关于工业大麻提取物大麻二酚的价值概述及其提取和纯化工艺的探讨

王可

（吉林医药设计院有限公司，长春 130000）

大麻作为一种药物，有着悠久的历史，可以追溯到几千年前。大麻二酚（CBD）是从大麻植物中提取的一种天然成分， CBD 的治疗特性正在被世界各地的科学家和医生们测试和证实。CBD 是一种安全、不会上瘾的物质，是一百多种“植物大麻素”之一。中文名为大麻二酚，英文名为cannabidiol，苍黄色树脂或结晶，分子式为C21H30O2，分子量为314.46，熔点66 ～ 67 ℃，密度1.025 g/cm3，CAS 号为13956-29-1，储存条件2 ～ 8 ℃。分子结构式如图1 所示。护屏障、改善皮肤自我修复力。因此CBD 被用于药品、保健品和化妆品制作的原料。区别于大麻中另一类致幻成瘾的物质THC（四氢大麻酚），CBD 可以有效消除THC 对人体神经系统的影响。CBD 已在欧洲大部分地区和其他国家获得安全性和功效批准。因此，有关它的新陈代谢、毒理学和安全性已在医学上具有广泛的信 息。

图1 CBD 分子结构式Fig.1 CBD molecular structure formula

本文将对工业大麻、CBD 及其提取精制的工艺技术进行介绍和总结，希望借此推动和促进国内CBD 产品及相关产业的开发。

1 工业大麻和CBD

1.1 工业大麻

大麻（学名Cannabis Sativa L.），桑科、大麻属植物，植株分雌雄，雌株植物的花叶提取物入药。研究发现，大麻中含有130 余种大麻素（大麻素就是大麻植株中提取出来的有效成分），这些大麻素大部分都有很高的应用价值。其中THC（四氢大麻酚）和CBD（大麻二酚）是两种常见的大麻素。THC 是大麻令人致幻成瘾的成分，根据THC 含量分为工业大麻（＜0.3%）、中间型大麻（0.3% ～ 0.5%）、娱乐大麻（＞0.5%，又称毒品大麻），如图2 所示。

图2 大麻的分类Fig.2 Classification of cannabis

娱乐大麻是违禁品，但工业大麻的经济价值极高，它是人工选育无毒或者低毒性的品种开始育种，逐渐形成规模种植和产业化综合开发。两者区别如图3 所示。

图3 工业大麻和娱乐大麻的区别Fig.3 Difference between industrial hemp and marijuana hemp

CBD 是工业大麻中的非成瘾成分，具有阻断某些多酚对人体神经系统的不利影响，并且具有阻断乳腺癌转移、治疗癫痫、抗类风湿关节炎、抗失眠等一系列生物活性功能[1]，还可以保护神经、改善皮肤发炎、抗氧化、舒缓皮肤敏感泛红、为皮肤表层建立保

目前世界范围内的种植国家超过30 个，其中美国50 个州中就有19 个在种植工业大麻，而中国仅有云南和黑龙江两个省份可以种植，很多省份在申请放开种植。据不完全统计，黑龙江目前有7 张种植及加工牌照，云南有45 张种植牌照6 张加工牌照。虽然中国开放种植工业大麻的省份只有2 个，但工业大麻的产量确占了世界的三分之一。先期进行工业大麻加工的企业多是以茎皮纤维用以织麻布或纺线，制绳索，编织渔网和造纸，种子榨油，含油量30%，可供做油漆，涂料等，油渣可作饲料等。真正从事CBD 产品的提取精制和外延产品开发的生产企业很少，这部分市场潜力巨大，亟待开发[2]。

1.2 CBD（大麻二酚）

大麻中有400 多种化学物质，其中大麻素中就含有80 多种大麻酚类物质，其中CBD、THC、CBN占了酚类物质的90%以上，CBD 的含量最高，还有大量的羧酸和同分异构体[3]。大麻素的主要成分如图4 所示。

图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，而且药用价值最广泛的一种，它具有抗炎性，但不具备精神活性的大麻素，用途广泛。虽然它可能不会像传统意义上的那样让你感到“兴奋”，但CBD 有各种各样的治疗应用。它是一种抗惊厥化合物，可用于治疗癫痫。例如，FDA 认证批准的Epidiolex 就是一种富含CBD 用于治疗严重癫痫病的药物。对CBD作为一种抗精神病类药物用途的研究发现，CBD 具有抗抑郁和抗焦虑等功效。它还能对情绪低落产生积极的影响。2010年发表的一份报告记录了CBD 对广泛性社交焦虑障碍的影响，研究人员发现CBD 显著降低了主观焦虑。CBD 还具有抗瘾治疗的特性，这可能就是为什么它被认为是治疗阿片类成瘾药物的原因所在。CBD 还对广泛的神经精神类疾病具有潜在的治疗作用，其中一个为人们所熟知的领域就是，利用其特性来辅助治疗创伤后应激障碍（PTSD）。CBD 也显示了作为一种抗癌药物的前景。它已被证明对人类乳腺癌细胞具有杀灭毒性，能减缓癌细胞的转移和扩散，并可抑制神经性疼痛。当与四氢大麻酚THC 联合使用时，它可能会减轻晚期癌症患者的病痛。CBD 的主要功效如图5 所示。

图5 工业大麻不同提取物功效Fig.5 Efficacy of different extracts from industrial hemp

目前，国内外的研究机构和生产企业都在加快CBD 的产业化进程，由于提取大麻二酚时，产生的四氢大麻酚含量也可能高于0.3%，因此按云南省相关规定，即使工业大麻用于提取大麻二酚时，也需按毒品大麻的管制要求进行申请[4]。

2 工业大麻CBD 提取技术

CBD 在大麻各个部位中的含量通常按照苞片、花、叶、细茎和粗茎的顺序递减，在雌花的花和叶中含量最高，因此通常选择花叶提取CBD[5-6]。鉴于我国对工艺大麻提取物的严格监管，整个生产工艺必须符合公安部的管控要求，全过程透明化生产，确保工业大麻提取的副产物THC 不会流入社会，成为制毒原料。CBD 提取技术的目标是：在提高CBD 的提取率和纯度时，尽可能去除THC 残留，尽量避免毒性有机溶剂的使用，以确保产品的安全性和环保性，并尽可能地减少成本。下面就两种常规的提取工艺做描述，用以展示工业大麻中CBD 提取的过程。

2.1 超临界二氧化碳萃取法

二氧化碳萃取法分为超临界，亚临界，利用超临界是迄今为止最常用的植物提取方式[7]。超临界材料利用二氧化碳气体的移动逐渐溶解液体等物质，最终提供安全纯净的CBD 产品，工艺流程如图6所 示。

图6 超临界二氧化碳萃取法工艺流程Fig.6 Supercritical carbon dioxide extraction process flow

（1）通过压缩装置将二氧化碳的温度降低到-56.1 ℃以下并将压力增加到0.52 MPa 以上，此时二氧化碳气体转化为液体。增加温度和压力，直到液体变为“超临界”状态。实际上，超临界二氧化碳能够在保持密度如液体的同时，如气体般充满容器。当二氧化碳处于超临界状态时，达到化学萃取的最理想阶段，它不会引起变性或损害[8]。

（2）在萃取器中放入高品质的大麻，超临界二氧化碳在萃取器中溶解并收集植物的提取物。将成为液体的二氧化碳送入低压分离器内，大麻提取物将自动从二氧化碳中分离出来。

（3）二氧化碳经压缩装置后达到超临界状态继续回到萃取罐中进行大麻萃取，直至萃取结束，二氧化碳返回至储藏罐，CBD 粗品从分离器中流出并收集至存储罐内，进行下一步的精制。

优点：生产工艺安全，产品纯净，没有叶绿素混入，污染风险小。

缺点：设备价格高，生产成本高。

2.2 溶剂萃取法

通常以乙醇为溶剂，从大麻植物中提取广普油。从工业大麻新鲜花叶到广谱油产品工艺过程，大致包括以下几个部分，工艺流程如图7 所示。

图7 溶剂萃取法工艺流程Fig.7 Solvent extraction processflow

（1）花叶烘干。大麻素提取对于大麻花的湿度没有特别严格的要求，一般建议将含水量控制为小于14%。

（2）花叶切碎。利用粉碎机，将干鲜花叶完成粉碎，约5 ～ 20 目，并将所得到的干花叶粉末合理贮藏。

（3）将干花叶粉末进行乙醇浸提，得到大麻素浸膏。将大麻干花叶粉末在乙醇中进行超声逆流浸提[9]。大麻干花叶的浸提过程一般可分为浸润、渗透、解吸、溶解、扩散几个相互联系的过程。

（4）将浸提后的浸膏配置成乙醇溶液，进行冻化处理，去除植物脂肪、植物蜡等固形杂质。该工序将浸提液通过低温冷却到-40 ℃以下，让大麻花叶中的植物蜡、木质素等大分子物质通过冷却凝固，再由高速离心机将底液进行离心。由逆流提取工序得到的浸提液置于特制的筛网袋中，并放入低温离心机；将浸提液通过制冷机组降温至低于-40 ℃，用隔膜泵输送到离心机中进行浸提液冻化；冻化后的渣料需要HPLC 检测，控制目标组分含量小于1%，之后，将渣料暂存在物料桶中，收集后运离冻化现场。

（5）将冻化后的物料进行脱羧反应，完成大麻素中酚酸的转化。将冻化后的原料液经过分子蒸馏系统，保留大麻素段馏分，去除重组分和极轻组分。保留的大麻素暂存在粗油储罐；重组分和轻组分分别暂存于不同的储罐中，以便后续处理。

（6）将脱羧后的物料进行分子蒸馏分离得到粗品CBD 广谱油溶液。

优点：工艺简单，生产成本低廉。

缺点：提取CBD 粗品的工艺过程复杂，操作步骤多，大量使用乙醇，有易燃易爆的安全隐患。

3 工业大麻CBD 的精制纯化

工程上无论采用哪种提取技术所获得的CBD 粗品，其成分依然复杂，其中主要成分有THC（四氢大麻酚）、CBD（大麻二酚）、CBN（大麻酚）、CBC（大麻环萜酚）、CBG（大麻萜酚）、丙基同系物（THCVCBDVCBGVCBCV）、酚酸（THCACBDACBCACBGA）等[10]，如图8 所示。

图8 CBD 粗品的成分Fig.8 Composition of CBD crude

若要获取纯净的最终产品，就必须对CBD 粗品进行富集和分离纯化。去除其他成分，销毁使人致幻成瘾的THC 成分[11]。通常的工艺是采用分子蒸馏加层析柱或色谱柱进行分离和纯化，纯化精制过程如图9 所示。

图9 CBD 粗品纯化精制过程Fig.9 Purification process of CBD crude product

3.1 分子蒸馏

分子蒸馏可以有效地脱除提取物中的溶媒，并起到脱色的作用，除去化学残留和有害金属成分[12]，经过分子蒸馏装置的CBD 粗品，其纯度可以提升至70%以上。但该纯度尚未达到药用要求，CBD 粗品中致幻成瘾的THC 含量也未满足监管要求。还需进一步的纯化和精制，通常会采用柱层析或色谱柱分离等树脂吸附工艺。

3.2 树脂吸附

（1）柱层析法，这种方法的特点是用于层析的柱子很多，上样时间长，想获取高纯度CBD 就需要反复上样，最少四次以上的层析才能得到CBD 产品，其纯度有时依然达不到要求，还需重结晶才可以。这种方法还有一个问题：它采用正相体系，大部分使用三氯甲烷，丙酮，石油醚，乙醚等易燃易爆溶剂，溶剂残留不达标，有些溶剂受限于公安批复，管控严格，而且有些溶剂的添加和残留在食品、保健品领域是被禁止的。

（2）离子交换法：采用大孔树脂进行富集纯化，该方法无法将CBD 粗品一次性分离纯化成功，需要反复结晶，浓缩，再结晶，再浓缩。每次结晶的损耗约在5%左右，这种损耗对于产品附加值很高的产品而言是很严重的，树脂为了重复使用每次都需要利用酸碱再生，生产企业会有一定的排污和环保方面的压 力。

（3）色谱柱分离法：该方法利用普通液相色谱的分离原理，以大直径的液相色谱柱和大流通量的液体输送系统为基础，通过优化流体的稳定性、分配性和洗脱溶剂的比例使目标产品的分离效率、分离效果均达到较高的水平。用该方法分离CBD 粗品还可根据需求分别提取大麻素里面所有单体，比如CBD，CBG，CBN，CBC 等等。分离出来的CBD 产品其纯度可高达97%以上。下面有一组数据可以用来说明，详见表1。

表1 色谱柱工作数据Tab.1 Column working data

目前，在工程应用上多采用色谱柱分离的方法对CBD 粗品进行分离和纯化，它可以连续进料连续出料，等度洗脱，多柱滚动循环纯化，能够解决分离难度大的产品，所得产品浓度与进样浓度相似，大大减少溶剂浓缩量。

4 结束语

大麻二酚（CBD）作为一种在诸多领域极具应用前景的天然活性成分，随着全球大麻合法化继续推进，下游医疗、食品和饮料、烟草和其他应用的扩大将推动需求增长。CBD 的提取和纯化等工艺过程可以根据终端产品的特点、原料有效成分的含量、建设方投资的强度等做出灵活的选择和调整，以生产出不同需求的CBD 原料。随着技术不断升级，相信会有更先进的工艺加入到CBD 行业中来助力CBD 行业发展。中国作为世界上最大的工业大麻种植区和最早应用大麻的国家，有望从这一轮大麻转型中受益。