Komplettsystem für ethanolische Extraktion von Cannabinoiden

Die Hanfkultur entwickelte sich vermutlich zwischen dem 15. und 16. Jahrhundert und findet seinen Ursprung in Ägypten und China. Neben halogenen Zwecken wurde auf die Pflanze mit der unverwechselbaren Optik auch dann zurückgegriffen, wenn es um das Verfeinern von Gerichten oder Tees ging. Heute findet die Hanfpflanze nicht nur als Gewürz, Tee oder Tabak großen Anklang, sondern auch in der Produktion von Textilien oder bei der Futtermittelherstellung (Industriehanf). Die Wirkstoffe Cannabidiol (CBD) und Tetrahydrocannabinol (THC) kommen jedoch in einem ganz besonderen Gebiet zum Einsatz – mit großem Erfolg: Die pflanzlichen Wirkstoffe helfen Epileptikern, chronischen Schmerzpatienten oder lassen auch depressive Schübe verzögern. Auch, wenn Image und Einsatzgebiete inzwischen deutlich lockerer gehandhabt werden, sind die Verarbeitung und die Nutzung von Cannabinoiden aus Hanf/Cannabis durch die EU weiterhin genau geregelt.

Cannabis – keine Pflanze hat in den vergangenen zehn Jahren wohl solch einen Imagewandel durchlaufen wie diese. Die Gründe liegen nicht etwa in der Legalisierung des in der Pflanze enthaltenen Wirkstoffs. Vielmehr wurden die Cannabinoide CBD und THC auch für den Lebensmittelmarkt, die Kosmetik und Medizin immer interessanter, da sie dem aktuellen Trend der Nutzung natürlich vorkommender Heilpflanzen für Medikamente oder Tinkturen folgen.

Entscheidung für die Ethanol-Extraktion

Um die Cannabinoide CBD und THC mit hoher Reinheit extrahieren zu können, werden in der Regel Lösemittel wie Ethanol, CO₂ oder Kohlenwasserstoffe verwendet. Während eine Extraktion mit CO₂ nach neusten Studien die chemische Zusammensetzung von Cannabiswirkstoffen beeinflusst und verändert, bietet sich der Einsatz von Ethanol als Lösungsmittel aufgrund seiner einfachen Handhabung an. Im Vergleich zu anderen Lösungsmitteln wie Butan bringt Ethanol ein deutlich niedrigeres Toxizitätsrisiko mit sich und gilt somit als sicherer und sauberer. Hinzu kommt, dass Ethanol in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie als Lösemittel weit verbreitet ist und eine lange Tradition aufweist. Damit ist der Einsatz auch aus Zulassungs- und GMP-Sicht besonders attraktiv.

Eine grundlegende Voraussetzung ist der Reinheitsgrad von mindestens 96 %. Seine hocheffizienten fett- und wasserlöslichen Eigenschaften kommen besonders bei Pflanzenverbindungen wie Hanf in Frage. Ein weiterer Vorteil des einwertigen Alkohols ist die Einsatzmöglichkeit auch bei Temperaturen deutlich unter 0 °C. In diesen Temperaturbereichen entzieht das Ethanol den Pflanzen aufgrund struktureller Änderungen keine Wachse, Fette oder Chlorophyll, was eine effiziente Extraktion des gewünschten Stoffes ermöglicht.

Alle Schritte in einer Maschine

Mit der Fertigung von Maschinen und Anlagen für die Cannabisindustrie besetzt Devex Verfahrenstechnik einen Bereich, der so vielfältig wie verantwortungsvoll ist. Mit dem Cryo-EXS liefert das deutsche Maschinenbauunternehmen ein Extraktionssystem auf Ethanolbasis, das von der Lösemittelkühlung über die Extraktion, eine Ethanol-Rückgewinnung bis hin zur Decarboxylierung alle notwendigen Schritte umfasst. Die Extraktionslinie ist für die Herstellung aktiver pharmazeutischer Inhaltsstoffe (API, Active Pharmaceutical Ingredient) ausgelegt und somit an die strengen Ansprüche der pharmazeutischen Industrie angepasst.

Das Extraktionssystem im Industriemaßstab extrahiert Cannabinoide und Terpene in höchster Qualität und wird mit einer GMP Dokumentation nach europäischen Richtlinien ausgeliefert. Aktuell erhalten Betreiber die Maschine in vier verschiedenen Größen, für Durchsatzleistungen von 50 kg bis 1.800 kg getrockneter Rohware innerhalb von acht Stunden. So können die Anlagen von der ersten Produktentwicklung hin zum Scale-up alle Produktionsmaßstäbe abdecken. Das Extraktionssystem ist in einem Edelstahlrahmen montiert und wird komplett verrohrt sowie verkabelt geliefert. Es ist direkt nach Aufstellung und Anschluss an die Hilfsenergien wie Dampf und Kühlwasser einsatzbereit.

Die geerntete und getrocknete Bioware wird in der Anlage zunächst in den Extrakteur gefüllt und mit eiskaltem Ethanol beaufschlagt. Nach kurzer Kontaktzeit wird das Rohextrakt, die Mischung aus Lösemittel und gelösten Pflanzenstoffen, abgesaugt. Das restliche Lösemittel wird aus der Biomasse ausgetrieben, kondensiert und lässt sich anschließend wiederverwenden. Die nahezu lösemittelfreie Biomasse kann über die üblichen Wege entsorgt oder in anderen Bereichen wiederverwendet werden. Das Extraktionsverfahren mit Ethanol ist dadurch nachhaltig und kostengünstig.
Das eiskalte Ethanol bewirkt, dass nur jene Stoffe aus der Cannabispflanze gelöst werden, die im Extrakt oder im Endprodukt gewünscht sind. Unerwünschte Stoffe wie Wachse, Fette oder Wasser bleiben in der Biomasse zurück. Aufwendiges und kostenintensives Winterisieren und Filtrieren entfallen somit bei dieser Technologie. Der Betrieb ist daher nicht nur nachhaltiger, sondern auch wirtschaftlicher.

Das zwischengepufferte Rohextrakt wird im Anschluss an die Extraktion schonend weiterbehandelt. Hier steht zunächst ein Ausdämpfen des Ethanols im Mittelpunkt, indem das Extrakt kontinuierlich einem Verdampfer zugegeben wird. Die dadurch entstehenden Brüden verlassen das Extrakt und werden im Anschluss kondensiert. Das kondensierte Lösemittel kann daraufhin unter bestimmten Regularien der Extraktion wieder zugeführt werden, ein weiterer Beitrag zur Nachhaltigkeit des Prozesses.

Es entsteht ein harziges Crude Oil, welches bei Raumtemperatur fest wird, sobald das Ethanol dem Rohextrakt entzogen wurde. Das Extraktionssystem bietet im Anschluss die Möglichkeit, dieses Crude Oil zu Decarboxylieren. Das Abtrennen der Säuregruppen durch Wärmeeinwirkung aktiviert die Cannabinoide CBD und THC für den menschlichen und tierischen Körper.

Vor der Extraktion muss die Biomasse idealerweise umgehend nach der Ernte getrocknet werden. Auch hierzu bietet Devex Verfahrenstechnik schonende Verfahren, beispielsweise die Vakuum- oder Gefriertrocknung. Besonders die Gefriertrocknung bietet den Vorteil einer geringen Verlustrate in der optischen Qualität, was für die empfindlichen Cannabis-Blüten interessant ist. Essenziell für die Qualität des finalen Produktes ist jedoch in erster Linie die Auswahl der Pflanze. Hiermit trifft der Produzent eine essenzielle Entscheidung für die Qualität der nachfolgenden Produkte. Ebenso hochwertig sollten dann auch die Produktionsanlagen sein, auf denen die Pflanzen weiterverarbeitet werden.

Auch für den weiteren Downstream-Prozess liefert das Anlagenbauunternehmen effizientes Equipment. Entscheidend ist hier, welches Endprodukt der Betreiber herstellen möchte: So ist zum Beispiel eine Kurzweg-Destillation zur weiteren Aufreinigung des Rohextrakts nötig. Im Anschluss daran lässt sich beispielsweise mit geeigneten Verfahren das CBD als Kristall isolieren. Das Rohextrakt kann aber auch mittels Vakuumtechnik weiter aufgereinigt werden.