大麻抽出物は、特に医療市場において急速に成長する大麻産業の重要な部分です。 大麻の精油は、大麻の植物に含まれるすべての有効な医薬品成分の濃縮物であり、ユーザーが消費するために多くの形態に変化させることができる動的な物質です。 まず、抽出液は（化学の基本的なノウハウがあれば）、チンキ剤、経皮パッチ、発泡性錠剤、粉末飲料、座薬、経口錠剤などの製品に変換することができ、もちろん通常の気化式やダビング式のオイルにも変換することができます。
大麻から有効成分を抽出するのに適したさまざまな溶媒がありますが、それぞれに長所、短所、研究所のインフラ要件、生産スケールの考慮事項があります。
このコラムでは、超臨界二酸化炭素抽出法（SCCO2）について、その機能性、実験室の要件、抽出器の選択時に考慮すべき特徴について説明します。
薬効
二酸化炭素抽出 (またはあらゆる種類の抽出) についての会話を始めるには、大麻植物から抽出される薬効のある溶質について簡単に概観することが論理的な場所です。
この成長産業で最も注目されている大麻物質の 2 つのクラスは、カンナビノイドとテルペンです。
少なくとも 113 種類のカンナビノイドが分離されており、これらの分子の重量は 250 ～ 350amu (原子質量単位) に及びます。
少なくとも113種類のカンナビノイドが単離されており、これらの分子は重量が250～350amu（原子質量単位）です。
テルペンは、植物や一部の動物によって生成される大規模かつ多様な化合物群です。 この分子群は、塩基性イソプレン単位の数によって分類されます。 (さらに、テルペン類とその混合物は、植物が放つ心地よい香りや不快な香りの原因となっています。 テルペンは、炭素原子（またはイソプレン単位）の数によって質量が大きく異なり、様々な官能基を含むことができ、物理的には液体または油状である。
フラボノイドとカロテノイドもまた、大麻に含まれています。 これらは大麻産業で価値があると頻繁に認識されていませんが、栄養学や医療産業ではよく知られた生物植物性化合物です。 フラボノイドはポリフェノール化合物で、植物の抽出物に黄金色や茶色を与えます。 フラボノイドは、分子量や官能基の数が異なる5,000種類以上の化合物が知られています。 通常、フラボノイドは純粋な状態では固体である。
カロテノイドは、600以上の成分が知られている薬学的に重要な分子群です。 分子量が非常に高く、さまざまな官能基を持ち、色はオレンジから赤になる傾向があります。
最後に、多数の脂肪酸とクロロフィルは、植物材料から抽出することができます。 これらは、大麻業界では一般的に薬効があるとは考えられていませんが、栄養補助食品業界では生物活性を示すいくつかの証拠が存在しています。 脂肪酸は一般的に16から20の炭素を持つが、もっと大きい場合もある。室温で固まる傾向があり、飽和度（すなわち水素-炭素結合の数）は様々である。
クロロフィルは、植物が太陽光と水から糖を生成する能力を担う大きな分子である。 クロロフィルは800～900amuで、植物の抽出物に緑から黒までの色調を与える。 (クロロフィルが酸化されると黒く着色する。
_fmt.png)
The CO2 Process
大麻の抽出溶質がほとんどわかったところで、二酸化炭素の溶剤としての働きを見ていきたいと思います。
この問題に取り組む前に、二酸化炭素の物理的な特性について簡単に復習しておくと便利でしょう。 二酸化炭素は、標準的な温度と圧力では気体です。 5気圧以上では液体になり、臨界点（気体と液体の境界）は摂氏33.1度の73気圧（1060psi）である。
ここでは、気体の状態では溶媒として機能せず、液体の状態ではカンナビノイド抽出において効率的な溶媒とはならないため、超臨界状態の二酸化炭素の溶媒特性を説明する。
では、超臨界二酸化炭素（SCCO2）には、どのような特徴があり、大麻の抽出に有効な溶媒となるのでしょうか。 超臨界二酸化炭素は、液体の密度、気体の拡散性、低い粘度（厚み）を持つ超臨界流体である。 つまり、超臨界二酸化炭素は、「高い物質輸送能力（多くの物質を保持できる）」、「狭い空間に入り込む能力（気体のように）」、「流動抵抗が少ない」ことを意味しています。 さらに、極性や密度を操作することができる。 極性の操作は、エタノールなどの共溶媒を加えることで実現できる。 密度の操作は、超臨界二酸化炭素の溶媒としての真価を発揮する。 炭化水素やエタノールなどの他の溶媒は、植物からカンナビノイドやテルペンを取り除くのに効率的ですが、SCCO2は、親（植物）材料中の特定の画分や溶質を分離するユニークな能力を持っています。 SCCO2の密度は圧力と温度のパラメータに依存するため、これらのプロセスは可能です。
溶質と二酸化炭素の相互作用は溶質特異的である。 混合物中の各溶質（すなわち親植物材料）は、SCCO2の密度に関連した固有の溶解度プロファイルを持っており、特定の溶質がSCCO2に対して高度に溶解する密度が存在する。 これはクロスオーバー現象と呼ばれる。 SCCO2に対する溶質の溶解度が指数関数的に増加することが特徴である。 クロスオーバーポイントは溶質に依存するため、対象となる溶質の臨界密度がわかっていれば、温度・圧力勾配を利用して個別に除去することができる。
このクロスオーバー現象は、別の観点からも見ることができます。 供給材料からすべての溶質を抽出し、抽出位置の下流で密度を下げるような温度および圧力設定を使用することを想像してください。 このプロセスは逆行性溶解と呼ばれ、SCCO2/溶質混合物の成分を分離するために利用することができる。
基本的にこのプロセスは、非常に高い密度のSCCO2から始まり、そのプロセス全体を通じてSCCO2の密度が一貫して減少するような連続的な減圧が続きます。 この過程で、特定の溶質が溶解しなくなり、特定の場所（すなわち分離容器）に集められる。
混合物から溶質を狙い撃ちしたり分離したりするこの能力は、SCCO2抽出の最も価値ある特徴です。 二酸化炭素抽出の他の有益な特徴としては、一般に安全とみなされていること（すなわち、高い曝露限界）、比較的安価であること、多数の供給元から高純度で入手できることなどが挙げられる。
二酸化炭素システムに関する考察
では、超臨界二酸化炭素抽出システムの重要な特徴とは何でしょうか。 先に述べたように、圧力と熱によって決まる密度は、抽出効率と分離を左右するSCCO2の物理的特性の1つである。 そのため、3つの変数が最も重要です。
- 最大定格圧力
- 二酸化炭素の温度 (容器の表面ではない) を測定する能力
- 高ワット数のヒーター
これらの機能は、高い圧力を得、効率的に熱を送り、二酸化炭素の温度についてリアルタイムに知って、密度を適切に調整することが必要である点で重要です。
抽出装置は、抽出容器に供給される二酸化炭素の質量を評価するポンプ/フロー監視システムも備えている必要があります。 さらに、そのポンプは、抽出容器内の母材に高い流量を供給する能力を備えている必要があります。 これは、超臨界二酸化炭素抽出装置を最適化するための重要な計算変数が、母材の質量に対する抽出時に使用する二酸化炭素の質量の比率であるためで、90％から95％の抽出完全性を達成するには、通常50以上の比率が必要である。
最後に、高い最大圧力定格を持つ分離容器は、分離 (すなわち製品開発) プロトコルの開発において、技術者がさまざまな圧力を使用できるようにするため、非常に重要です。
SCCO2抽出における弱点は、多くのワックスや脂肪酸も超臨界二酸化炭素に溶解してしまうということです。 製造の観点からは、製品開発前の精製工程でそれらの物質を除去する必要があるため、これは重要なポイントです。 これは、低温（摂氏-30度以下）での溶媒に対するワックスとカンナビノイドの溶解度の違いを利用した「ウインターライゼーション」と呼ばれるプロセスで実現されるものである。
冬眠処理は、インフラが抽出器の生産速度と一致しない場合、精製プロセスの中で最も時間がかかる部分となることがよくあります。 標準的なプロトコルでは、漏斗とろ紙を真空と組み合わせて使用します。 量にもよりますが、このプロセスには4時間から8時間かかります。 さらに、長時間のろ過の間にワックスが溶けてエタノールに戻ることを考慮して、このプロセスを何度も繰り返さなければならない。 しかし、低圧カートリッジフィルター技術を用いれば、温度をコントロールしながら大量の冬眠材料を迅速に処理できるため、この工程の重複と長さを回避することができる。
次に考慮すべきことは、冬眠処理に続く溶剤の回収です。 冬眠/ろ過の生産速度に合わせて、溶媒回収装置のサイズを決めることが重要です。 最も一般的には、ロータリーエバポレーターシステムを使用して、冬眠溶媒を回収します。 また、このシステムの規模を、前溶媒回収工程の生産量と抽出速度に合わせることも重要です。
これらの注意事項を整理するために、生産システムの例と、ボトルネックの特定を示します。
まず、前提条件を整理する必要があります。
- 抽出器の入力は 2,000 グラム
- 戻り率 0.18
- 1日あたり2回の抽出
- 週5日の稼働時間
これらの前提条件で、稼働あたりの出力は1日に 360 グラム、週に 3,600 グラムとなります。 したがって、ろ過する材料の総量は、冬眠溶媒と抽出物の比率が 10:1 の場合、36 リットルとなります。
その材料は、1時間あたり125リットルの水流と、ワックスを洗浄するための同量の溶媒を供給できる陽圧ろ過システムにより、34分でろ過することができます。 最終的な溶剤回収量は72リットルで、1時間当たり16リットルを処理できるロータリーエバポレーターを使えば4時間半で回収することができる。 この数字を評価すると、後処理装置は1週間分のエキスをおよそ5時間で精製できることになります。 したがって、この生産システムでは、抽出パラメータまたは抽出器がボトルネックになっていることになります。
この分析は、ある意味でプロセスを単純化しすぎていますが、資本がより高い全体的な生産量を持つシステムを得るために、各段階での出力を満たすために全体の生産システムを計画することの重要性を例証しています。 不均衡なシステムは、製造装置が一定期間遊休状態になる原因となり、資本、労働力、設備の最適な使用とは言えません。
Mark June-Wells, Ph.D. は Sativum Consulting Group の代表オーナーで、植物学/植物生態学の博士号 (Rutgers University) を取得しています。