工業(yè)大麻花葉提取大麻二酚（CBD）全譜油中重金屬遷移變化與控制研究

周偉恩，冷 鵑，肖愛平，劉亮亮，廖麗萍，劉開陽，張耀升

（1.湖南方盛制藥有限公司，湖南 長沙 410205；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 麻類研究所，湖南 長沙 410205）

0 引言

全譜CBD油（Full Spectrum Cannabidiol Oil）是未經(jīng)進(jìn)一步提純和分離的工業(yè)大麻花葉提取物，除了含有CBD之外，含有一系列其他大麻素（如THC、CBN、CBG、CBL、CBCVA等）、萜烯和芳香族等化合物。通常較為黏稠，顏色較深，具有工業(yè)大麻的植物味道，是進(jìn)一步純化提取制造日化品、保健品或藥品原料CBD產(chǎn)品（CBD油）的初級產(chǎn)品。但這些化合物會在提取過程中損失或者有意去除部分大麻素（通常是THC）。廣譜油是在全譜CBD油的基礎(chǔ)上，經(jīng)進(jìn)一步加工，人為去除或控制THC，使THC含量在0.3%以內(nèi)的全譜CBD油。全譜CBD油重金屬含量偏高影響下游產(chǎn)品CBD產(chǎn)品（CBD油）的品質(zhì)與出口，更是工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的瓶頸，世界各國特別是歐美等國在藥品和食品中的重金屬含量制定了嚴(yán)格的限量標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。因此，有必要對全譜CBD油中可能存在的重金屬污染進(jìn)行科學(xué)、有效的風(fēng)險控制和評估。

由工業(yè)大麻花葉原料提取制備全譜CBD油經(jīng)過超臨界萃取、醇沉、結(jié)晶、逆流等復(fù)雜的加工工藝流程，可能存在對重金屬元素遷移產(chǎn)生影響的環(huán)節(jié)[4-6]?；诖?，研究擬著重探討廣譜CBD油加工過程中鉛、鎘、汞、砷、銅等5種重金屬的遷移行為，以期為廣譜CBD油重金屬污染的風(fēng)險控制和評估提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

工業(yè)大麻花葉，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所一年生麻類育種研究室提供；鉛、鎘、汞、砷、銅單元素標(biāo)準(zhǔn)品（1 000 μg/L）及相應(yīng)的內(nèi)標(biāo)元素鈧、鍺、銦、錸標(biāo)準(zhǔn)品（1 000 μg/L），國家有色金屬與電子材料測試中心提供；酒精、正庚烷、硝酸、過氧化氫、氫氧化鉀、硼氫化鉀（優(yōu)級純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司提供；超純水，實驗室自制。

1.1.2 儀器設(shè)備

HSCCC-TBE300C型逆流色譜儀，上海同田生物技術(shù)股份有限公司產(chǎn)品；G.G-17型旋蒸儀，上海申勝生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品；KQ-1000E型超聲清洗機，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；HY420-40-96型超臨界CO2萃取裝置，海安華陽超臨界科技有限公司產(chǎn)品；BPG-9140A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；ICAPQ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Inductively coupled Plasma Mass Spectrometry，lCP-MS），美國Thermo Fisher Scientific公司產(chǎn)品；AFS—2100型原子熒光光度計，北京海天儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

工業(yè)大麻花葉原料經(jīng)前處理加工后，用超臨界萃取得的浸膏，再經(jīng)乙醇醇沉后，收集清液濃縮得浸膏，將浸膏經(jīng)結(jié)晶后，將其母液濃縮得浸膏，收得的浸膏最后用高速逆流色譜（HSCCC）進(jìn)行去THC精制分離，制得廣譜CBD油。

1.2.2 取樣方案（按工藝流程先后順序，分段及必要的細(xì)分工序節(jié)點取樣）

探討加工過程中殘留重金屬元素的遷移行為，即重金屬元素隨操作工序變化的情況，具體取樣方案為：

（1）原料（前處理后）。對試驗用工業(yè)大麻花葉中重金屬元素含量進(jìn)行測定，以確定其初始含量水平。

（2）超臨界萃取。超臨界萃取后所得浸膏。

（3）醇沉。醇沉后取清液濃縮后得的浸膏。

（4）HCSSS精制。對本操作工序進(jìn)行分段收集精制液并經(jīng)濃縮油膏后，分別單獨取樣。分段標(biāo)示如下：逆流——醇1：收集醇峰1濃縮后得的浸膏（不含CBD）；逆流——醇2（目標(biāo)物）：收集醇峰2濃縮后得浸膏（目標(biāo)廣譜油）；逆流——醇3（目標(biāo)物）：收集醇后段峰濃縮得浸膏（夾帶有THC，因設(shè)備為人工控制差異大，為控THC與收率的補充措施）；逆流——烷1：收集反接后烷段前約40%時段流出液濃縮浸膏；逆流——烷2：收集反接后烷段后約60%時段流出液濃縮浸膏。

（5）醇沉后——取渣。取醇沉渣，以補充說明重金屬在醇沉工序的液渣分配情況，跟蹤相應(yīng)重金屬物料平衡后去向（一部分留在體系溶液中，為后續(xù)溶媒回收控制方法與套用次數(shù)提供依據(jù)）。

1.2.3 重金屬含量測定

鉛、鎘、砷、銅含量的測定按GB 5009.268—2016執(zhí)行，汞含量測定按GB 5009.17—2014執(zhí)行。

2 結(jié)果與分析

鉛在工藝中的遷移變化見圖1，鎘在工藝中的遷移變化見圖2，汞在工藝中的遷移變化見圖3，銅在工藝中的遷移變化見圖4，砷在工藝中的遷移變化見圖5。

圖1 鉛在工藝中的遷移變化

圖2 鎘在工藝中的遷移變化

圖3 汞在工藝中的遷移變化

圖4 銅在工藝中的遷移變化

圖5 砷在工藝中的遷移變化

在提取制備前，對工業(yè)大麻花葉原料中常見重金屬污染物鉛、鎘、汞、砷、銅的殘留水平進(jìn)行測定，可知，試驗選用的原料含有一定量的重金屬元素。其中，鉛、鎘、砷、銅等均有檢出，含量分別到達(dá)1.630 0，0.084 0，0.032 6，1.000 0，18.800 0 mg/kg。經(jīng)過超臨界萃?。囟?5℃，壓強28 MPa）所得浸膏鉛、鎘、汞、銅含量顯著降低，分別下降到0.234 0，0.008 0，0.002 0，0.729 0 mg/kg，原料中的重金屬元素鉛、鎘、汞、銅在超臨界萃取過程中發(fā)生了顯著的遷移，可能脂溶性的CBD廣譜油等混合物在超臨界條件下為液體二氧化碳所溶解，而無機重金屬化合物從原料內(nèi)部向外部環(huán)境中遷移，與CBD廣譜油等混合物分離，使其殘留量顯著下降。但在后續(xù)工藝中，其含量基本保持穩(wěn)定，處于動態(tài)平衡。

然而，對于砷元素，經(jīng)超臨界萃取工序時富集明顯，從1.00 mg/kg顯著上升到1.86 mg/kg，其含量變化曲線明顯不同，與其鉛、鎘、汞、銅遷移變化相比，也存在著較明顯的差異，可能與砷的化學(xué)特性有關(guān)系，在高壓條件下砷隨脂溶性CBD廣譜油混合物一起遷移，溶于液態(tài)二氧化碳中。但在后續(xù)工藝條件下，呈消減遷移趨勢，并在達(dá)到動態(tài)平衡后含量不再有顯著變化。

當(dāng)起始工業(yè)大麻花葉原料重金屬含量控制在一定限范圍內(nèi)，通過該工藝可以遷移消減鉛、鎘、汞、砷、銅含量，降低生產(chǎn)出大麻CBD廣譜油重金屬污染風(fēng)險。對大麻CBD廣譜油中重金屬控制較為有利。

3 結(jié)論

（1）采取試驗工藝，從工業(yè)大麻花葉提取制得的廣譜油中鉛、鎘、汞、砷、銅含量在生產(chǎn)過程中含量動態(tài)變化的監(jiān)測與分析發(fā)現(xiàn)，其殘留可顯著向外遷移，與CBD廣譜油分離，從而在很大程度上減少了CBD全譜油殘留重金屬元素的含量。

（2）明確了試驗工藝中超臨界萃取工序?qū)ι橛酗@著遷移富集作用，需重點關(guān)注與檢測此工序萃取所得浸膏中砷含量，如萃取后砷含量過高，超出后工序的處理限度，需單獨對其進(jìn)行分批特別處理（如降低HSCCC的操作時的進(jìn)樣液浸膏濃度），以消減砷含量，降低砷污染風(fēng)險。

（3）不同產(chǎn)地的工業(yè)大麻花葉原料，其提取物中組分復(fù)雜，相互間影響暫不清楚，需要以當(dāng)?shù)夭墒沼糜诖笊a(chǎn)的工業(yè)大麻花葉，按相應(yīng)生產(chǎn)工藝有待進(jìn)一步研究與明確，才對生產(chǎn)工業(yè)大麻CBD油具有實際指導(dǎo)意義。

（4）現(xiàn)用的試驗工藝，參考了大的生產(chǎn)條件，從生產(chǎn)成本控制上進(jìn)行反復(fù)多次的工藝再現(xiàn)性試驗，故試驗中多次用回收的溶媒進(jìn)行循環(huán)套用，以投入浸膏中重金屬含量進(jìn)行物料平衡初步分析，投入的浸膏經(jīng)工藝處理后，其目標(biāo)物廣譜油與殘渣中，各類重金屬含量與總量是遞減的，由此分析推測：遷移去的重金屬可能留在溶媒中，由此產(chǎn)生一個新的質(zhì)量關(guān)注點：在后續(xù)的大生產(chǎn)中，必須對回收溶媒的套用次數(shù)進(jìn)行驗證，并對回收套用的有機溶媒中重金屬要設(shè)定質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，以防頻繁無限次，且無相應(yīng)處理措施的簡單回收套用有機溶媒，使回收套用的有機溶媒中的重金屬過度富集，造成工廠內(nèi)生產(chǎn)過程中重金屬再次污染或交叉污染的風(fēng)險。