū)別如圖3 所示。

圖3 工業(yè)大麻和娛樂大麻的區(qū)別Fig.3 Difference between industrial hemp and marijuana hemp

CBD 是工業(yè)大麻中的非成癮成分，具有阻斷某些多酚對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)的不利影響，并且具有阻斷乳腺癌轉(zhuǎn)移、治療癲癇、抗類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、抗失眠等一系列生物活性功能[1]，還可以保護(hù)神經(jīng)、改善皮膚發(fā)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(nèi)的種植國家超過30 個(gè)，其中美國50 個(gè)州中就有19 個(gè)在種植工業(yè)大麻，而中國僅有云南和黑龍江兩個(gè)省份可以種植，很多省份在申請放開種植。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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(yè)大麻的省份只有2 個(gè)，但工業(yè)大麻的產(chǎn)量確占了世界的三分之一。先期進(jìn)行工業(yè)大麻加工的企業(yè)多是以莖皮纖維用以織麻布或紡線，制繩索，編織漁網(wǎng)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(chǎn)品的提取精制和外延產(chǎn)品開發(fā)的生產(chǎn)企業(yè)很少，這部分市場潛力巨大，亟待開發(fā)[2]。

1.2 CBD（大麻二酚）

大麻中有400 多種化學(xué)物質(zhì)，其中大麻素中就含有80 多種大麻酚類物質(zhì)，其中CBD、THC、CBN占了酚類物質(zhì)的90%以上，CBD 的含量最高，還有大量的羧酸和同分異構(gòu)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(jià)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(huì)像傳統(tǒng)意義上的那樣讓你感到“興奮”，但CBD 有各種各樣的治療應(yīng)用。它是一種抗驚厥化合物，可用于治療癲癇。例如，F(xiàn)DA 認(rèn)證批準(zhǔn)的Epidiolex 就是一種富含CBD 用于治療嚴(yán)重癲癇病的藥物。對(duì)CBD作為一種抗精神病類藥物用途的研究發(fā)現(xiàn)，CBD 具有抗抑郁和抗焦慮等功效。它還能對(duì)情緒低落產(chǎn)生積極的影響。2010年發(fā)表的一份報(bào)告記錄了CBD 對(duì)廣泛性社交焦慮障礙的影響，研究人員發(fā)現(xiàn)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(rèn)為是治療阿片類成癮藥物的原因所在。CBD 還對(duì)廣泛的神經(jīng)精神類疾病具有潛在的治療作用，其中一個(gè)為人們所熟知的領(lǐng)域就是，利用其特性來輔助治療創(chuàng)傷后應(yīng)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(duì)人類乳腺癌細(xì)胞具有殺滅毒性，能減緩癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散，并可抑制神經(jīng)性疼痛。當(dāng)與四氫大麻酚THC 聯(lián)合使用時(shí)，它可能會(huì)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(yè)大麻不同提取物功效Fig.5 Efficacy of different extracts from industrial hemp

目前，國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)都在加快CBD 的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，由于提取大麻二酚時(shí)，產(chǎn)生的四氫大麻酚含量也可能高于0.3%，因此按云南省相關(guān)規(guī)定，即使工業(yè)大麻用于提取大麻二酚時(shí)，也需按毒品大麻的管制要求進(jìn)行申請[4]。

2 工業(yè)大麻CBD 提取技術(shù)

CBD 在大麻各個(gè)部位中的含量通常按照苞片、花、葉、細(xì)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(duì)工藝大麻提取物的嚴(yán)格監(jiān)管，整個(gè)生產(chǎn)工藝必須符合公安部的管控要求，全過程透明化生產(chǎn)，確保工業(yè)大麻提取的副產(chǎn)物THC 不會(huì)流入社會(huì)，成為制毒原料。CBD 提取技術(shù)的目標(biāo)是：在提高CBD 的提取率和純度時(shí)，盡可能去除THC 殘留，盡量避免毒性有機(jī)溶劑的使用，以確保產(chǎn)品的安全性和環(huán)保性，并盡可能地減少成本。下面就兩種常規(guī)的提取工藝做描述，用以展示工業(yè)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?xì)怏w的移動(dòng)逐漸溶解液體等物質(zhì)，最終提供安全純凈的CBD 產(chǎn)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(shí)二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為液體。增加溫度和壓力，直到液體變?yōu)椤俺R界”狀態(tài)。實(shí)際上，超臨界二氧化碳能夠在保持密度如液體的同時(shí)，如氣體般充滿容器。當(dāng)二氧化碳處于超臨界狀態(tài)時(shí)，達(dá)到化學(xué)萃取的最理想階段，它不會(huì)引起變性或損害[8]。

（2）在萃取器中放入高品質(zhì)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(nèi)，大麻提取物將自動(dòng)從二氧化碳中分離出來。

（3）二氧化碳經(jīng)壓縮裝置后達(dá)到超臨界狀態(tài)繼續(xù)回到萃取罐中進(jìn)行大麻萃取，直至萃取結(jié)束，二氧化碳返回至儲(chǔ)藏罐，CBD 粗品從分離器中流出并收集至存儲(chǔ)罐內(nèi)，進(jìn)行下一步的精制。

優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)工藝安全，產(chǎn)品純凈，沒有葉綠素混入，污染風(fēng)險(xiǎn)小。

缺點(diǎn)：設(shè)備價(jià)格高，生產(chǎn)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(yè)大麻新鮮花葉到廣譜油產(chǎn)品工藝過程，大致包括以下幾個(gè)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(duì)于大麻花的濕度沒有特別嚴(yán)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(jī)，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(jìn)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(jìn)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(kuò)散幾個(gè)相互聯(lián)系的過程。

（4）將浸提后的浸膏配置成乙醇溶液，進(jìn)行凍化處理，去除植物脂肪、植物蠟等固形雜質(zhì)。該工序?qū)⒔嵋和ㄟ^低溫冷卻到-40 ℃以下，讓大麻花葉中的植物蠟、木質(zhì)素等大分子物質(zhì)通過冷卻凝固，再由高速離心機(jī)將底液進(jìn)行離心。由逆流提取工序得到的浸提液置于特制的篩網(wǎng)袋中，并放入低溫離心機(jī)；將浸提液通過制冷機(jī)組降溫至低于-40 ℃，用隔膜泵輸送到離心機(jī)中進(jìn)行浸提液凍化；凍化后的渣料需要HPLC 檢測，控制目標(biāo)組分含量小于1%，之后，將渣料暫存在物料桶中，收集后運(yùn)離凍化現(xiàn)場。

（5）將凍化后的物料進(jìn)行脫羧反應(yīng)，完成大麻素中酚酸的轉(zhuǎn)化。將凍化后的原料液經(jīng)過分子蒸餾系統(tǒng)，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(chǔ)罐；重組分和輕組分分別暫存于不同的儲(chǔ)罐中，以便后續(xù)處理。

（6）將脫羧后的物料進(jìn)行分子蒸餾分離得到粗品CBD 廣譜油溶液。

優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉。

缺點(diǎn)：提取CBD 粗品的工藝過程復(fù)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(yè)大麻CBD 的精制純化

工程上無論采用哪種提取技術(shù)所獲得的CBD 粗品，其成分依然復(fù)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(huán)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(chǎn)品，就必須對(duì)CBD 粗品進(jìn)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(jìn)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(xué)殘留和有害金屬成分[12]，經(jīng)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(dá)到藥用要求，CBD 粗品中致幻成癮的THC 含量也未滿足監(jiān)管要求。還需進(jìn)一步的純化和精制，通常會(huì)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(diǎn)是用于層析的柱子很多，上樣時(shí)間長，想獲取高純度CBD 就需要反復(fù)上樣，最少四次以上的層析才能得到CBD 產(chǎn)品，其純度有時(shí)依然達(dá)不到要求，還需重結(jié)晶才可以。這種方法還有一個(gè)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(dá)標(biāo)，有些溶劑受限于公安批復(fù)，管控嚴(yán)格，而且有些溶劑的添加和殘留在食品、保健品領(lǐng)域是被禁止的。

（2）離子交換法：采用大孔樹脂進(jìn)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(fù)結(jié)晶，濃縮，再結(jié)晶，再濃縮。每次結(jié)晶的損耗約在5%左右，這種損耗對(duì)于產(chǎn)品附加值很高的產(chǎn)品而言是很嚴(yán)重的，樹脂為了重復(fù)使用每次都需要利用酸堿再生，生產(chǎn)企業(yè)會(huì)有一定的排污和環(huán)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(tǒng)為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化流體的穩(wěn)定性、分配性和洗脫溶劑的比例使目標(biāo)產(chǎn)品的分離效率、分離效果均達(dá)到較高的水平。用該方法分離CBD 粗品還可根據(jù)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(chǎn)品其純度可高達(dá)97%以上。下面有一組數(shù)據(jù)可以用來說明，詳見表1。

表1 色譜柱工作數(shù)據(jù)Tab.1 Column working data

目前，在工程應(yīng)用上多采用色譜柱分離的方法對(duì)CBD 粗品進(jìn)行分離和純化，它可以連續(xù)進(jìn)料連續(xù)出料，等度洗脫，多柱滾動(dòng)循環(huán)純化，能夠解決分離難度大的產(chǎn)品，所得產(chǎn)品濃度與進(jìn)樣濃度相似，大大減少溶劑濃縮量。

4 結(jié)束語

大麻二酚（CBD）作為一種在諸多領(lǐng)域極具應(yīng)用前景的天然活性成分，隨著全球大麻合法化繼續(xù)推進(jìn)，下游醫(yī)療、食品和飲料、煙草和其他應(yīng)用的擴(kuò)大將推動(dòng)需求增長。CBD 的提取和純化等工藝過程可以根據(jù)終端產(chǎn)品的特點(diǎn)、原料有效成分的含量、建設(shè)方投資的強(qiáng)度等做出靈活的選擇和調(diào)整，以生產(chǎn)出不同需求的CBD 原料。隨著技術(shù)不斷升級(jí)，相信會(huì)有更先進(jìn)的工藝加入到CBD 行業(yè)中來助力CBD 行業(yè)發(fā)展。中國作為世界上最大的工業(yè)大麻種植區(qū)和最早應(yīng)用大麻的國家，有望從這一輪大麻轉(zhuǎn)型中受益。