Extraction and purification of cannabidiol
Teräsvalli, Heini (2020)
Kandidaatintyö
2020
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Tiivistelmä
Cannabidiol (CBD) is a non-psychoactive, medicinal compound found in the cannabis plant. The aim of this thesis was to examine and evaluate methods used to extract and purify cannabidiol in a commercial scale based on scientific literature and other public online sources.
The market for products containing CBD have grown in the last few years especially in North America and Europe, and therefore many new companies have entered the business. Companies already in the cannabis industry have also began producing CBD products. The most important competitive factors are the quality and safety of the product, and each company chooses the most suitable extraction and purification methods according to their own criteria.
Different extraction methods can be used to extract cannabidiol from the plant matter and to purify the product. Supercritical carbon dioxide and solid-liquid extraction are the most popular methods to extract CBD from plant matter when producing consumer goods. Deep eutectic solvents have also been studied as an alternative. According to the solubility parameter theory, ethanol is the most effective solvent for cannabidiol.
The number of comparable scientific studies about the effectiveness of different extraction and purification methods is low at this time, but some conclusions could be made. Supercritical carbon dioxide extraction is a significantly slower method than a traditional solid-liquid extraction. The use of co-solvents improved yield and lower CO2 consumption, thus lowering the costs of the extraction. Carbon dioxide is seen as a safer solvent than most for the production of internally consumed products. A drawback of supercritical CO2 is the high cost of commercial-scale equipment compared to solid-liquid extraction. The total cost of solid-liquid extraction with ethanol is lower than supercritical CO2. Cannabidiol can be purified further by solidifying and removing waxes and lipids in a low temperature, in process called winterization. Distillation, crystallisation and chromatographic technique scan also be used. Solvent residue and other volatile compounds can be efficiently removed by distillation. Isolate can be produced by crystallisation as well as chromatographically. Centrifugal partition chromatography (CPC) is a novel method of purification, which is suitable for commercial use. Kannabidioli (CBD) on hamppukasvista saatava ei-päihdyttävä yhdiste, jolla on lääkinnällisiä ominaisuuksia. Tämän työn tarkoituksena oli tarkastella ja arvioida kannabidiolin erotukseen ja puhdistukseen kaupallisessa mittakaavassa sopivia menetelmiä tieteellisten kirjallisuuslähteiden ja muiden, julkisten verkkoaineistojen avulla.
Markkinat CBD:tä sisältäville tuotteille ovat viime vuosina kasvaneet etenkin Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa. Markkinoiden kasvu on tuonut alalle paljon uusia yrityksiä. Myös jo olemassa olevat kannabisalan yritykset ovat laajentaneet tuotevalikoimaansa CBD-tuotteisiin. Tärkeimmiksi kilpailuvalteiksi ovat nousseet tuotteen laatu ja turvallisuus, joiden perusteella usein valitaan sopivimmat erotus- ja puhdistusmenetelmät yrityskohtaisesti.
Kannabidiolia voidaan erottaa kasvimassasta, sekä tuotetta puhdistaa erilaisilla uuttomenetelmillä. Kuluttajatuotteiden valmistuksessa suosituimmat menetelmät kannabidiolin erottamiseksi kasvimassasta ovat ylikriittinen hiilidioksidiuutto ja kiinteä-nesteuutto. Lisäksi on tutkittu syväeutektisia liuottimia vaihtoehtona kannabinoidien erotukseen. Liukoisuusparametriteorian mukaan etanoli on tehokkain liuotin kannabidiolille.
Vertailukelpoisen tieteellisen tutkimuksen määrä eri erotus- ja puhdistusmenetelmien tehokkuudesta on tällä hetkellä pieni, mutta joitakin päätelmiä voitiin tehdä. Ylikriittinen hiilidioksidiuutto on perinteistä kiinteä-nesteuuttoa selvästi hitaampi menetelmä. Seosliuottimien käyttö parantaa saantoa ja laskee hiilidioksidin kulutusta ja sitä kautta erotuksen kustannuksia. Hiilidioksidia pidetään muita liuottimia turvallisempana etenkin sisäisesti nautittavien tuotteiden valmistukseen. Haittapuolena menetelmän käytössä kaupallisessa mittakaavassa on laitteistojen korkea hinta verrattuna kiinteä-nesteuuttoon. Kokonaiskustannuksiltaan kiinteä-nesteuutto etanolilla on ylikriittistä hiilidioksidiuuttoa edullisempi menetelmä. Kannabidiolia voidaan puhdistaa edelleen saostamalla vahat ja lipidit alhaisessa lämpötilassa, tislaamalla, kiteyttämällä tai kromatografisesti. Tislaamalla voidaan tehokkaasti poistaa liuotinjäämät ja muut helposti haihtuvat yhdisteet. Isolaattia voidaan valmistaa kiteytyksen lisäksi kromatografisesti, joista CPC-kromatografia on uudehko menetelmä, joka sopii hyvin kaupalliseen käyttöön.
The market for products containing CBD have grown in the last few years especially in North America and Europe, and therefore many new companies have entered the business. Companies already in the cannabis industry have also began producing CBD products. The most important competitive factors are the quality and safety of the product, and each company chooses the most suitable extraction and purification methods according to their own criteria.
Different extraction methods can be used to extract cannabidiol from the plant matter and to purify the product. Supercritical carbon dioxide and solid-liquid extraction are the most popular methods to extract CBD from plant matter when producing consumer goods. Deep eutectic solvents have also been studied as an alternative. According to the solubility parameter theory, ethanol is the most effective solvent for cannabidiol.
The number of comparable scientific studies about the effectiveness of different extraction and purification methods is low at this time, but some conclusions could be made. Supercritical carbon dioxide extraction is a significantly slower method than a traditional solid-liquid extraction. The use of co-solvents improved yield and lower CO2 consumption, thus lowering the costs of the extraction. Carbon dioxide is seen as a safer solvent than most for the production of internally consumed products. A drawback of supercritical CO2 is the high cost of commercial-scale equipment compared to solid-liquid extraction. The total cost of solid-liquid extraction with ethanol is lower than supercritical CO2. Cannabidiol can be purified further by solidifying and removing waxes and lipids in a low temperature, in process called winterization. Distillation, crystallisation and chromatographic technique scan also be used. Solvent residue and other volatile compounds can be efficiently removed by distillation. Isolate can be produced by crystallisation as well as chromatographically. Centrifugal partition chromatography (CPC) is a novel method of purification, which is suitable for commercial use.
Markkinat CBD:tä sisältäville tuotteille ovat viime vuosina kasvaneet etenkin Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa. Markkinoiden kasvu on tuonut alalle paljon uusia yrityksiä. Myös jo olemassa olevat kannabisalan yritykset ovat laajentaneet tuotevalikoimaansa CBD-tuotteisiin. Tärkeimmiksi kilpailuvalteiksi ovat nousseet tuotteen laatu ja turvallisuus, joiden perusteella usein valitaan sopivimmat erotus- ja puhdistusmenetelmät yrityskohtaisesti.
Kannabidiolia voidaan erottaa kasvimassasta, sekä tuotetta puhdistaa erilaisilla uuttomenetelmillä. Kuluttajatuotteiden valmistuksessa suosituimmat menetelmät kannabidiolin erottamiseksi kasvimassasta ovat ylikriittinen hiilidioksidiuutto ja kiinteä-nesteuutto. Lisäksi on tutkittu syväeutektisia liuottimia vaihtoehtona kannabinoidien erotukseen. Liukoisuusparametriteorian mukaan etanoli on tehokkain liuotin kannabidiolille.
Vertailukelpoisen tieteellisen tutkimuksen määrä eri erotus- ja puhdistusmenetelmien tehokkuudesta on tällä hetkellä pieni, mutta joitakin päätelmiä voitiin tehdä. Ylikriittinen hiilidioksidiuutto on perinteistä kiinteä-nesteuuttoa selvästi hitaampi menetelmä. Seosliuottimien käyttö parantaa saantoa ja laskee hiilidioksidin kulutusta ja sitä kautta erotuksen kustannuksia. Hiilidioksidia pidetään muita liuottimia turvallisempana etenkin sisäisesti nautittavien tuotteiden valmistukseen. Haittapuolena menetelmän käytössä kaupallisessa mittakaavassa on laitteistojen korkea hinta verrattuna kiinteä-nesteuuttoon. Kokonaiskustannuksiltaan kiinteä-nesteuutto etanolilla on ylikriittistä hiilidioksidiuuttoa edullisempi menetelmä. Kannabidiolia voidaan puhdistaa edelleen saostamalla vahat ja lipidit alhaisessa lämpötilassa, tislaamalla, kiteyttämällä tai kromatografisesti. Tislaamalla voidaan tehokkaasti poistaa liuotinjäämät ja muut helposti haihtuvat yhdisteet. Isolaattia voidaan valmistaa kiteytyksen lisäksi kromatografisesti, joista CPC-kromatografia on uudehko menetelmä, joka sopii hyvin kaupalliseen käyttöön.