一种从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法
阅读说明：本技术 一种从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法 (Method for efficiently purifying cannabidiol from industrial cannabis sativa leaves ) 是由 刘胜贵 王钲霖 薛红芬 孔令羽 蒋永昌 于 2021-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法,包括以下步骤：①原料预处理：将工业大麻花叶粉碎成20～40目的花叶颗粒；②超临界CO-(2)提取:将花叶颗粒置于萃取釜中萃取得到CBD含量为15～19%的提取物粗浸膏；③分子蒸馏：提取物粗浸膏进行分子蒸馏,得到CBD含量为30%～40%的轻组分；④色谱分离纯化：将轻组分溶解过滤,过滤得到的滤液上色谱层析柱,得到CBD含量为60～80%的CBD油；⑤结晶：将CBD溶解后,进行结晶,结晶完成后,对CBD饱和溶液进行过滤、干燥,得到含量99%以上的CBD晶体。本发明的提纯方法简单,流程短,收率高、产品纯度高,且整个提取纯化过程溶剂用量小,产品无溶剂残留,提取过程安全、无污染且生产成本低,可用于规模化生产。(The invention discloses a method for efficiently purifying cannabidiol from industrial cannabis sativa leaves, which comprises the following steps: pretreating raw materials: crushing industrial hemp leaves into 20-40 mesh flower and leaf particles; ② supercritical CO 2 Extracting, namely placing the mosaic granules in an extraction kettle for extraction to obtain an extract crude extract with the CBD content of 15-19%; ③ molecular distillation: performing molecular distillation on the crude extract to obtain a light component with the CBD content of 30-40%; chromatographic separation and purification: dissolving and filtering the light components, and carrying out chromatography column on the filtrate obtained by filtering to obtain CBD oil with the CBD content of 60-80%; fifthlyAnd (3) crystallization: and (3) dissolving the CBD, crystallizing, and filtering and drying the saturated CBD solution after the crystallization is finished to obtain the CBD crystal with the content of more than 99%. The purification method provided by the invention is simple, short in flow, high in yield, high in product purity, small in solvent consumption in the whole extraction and purification process, free of solvent residue in the product, safe in extraction process, free of pollution, low in production cost and capable of being used for large-scale production.)
技术领域
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法。
背景技术
工业大麻是指获得合法种植，所含四氢大麻酚（THC）小于0.3%的大麻。目前工业大麻在云南省、黑龙江省等地均得到大规模种植，种植规模逐年扩大。工业大麻(HEMP)药用价值极高，其应用广泛，涉及到纺织、造纸、食品、医药、卫生、日化、皮革、汽车、建筑、装饰、包装等领域。是经典的生产资料，也是我国传统的药材和保健品原料之一。目前从工业大麻中分离出的大麻素有80多种，包括大麻二酚（cannabidiol，CBD）、大麻二酚酸（cannabidiolicacid，CBDA）、次大麻二酚（cannabidivarol，CBDV）四氢大麻酚（tetrahydrocannabinol，THC）、大麻酚（cannabinol，CBN）、（cannabigerol，CBG）等，其中CBD和THC含量最高。研究表明，CBD在治疗癫痫、镇静、镇痛、抗抑郁、抗焦虑、抗炎等方面有明显疗效，尤其是近几年，在欧美国家掀起了CBD产品浪潮，包括CBD化妆品、食品、饮料、药品、保健品等，其中最受欢迎的产品之一是CBD油。
在现有的技术中，从工业大麻中提取大麻二酚主要有两种常用的方法，一是有机溶剂提取，二是超临界二氧化碳提取，不同的提取方式配套不同的后端分离纯化工艺，有机溶剂提取的工艺主要包括：粉碎、高温转化脱羧、提取、醇沉、脱蜡、分子蒸馏、层析、结晶等，这种方法有机溶剂用量较大，且使用的有机溶剂种类较多，容易导致提取物中有机溶剂残留超标，降低产品品质，环境污染严重，超临界二氧化碳提取工艺包括：粉碎、脱羧、超临界二氧化碳提取、脱蜡、分子蒸馏、层析、结晶等步骤，如中国的发明专利2019103699082公开了一种从工业大麻中提取大麻二酚的方法，其工艺路线为：原料除杂、粉碎、干燥、超临界二氧化碳萃取、分子蒸馏、超临界流体色谱分离纯化，以超临界二氧化碳为流动相，其工艺主要以乙醇作为夹带剂，对大麻二酚富集物进行分离纯化，该工艺的生产成本高，不适宜工业化推广；又如中国发明专利2020108510830公开了一种从工业大麻中提取纯化大麻二酚的方法，包括以下步骤：原料粉碎、烘干、溶剂浸提、脱蜡、分子蒸馏、柱层析、浓缩、重结晶，浸提采用乙醇、正己烷、石油醚、乙酸乙酯中一种或几种，洗脱溶剂为乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、正己烷、石油醚中的两种或几种按照体积比混合，结晶溶剂为正庚烷，该提取工艺过程中使用的溶剂较复杂，容易造成有机溶剂残留，提取后的CBD纯度较低，从而影响产品品质；再如中国发明专利2020115363268公开了一种工业化清洁生产大麻二酚CBD广谱油的方法，制备步骤为：过筛除杂、粉碎、干燥、乙醇提取、浓缩、超低温脱脂脱蜡、脱色、分子蒸馏、工业制备色谱分离纯化、真空浓缩，在分子蒸馏过程中同步完成CBDA的脱羧转化，该发明工艺全程仅用乙醇水系统，实现了清洁生产，但该工艺存在以下缺点：工艺路线较长，同时由于其采用乙醇提取，提取物中有大量水溶性化合物、高分子油脂化合物和大量色素类物质，杂质含量较高，必须经过脱蜡、脱色、分子蒸馏才能除去大部分杂质，提高浸膏中CBD含量，该工艺的工序较为复杂，费时费工，容易造成产品收率低的问题。通过研究已有的工艺路线，发现上述的超临界萃取主要存在以下缺点：一是现有的提取工艺路线较长，操作过程相对繁琐，CBD的提取率较低；二是需要对花叶原料或提取的浸膏进行高温转化，以使CBDA转化为CBD，转化完成后再进入下一工艺环节，尤其对花叶原料进行转化需要投入一定规模的高温干燥设备，高温干燥设备需要消耗较多的热能，其投资运行的成本较高；三是现有的CBD分离纯化工艺，使用的溶剂种类复杂，溶剂毒性大，不仅容易造成有机溶剂的残留，降低CBD的提取纯度，影响CBD的产品品质，而且有机溶剂的排放会造成严重的环境污染。因此，研制开发一种工艺路线短、操作简单、运行成本低、可有效提高产品提取率和产品纯度的从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法是客观需要的。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种工艺路线短、操作简单、运行成本低、可有效提高产品提取率和产品纯度的从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法
本发明所述的从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法，包括以下步骤：
①原料预处理：将晾干除杂后的工业大麻花叶利用粉碎机粉碎成20～40目的花叶颗粒，工业大麻花叶在粉碎前，先将工业大麻用水浸湿后，在装入筛蓝中并整体浸没到液氮中20～30min，然后提起并后置于室温下5～10min，再将筛蓝整体浸没到液氮中20～30min，如此反复2～3次后，再将工业大麻低温烘干使其水分降至5%以下；
②超临界CO2提取:将步骤①制得的花叶颗粒置于萃取釜中，以CO2为提取媒介，以体积分数为90%～95%乙醇为夹带剂，在萃取压力为20～30MPa、萃取温度为40～55℃的条件下萃取萃取2～4h，以分离压力为7～10MPa、分离温度为40～50℃的条件下进行解析，即可得到CBD含量为15～19%的提取物粗浸膏；
③分离蒸馏：先将分子蒸馏装置的温度预热到100～150℃，再将步骤②制得的提取物粗浸膏从进料口引入到分子蒸馏装置中进行分子蒸馏，分子蒸馏的加热温度为150～200℃，冷凝温度为50～70℃，刮膜转速为200～300r/min，真空度为-0.05～-0.09 MPa，蒸馏结束后，可得到CBD含量为30%～40%的轻组分；
④色谱分离纯化：将步骤③制得的轻组分置于上样罐内，并在上样罐内加入体积分数为60～70%的乙醇，乙醇与轻组分的质量比为5～10:1；搅拌至轻组分完全溶解后进行过滤，过滤的精度为380～400目，接着将过滤得到的滤液上色谱层析柱，载样量为20～50mgCBD/ml，洗脱液采用体积分数为60～85％的乙醇溶液，在压力为20～40bar、流速为10～40mL/min的条件下进行动态洗脱，洗脱时，先用体积分数为50～60％的乙醇溶液平衡，再用体积分数为60～85％乙醇溶液洗脱5～10倍柱体积,然后用60～85％的乙醇溶液洗脱5～10倍柱体积洗脱目标成分，洗脱完后收集富含CBD组分的富集液，然后将收集到的富集液置于浓缩罐内减压浓缩成稠膏，即可得到CBD含量为60～80%的CBD油；
⑤结晶：将步骤④制得的CBD油置于溶解罐中，并在溶解罐内加入结晶溶剂，所述结晶溶剂为1:10～20v/v的二氯甲烷与正己烷，结晶溶剂与CBD油的质量比为1:1～1.5，搅拌至CBD油完全溶解后得到CBD饱和溶液，接着将CBD饱和溶液置于结晶罐内，在温度为-10～-20℃的条件下结晶24～48h，结晶完成后，对CBD饱和溶液进行过滤，并将过滤得到的晶体置于真空干燥箱内，在温度为40～60℃的条件下进行干燥，得到含量99%以上的CBD晶体。
与现有的技术相比，本发明产生的有益效果是：
一是本发明了简化了超临界CO2提取后的后端分离工艺，通过合理的优化后端分离纯化工艺的技术参数，将超临界提取后提取物粗浸膏直接进行分子蒸馏，省去了原有的高温转化脱羧、脱蜡脱色等工艺环节，缩短了CBD提取除杂的工艺路线，工艺路线的缩短，有效的降低了CBD提取过程中的操作难度，提高了CBD的得率，使整个的生产工艺流程更加容易实施和控制，具有操作简单、生产工艺过程可控的优点；
二是将超临界提取后提取物粗浸膏直接进行分子蒸馏，可在除杂的过程中同步完成浸膏中CBDA的转化脱羧，进而提高CBD的含量，省去花叶原料转化工序，节约了高温干燥设备的投入，减少了提取过程中的能量消耗，有效的降低了生产的成本，适宜规模化的生产；
三是本工艺在整个的生产过程中有机溶剂用量小，仅色谱分离纯化和结晶2个工艺环节使用了有机溶剂，且所用溶剂种类少，仅使用乙醇、水、以及少量的结晶溶剂正己烷和二氯甲烷，分离得到的CBD中无有机溶剂残留，是一种绿色、环保、经济的提取方法；
四是本发明采用分子蒸馏和色谱分离纯化相结合的工艺，具有分离效率高、CBD油色泽好、纯度高的优点，本发明能够有效地减少CBD成分的损失，大幅提高CBD的收率。
附图说明
图1是实施例1超临界CO2提取物粗浸膏中CBD和CBDA的液相色谱图；
图2 是实施例1中分子蒸馏后轻组分中CBD和CBDA的液相色谱图；
图3是实施例1色谱分离纯化所得的CBD油的液相色谱图；
图4是实施例1结晶得的CBD晶体的液相色谱图；
图5是CBD标准品的液相色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图说明对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均实施例属于本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例1所述的从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法，包括以下步骤：
①原料预处理：将晾干除杂后的工业大麻花叶利用粉碎机粉碎成20目的花叶颗粒，工业大麻花叶在粉碎前，先将工业大麻用水浸湿后，在装入筛蓝中并整体浸没到液氮中20min，然后提起并置于室温下5min，再将筛蓝整体浸没到液氮中20min，如此反复2～3次后，再将工业大麻低温烘干使其水分降至5%以下，工业大麻花叶浸没到低温的液氮中，能够使工业大麻花叶细胞液中的水结冰，体积变大并刺破细胞壁，促使工业大麻花叶细胞中的有效成分析出，然后在低温的条件下进行烘干，确保了工业大麻花叶中有效成分不会流失；
②超临界CO2提取:将步骤①制得的100kg（CBD含量0.5%）的花叶颗粒置于萃取釜中，以CO2为提取媒介，以浓度为90%乙醇为夹带剂，在萃取压力为20MPa、萃取温度为40℃的条件下萃取萃取2h，再在分离压力为7MPa、分离温度为40℃的条件下进行解析分离，即可得到2.75kgCBD含量为18.5%的提取物粗浸膏；
③分子蒸馏：先将分子蒸馏装置的温度预热到100℃，再将步骤②制得的提取物粗浸膏从进料口引入到分子蒸馏装置中进行分子蒸馏，提取物粗浸膏进入分子蒸馏装置的进料流量为1g/min，分子蒸馏的加热温度为150℃，冷凝温度为50℃，刮膜转速为200转/min，真空度为-0.05 MPa，蒸馏结束后，可得到1.27kgCBD含量为39.2%的轻组分；
④色谱分离纯化：将步骤③制得的轻组分置于上样罐内，并在上样罐内加入体积分数为60%的乙醇，乙醇与轻组分的质量比为9:1；搅拌至轻组分完全溶解后进行过滤，过滤的精度为380目，接着将过滤得到的滤液上色谱层析柱，色谱层析柱内的层析介质为色谱填料树脂、反相硅胶、聚合物反相色谱填料中的任意一种，载样量为28mgCBD/ml，解析洗脱液采用体积分数为60％的乙醇溶液，在压力为20bar、流速为10mL/min的条件下进行动态洗脱，洗脱时，先用体积分数为50％的乙醇溶液平衡，再用体积分数为60％乙醇溶液洗脱5倍柱体积,然后用60％的乙醇溶液洗脱5倍柱体积洗脱目标成分，洗脱完后收集富含CBD组分的富集液，然后将收集到的富集液置于浓缩罐内减压浓缩成稠膏，减压浓缩的压力为-0.04MPa，温度为40℃，即可得到0.569kgCBD含量为79.6%的CBD油；
⑤结晶：将步骤④制得的CBD油置于溶解罐中，并在溶解罐内的加入结晶溶剂，所述结晶溶剂为1:18v/v的二氯甲烷与正己烷，结晶溶剂与CBD油的质量比为1:1，搅拌至CBD油完全溶解后得到CBD饱和溶液，接着将CBD饱和溶液置于结晶罐内，在温度为-10℃的条件下结晶24h，结晶完成后，对CBD饱和溶液进行过滤，并将过滤得到的晶体置于真空干燥箱内，在温度为40℃的条件下进行干燥，即得0.422kg含量99.5%的CBD晶体。
本实施例1所述方法具有CBD的纯度更高、提取率更高、提取速度越快的特点，经过对实施例1中各个阶段得到含CBD成分的物料进行色谱分离后发现，最后浓缩得到的CBD晶体的纯度能够达到99.5%，CBD收率达到84.0%。
实施例2：
本实施例2所述的从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法，包括以下步骤：
①原料预处理：将晾干除杂后的工业大麻花叶利用粉碎机粉碎成30目的花叶颗粒，工业大麻花叶在粉碎前，先将工业大麻用水浸湿后，在装入筛蓝中并整体浸没到液氮中25min，然后提起并置于室温下8min，再将筛蓝整体浸没到液氮中25min，如此反复2～3次后，再将工业大麻低温烘干使其水分降至5%以下，工业大麻花叶浸没到低温的液氮中，能够使工业大麻花叶细胞液中的水结冰，体积变大并刺破细胞壁，促使工业大麻花叶细胞中的有效成分析出，然后在低温的条件下进行烘干，确保了工业大麻花叶中有效成分不会流失；
②超临界CO2提取:将步骤①制得100kg（CBD含量0.5%）的花叶颗粒置于萃取釜中，以CO2为提取媒介，以92%乙醇为夹带剂，在萃取压力为25MPa、萃取温度为50℃的条件下萃取萃取3h，以分离压力为8MPa、分离温度为45℃的条件下进行解析分离，即可得到2.73kgCBD含量为17.2%的提取物粗浸膏；
③分子蒸馏：先将分子蒸馏装置的温度预热到140℃，再将步骤②制得的提取物粗浸膏从进料口引入到分子蒸馏装置中进行分子蒸馏，提取物粗浸膏进入分子蒸馏装置的进料流量为1.5g/min，分子蒸馏的加热温度为180℃，冷凝温度为60℃，刮膜转速为240转/min，真空度为-0.08MPa，蒸馏结束后，可得到1.38kgCBD含量为36.5%的轻组分；
④色谱分离纯化：将步骤③制得的轻组分置于上样罐内，并在上样罐内加入体积分数为60～70%的乙醇，乙醇与轻组分的质量比为7:1；搅拌至轻组分完全溶解后进行过滤，过滤的精度为390目，接着将过滤得到的滤液上色谱层析柱，色谱层析柱内的层析介质为色谱填料树脂、反相硅胶、聚合物反相色谱填料中的任意一种，载样量为35mgCBD/ml，解析洗脱液采用体积分数为70％的乙醇溶液，在压力为30bar、流速为30mL/min的条件下进行动态洗脱，洗脱时，先用体积分数为55％的乙醇溶液平衡，再用体积分数为75％乙醇溶液洗脱8倍柱体积,然后用75％的乙醇溶液洗脱8倍柱体积洗脱目标成分，洗脱完后收集富含CBD组分的富集液，然后将收集到的富集液置于浓缩罐内减压浓缩成稠膏，减压浓缩的压力为-0.06MPa，温度为50℃，即可得到0.621kgCBD含量为72%的CBD油；
⑤结晶：将步骤④制得的CBD油置于溶解罐中，并在溶解罐内的加入结晶溶剂，所述结晶溶剂为1:15v/v的二氯甲烷与正己烷，结晶溶剂与CBD油的质量比为1:1，搅拌至CBD油完全溶解后得到CBD饱和溶液，接着将CBD饱和溶液置于结晶罐内，在温度为-15℃的条件下结晶35h，结晶完成后，对CBD饱和溶液进行过滤，并将过滤得到的晶体置于真空干燥箱内，在温度为50℃的条件下进行干燥，即得0.432kg含量99.3%的CBD晶体。
本实施例2所述方法具有CBD的纯度更高、提取率更高、提取速度越快的特点，经过对实施例2中各个阶段得到含CBD成分的物料进行色谱分离后发现，最后浓缩得到的CBD晶体的纯度能够达到99.3%，CBD收率达到85.8%。
实施例3：
本实施例3所述的从工业大麻花叶中高效提纯大麻二酚的方法，包括以下步骤：
①原料预处理：将晾干除杂后的工业大麻花叶利用粉碎机粉碎成40目的花叶颗粒，工业大麻花叶在粉碎前，先将工业大麻用水浸湿后，在装入筛蓝中并整体浸没到液氮中30min，然后提起并置于室温下10min，再将筛蓝整体浸没到液氮中30min，如此反复2～3次后，再将工业大麻低温烘干使其水分降至5%以下，工业大麻花叶浸没到低温的液氮中，能够使工业大麻花叶细胞液中的水结冰，体积变大并刺破细胞壁，促使工业大麻花叶细胞中的有效成分析出，然后在低温的条件下进行烘干，确保了工业大麻花叶中有效成分不会流失；
②超临界CO2提取:将步骤①制得100kg（CBD含量0.5%）的花叶颗粒置于萃取釜中，以CO2为提取媒介，以95%乙醇为夹带剂，在萃取压力为30MPa、萃取温度为55℃的条件下萃取萃取4h，以分离压力为9MPa、分离温度为50℃的条件下进行解析分离，即可得到2.94kgCBD含量为15.8%的提取物粗浸膏；
③分子蒸馏：先将分子蒸馏装置的温度预热到150℃，再将步骤②制得的提取物粗浸膏从进料口引入到分子蒸馏装置中进行分子蒸馏，提取物粗浸膏进入分子蒸馏装置的进料流量为2g/min，分子蒸馏的加热温度为200℃，冷凝温度为70℃，刮膜转速为280转/min，真空度为-0.09 MPa，蒸馏结束后，可得到1.462kgCBD含量为32.7%的轻组分；
④色谱分离纯化：将步骤③制得的轻组分置于上样罐内，并在上样罐内加入体积分数为60～70%的乙醇，乙醇与轻组分的质量比为6:1；搅拌至轻组分完全溶解后进行过滤，过滤的精度为400目，接着将过滤得到的滤液上色谱层析柱，色谱层析柱内的层析介质为色谱填料树脂、反相硅胶、聚合物反相色谱填料中的任意一种，载样量为40mgCBD/ml，解析洗脱液采用体积分数为85％的乙醇溶液，在压力为40bar、流速为40mL/min的条件下进行动态洗脱，洗脱时，先用体积分数为60％的乙醇溶液平衡，再用体积分数为85％乙醇溶液洗脱10倍柱体积,然后用85％的乙醇溶液洗脱10倍柱体积洗脱目标成分，洗脱完后收集富含CBD组分的富集液，然后将收集到的富集液置于浓缩罐内减压浓缩成稠膏，减压浓缩的压力为-0.07MPa，温度为60℃，即可得到0.691kgCBD含量为64%的CBD油；
⑤结晶：将步骤④制得的CBD油置于溶解罐中，并在溶解罐内的加入结晶溶剂，所述结晶溶剂为1:10v/v的二氯甲烷与正己烷，结晶溶剂与CBD油的质量比为1:1，搅拌至CBD油完全溶解后得到CBD饱和溶液，接着将CBD饱和溶液置于结晶罐内，在温度为-10℃的条件下结晶应24h，结晶完成后，对CBD饱和溶液进行过滤，并将过滤得到的晶体置于真空干燥箱内，在温度为40℃的条件下进行干燥，即得0.417kg含量99.1%的CBD晶体。
本实施例3所述方法具有CBD的纯度更高、提取率更高、提取速度越快的特点，经过对实施例3中各个阶段得到含CBD成分的物料进行色谱分离后发现，最后浓缩得到的CBD晶体的纯度能够达到99.1%，CBD收率达到82.6%。
上述实施例1～3的提纯方法简单，流程短，提取率高。产品纯度高，且无溶剂残留，提取过程安全、无污染且生产成本低，可用于规模化生产，大大降低了环保压力和生产成本。在上述实施例1～3实施的过程中，发明人以实施例1为例，对实施例1中每个阶段得到的含有CBD成分的原料进行了色谱分析，并与CBD标准品的色谱进行对照，实施例1中各阶段的色谱图分析如下：
由图1可以看出，实施例1提取后的提取物粗浸膏中，CBDA的含量较多，提取物粗浸膏中的杂质含量多，不符合CBD高纯度的要求。
由图2可以看出，实施例1提取后的轻组分中，CBDA的含量较少，CBD含量增加，提取物粗浸膏中的主要杂质是THC，粗浸膏中CBDA已多数完成脱羧转化。
由图3可以看出，实施例1提取后的CBD油中，CBDA的含量明显减少，且分离后CBD油中不含有THC，但CBD油中的CBD纯度相对较低，仍然不符合CBD高纯度的要求。
由图4可以看出，实施例1提取后的CBD晶体中不再含有CBDA，CBD晶体中的CBD含量较高，符合CBD高纯度的要求。
综上，由实施例1制得的CBD晶体与CBD标准品的色谱分析可知，CBD晶体中的CBD的纯度与标准品的纯度相当，也证实了本发明的提纯方法是高效可行的。
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