Η φαρμακευτική κάνναβη περιέχει εκατοντάδες θεραπευτικές ενώσεις. Χρησιμοποιείται για χιλιετίες για να προσφέρει θεραπεία και ανακούφιση σε μια μεγάλη ποικιλία ασθενειών και η έρευνα έχει δείξει ότι τα διάφορα συστατικά του φυτού όταν συνεργάζονται παρέχουν περισσότερα ιατρικά οφέλη από ότι ένα μεμονωμένο συστατικό του [1], [2].
Ωστόσο, η ικανότητα απόσταξης εκχυλίσματος κάνναβης διατηρεί πολλές χρήσιμες εφαρμογές. Ο διαχωρισμός των τερπενίων, των φυτοχημικών, των κηρών, των αμύλων και των κανναβινοειδών ενώσεων, έχει ζωτική σημασία σε μελέτες που συνδέουν ουσίες με συγκεκριμένες ευεργετικές επιδράσεις. Τα αποσταγμένα κανναβινοειδή και άλλα χημικά συστατικά του φυτού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία φαρμάκων με ακριβείς και τυποποιημένες δοσολογίες. Αυτό επιτρέπει, επίσης, τον επανασυνδυασμό κανναβινοειδών και τερπενίων με βάση τις επιθυμητές συνεργατικές επιδράσεις. Επιπλέον, τα έλαια που χρησιμοποιούνται για την άτμιση μπορούν να εξαγνιστούν από σκληρότερα συστατικά και να γίνουν ακίνδυνα για εισπνοή. Τα ἐξαγνισμένα κανναβινοειδή έχει αποδειχθεί ότι διαθέτουν βρογχοδιασταλτικές επιδράσεις, παρέχοντας ανακούφιση στο άσθμα και άλλες παθήσεις του αναπνευστικού [3].
Η απόσταξη ελαίου κάνναβης συνήθως αναφέρεται στη διαδικασία της απόσταξης “μικρής διαδρομής”, η οποία είναι μια διαδικασία εξάτμισης/συμπύκνωσης που εκτελείται υπό κενό, με μικρή απόσταση μεταξύ του εξατμιστή και του συμπυκνωτή. Η λειτουργκή αποδοτικότητα μεγιστοποιείται από αυτή τή «μικρή διαδρομή», λόγω του σχετικά μεγάλου μοριακού βάρους των κανναβινοειδών. Παραλλαγές του σχεδιασμού του συστήματος μπορούν να επηρεάσουν το ρυθμό ροής, την ποσότητα του υλικού που μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία κάθε φορά, και το χρονικό διάστημα που οι ενώσεις στόχοι εκτίθενται σε θερμότητα.
Αν και ορισμένα σύνθετα συστήματα εκχύλισης είναι ικανά να αποφέρουν μικρές ποσότητες απομονωθέντων THC ή CBD, δεν είναι πρακτικά λόγω των παρόμοιων σημείων βρασμού αυτών των ενώσεων. Η THC έχει σημείο βρασμού 157 °C, ενώ η ατμοποίηση της CBD εμφανίζεται μεταξύ 160-180 °C. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να απομονώσετε πραγματικά μια ένωση από τις εκατοντάδες που βρίσκονται στη ρητίνη της κάνναβης, είναι μέσω μιας τεχνικής που ονομάζεται Φυγοκεντρική Χρωματογραφία Διχοτόμησης(CPC), την οποία θα διερευνήσουμε λεπτομερώς στο τεύχος του επόμενου μήνα. Εδώ, θα εξηγήσουμε τη χημεία πίσω από την εντελώς διαφορετική διαδικασία της απόσταξης, συζητώντας διάφορες μεθόδους και την καταλληλότητά τους, σύμφωνα με τους στόχους της παραγωγής.
Αρχική Ύλη
Η αρχική ύλη για οποιαδήποτε απόσταξη, είναι ένα συμπυκνωμένο πυκνό διάλυμα κάνναβης πλήρους φάσματος, το οποίο μπορεί να έχει εξαχθεί με ή χωρίς τη χρήση διαλυτών. Εάν αυτό το “ακατέργαστο” έλαιο εκχυλίζεται με τη χρήση αλκοόλης ή διαλυτών με βάση υδρογονάνθρακες, θα πρέπει να έχει ήδη εφαρμοστεί μια διαδικασία εξάτμισης rotary ή falling/wiped film, για την εκκαθάριση του διαλύτη και την ανάκτησή του για περαιτέρω χρήση. Αυτή η εξάτμιση και η ανάκτηση του διαλύτη που χρησιμοποιείται στην αρχική εκχύλιση, συχνά παρερμηνεύεται ως απόσταξη. Ωστόσο, με εξαίρεση το CO2 και τα εκχυλίσματα χωρίς διαλύτες, θα υπάρχουν πάντα ίχνη διαλύτη που θα εξακολουθούν να περιέχονται στο εκχύλισμα, μετά από αυτή τη διαδικασία εξάτμισης. Η “μικρής διαδρομής” απόσταξη απαλλάσσει το συμπύκνωμα από όλους τους διαλύτες. Η διαδικασία επίσης δεν απαιτεί πρόσθετο διαλύτη, καθώς λειτουργεί σε θερμοκρασίες άνω των 120 °C. Το πυκνό διάλυμα ρέει εύκολα όταν θερμαίνεται σε αυτά τα επίπεδα.
Τα κεριά, τα λιπίδια, τα φυτοχημικά, τα άμυλα και τα τερπένια διαχωρίζονται από τα κανναβινοειδή στην απόσταξη. Εάν ένα ακατέργαστο εκχύλισμα έχει ήδη υποστεί “ψύχρανση” (winterization – μια διαδικασία που περιγράφεται λεπτομερώς στα προηγούμενα άρθρα εκχύλισης), ένα μεγάλο μέρος των κηρών και των λιπιδίων θα έχουν ήδη αφαιρεθεί. Η απόσταξη ενός εκχυλίσματος που έχει “ψυχρανθεί” θα έχει ως αποτέλεσμα ένα καθαρότερο, πιο διαυγές και πιο συμπυκνωμένο έλαιο, με λιγότερα απαραίτητα περάσματα από τον αποστακτήρα, σε σύγκριση με το αρχικό υλικό που δεν έχει υποστεί “ψύχρανση”.
Απόσταξη Batch Mode
Η λειτουργία απόσταξης μικρής διαδρομής Batch Mode είναι ο απλούστερος και φτηνότερος τρόπος παραγωγής αποστάγματος. Σε αυτό το σύστημα, μια φιάλη εξατμιστή που φορτώνεται με την αρχική ύλη, επισυνάπτεται σε μια κεφαλή συμπυκνωτή και αντλία κενού. Ο συμπυκνωτής συνδέεται με πολλαπλές φιάλες συλλογής, σε διαφορετικές αποστάσεις. Η πρώτη συλλέγει τα πιο πτητικά υλικά, με τα χαμηλότερα σημεία βρασμού, το υπόλειμμα διαλύτη και μονοτερπένια.Μια άλλη φιάλη συλλαμβάνει τα κανναβινοειδή, και έναw τρίτος θάλαμος λαμβάνει τα κεριά, τα λιπίδια, την χλωροφύλλη και άλλες ενώσεις που έχουν τα υψηλότερα σημεία βρασμού.
Αν και αυτή η μέθοδος είναι η πιο απλή, το συμπύκνωμα πρέπει να εκτεθεί σε θερμότητα για μια ώρα ή περισσότερο, προκειμένου να επιτευχθεί αποτελεσματικός διαχωρισμός. Αυτός ο μεγάλος “χρόνος διαμονής” στο στάδιο της εξάτμισης θα συμβάλει στη θερμική υποβάθμιση των ενώσεων-στόχων. Επίσης, η Batch Mode δεν επιτρέπει ένα σύστημα “συνεχούς ροής”, στο οποίο το αρχικό υλικό μπορεί να προστίθεται συνεχώς. Μεγάλα συστήματα Batch Mode, επίσης, χάνουν σε αποδοτικότητα και απαιτούν ακόμη περισσότερο χρόνο εξάτμισης για την επεξεργασία όλων των υλικών.
Απόσταξη Falling/Wiped Film
Η τεχνολογία απόσταξης Falling/Wiped Film, αντιμετωπίζει πολλά από τα ζητήματα που δημιουργούνται με τις τυπικές διεργασίες της απόσταξης Batch Mode. Αυτά τα σχέδια διαθέτουν έναν κύλινδρο σε ένα τζάκετ θερμότητας, έτσι ώστε ο εσωτερικός τοίχος λειτουργεί ως εξατμιστής, και ένας εσωτερικός συμπυκνωτής τρέχει από τη μέση του κυλίνδρου. Η απόσταση μεταξύ του εξατμιστή και του εσωτερικού συμπυκνωτή είναι πολύ μικρή. Καθώς το ακατέργαστο συμπύκνωμα εισέρχεται στον εξατμιστή, αρχίζει να “πέφτει” κάτα μήκος του εσωτερικού τοίχου λόγω της βαρύτητας.
Με το άπλωμα του υλικού τροφοδότησης όσο το δυνατόν πιο λεπτά και ομοιόμορφα πάνω στο εσωτερικό τοίχωμα, η επιφάνεια μεγιστοποιείται και περισσότερα στοχευόμενα μόρια εξατμίζονται και μπορούν να ταξιδέψουν τη μικρή απόσταση έως τον συμπυκνωτή. Στο σύστημα Falling Film μικροί κύλινδροι χρησιμοποιούνται για να απλώσουν το πυκνό σκεύασμα ομοιόμορφα πάνω από τον εξατμιστή. Το σύστημα Wiped Film βελτιώνει τους κυλίνδρους, χρησιμοποιώντας “υαλοκαθαριστήρες” τοποθετημένους με ελαφρώς καθοδική κλίση, βελτιστοποιώντας τις αναταράξεις του λεπτού υμένα και προωθώντας το υλικό σε κυκλική και καθοδική πορεία κατά μήκος του εξατμιστή.
Τα τερπένια και ο υπολειπόμενος διαλύτης είναι οι πρώτες ουσίες που εξατμίζονται. Στις διαδικασίες Falling/Wiped Film, οι ενώσεις αυτές συλλαμβάνονται και τροφοδοτούνται σε ξεχωριστή μονάδα συμπυκνωτή, όπου διατηρούνται σε χαμηλότερη θερμοκρασία από αυτή του συμπυκνωτή στην κύρια στήλη. Ο υπολειπόμενος διαλύτης κατευθύνεται και συμπυκνώνεται σε ψυχρή παγίδα, ενώ τα τερπένια συμπυκνώνονται σε ελαφρώς υψηλότερη θερμοκρασία και συλλέγονται σε διαφορετικό δοχείο.
Στην κύρια στήλη, τα κανναβινοειδή εξατμίζονται και συμπυκνώνονται από τον εσωτερικό συμπυκνωτή, ενώ τα κεριά, τα λιπίδια και τα άμυλα παραμένουν στο τοίχωμα του εξατμιστή, λόγω του υψηλότερου σημείου βρασμού τους. Αυτά τα μη-κανναβινοειδή υλικά κατέρχονται σε ένα δοχείο συλλογής, ενώ τα κανναβινοειδή συλλέγονται σε ένα διαφορετικό θάλαμο.
Αυτά τα συστήματα επιτρέπουν μια συνεχή ταχύτητα ροής του υλικού τροφοδοσίας, έτσι ώστε να μπορεί κάποιος να επεξεργαστεί περισσότερο υλικό σε μικρότερο χρονικό διάστημα. Πολλαπλά περάσματα σε αυτές τις μηχανές θα αυξήσουν την καθαρότητα των κανναβινοειδών του τελικού προϊόντος. Μετά από δύο ή τρία περάσματα, μια καθαρότητα της τάξεως του 90-97% είναι επιτεύξιμη. Εάν κάποιος επιθυμεί να διαχωρίσει την THC ή την CBD σε αυτό το στάδιο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν συστήματα φίλτρων-αποξήρανσης που αποδίδουν κρυσταλλικό απόσταγμα [4].
Απόσταξη Spinning Band
Η απόσταξη Spinning Band είναι ο πιο σύνθετος και ακριβός σχεδιασμός συστήματος, για την απόσταξη ελαίου κάνναβης. Η συσκευή χρησιμοποιεί μια κλασματική στήλη με περιστρεφόμενη ελικοειδή κορδέλα. Καθώς το υλικό τροφοδοσίας εξατμίζεται, ταξιδεύει ανοδικά και η ταχέως περιστρεφόμενη κορδέλα αναγκάζει τη στενή επαφή μεταξύ των ατμών και κάθε υγρού που έχει συμπυκνωθεί πάνω της.
Ως συνήθως, τα τερπένια και ο υπολειπόμενος διαλύτης είναι οι πρώτες ενώσεις που εξατμίζονται και υλλέγονται, με παρόμοιο τρόπο όπως στα συστήματα Falling / Wiped Film. Ο υπολειπόμενος ατμός αποτελείται από ένα ή περισσότερα στοιχεία-στόχους, με παρόμοια σημεία βρασμού, ενώ το συμπυκνωμένο υγρό θα είναι ένα μίγμα κανναβινοειδών και ανεπιθύμητων ενώσεων όπως η χλωροφύλλη, τα κεριά κλπ. Η στενή επαφή μεταξύ ατμού και υγρού που προκαλείται από την περιστρεφόμενη κορδέλα, δημιουργεί ζώνες ισορροπίας μεταξύ του υγρού και του ατμού, που ονομάζονται «θεωρητικές πλάκες». Όσο υψηλότερος είναι ο αριθμός των θεωρητικών πλακών, τόσο πιο ακριβής και αποτελεσματικός είναι ο διαχωρισμός που συμβαίνει. Το υγρό επαναμεταφέρεται στη φιάλη βρασμού, ενώ οι υδρατμοί υψηλής καθαρότητας ταξιδεύουν στον συμπυκνωτή και το δοχείο συλλογής. Μόλις επιστρέψει στον εξατμιστή, το υγρό εξατμίζεται και πάλι και περισσότερος ατμός καθαρών κανναβινοειδών μπορεί να ταξιδέψει στο θάλαμο συλλογής. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου τα κανναβινοειδή διαχωριστούν πλήρως από τις άλλες ουσίες.
Λόγω των πολλαπλών αποστάξεων που συμβαίνουν σε έναν ενιαίο κύκλο, χρησιμοποιώντας αυτό το σύστημα, το υλικό συνήθως δεν απαιτεί πολλαπλά περάσματα για να επιτευχθεί η 90 +% καθαρότητα των κανναβινοειδών, όπως στη batch mode ή τις μεθόδους Falling/Wiped Film. Ωστόσο, εάν κάποιος επιθυμεί να απομονώσει την THC ή την CBD, μπορεί να πάρει το προϊόν από την πρώτη απόσταξη spinning band και να το τρέξει μέσω μιας άλλης συσκευής περιστροφής, που είναι ρυθμισμένη στη σωστή θερμοκρασία, για να διαχωρίσει αυτές τις ενώσεις μεταξύ τους. Επειδή τα σημεία βρασμού της THC και της CBD είναι τόσο κοντά, το σύστημα πρέπει να είναι ικανό για πολύ ακριβή ρύθμιση της θερμοκρασίας, και οι αποδόσεις θα είναι μικρές.
Παραπομπές:
[1] Ryuichi Murase, Rumi Kawamura, Eric Singer, Arash Pakdel, Pranamee Sarma, Jonathon Judkins, Eiman Elwakeel, Sonali Dayal, Esther Martinez‐Martinez, Mukkanti Amere, Ramesh Gujjar, Anu Mahadevan, Pierre‐Yves Desprez, Sean D McAllister; “Targeting multiple cannabinoid anti‐tumour pathways with a resorcinol derivative leads to inhibition of advanced stages of breast cancer” British Journal of Pharmacology,Volume171, Issue19, October 2014, p. 4464-4477
[2] Sandra Blasco-Benito, Marta Seijo-Vila, Miriam Caro-Villalobos, Isabel Tundidor, Clara Andradas, Elena García-Taboada, Jeff Wade, Stewart Smith, Manuel Guzmán, EduardoPérez-Gómez, MaraGordon, Cristina Sánchez; “Appraising the ‘entourage effect’: Anti-tumor action of a pure cannabinoid versus a botanical drug preparation in preclinical models of breast cancer”; Biochemical Pharmacology, Vol. 157, November 2018, pgs. 285-293
[3] Grassin-Delyle S1, Naline E, Buenestado A, Faisy C, Alvarez JC, Salvator H, Abrial C, Advenier C, Zemoura L, Devillier P.; “Cannabinoids inhibit cholinergic contraction in human airways through prejunctional CB1 receptors”, British Journal of Pharmacology, 2014 Jun; Vol. 171(11), pgs. 2767-77
[4] https://www.popeinc.com/still-products/nutsche-filters-dryers/
