เทคโนโลยีการสกัดกัญชาและกัญชง

     การสกัดสารสกัดจากกัญชาและกัญชงจากวัสดุธรรมชาติ เพื่อใช้ในทางการแพทย์ อุตสาหกรรมอาหารเสริม และ อุตสาหกรรมอาหาร มีหลากหลายกระบวนการด้วยกัน โดยทั่วไปเป็นการใช้สารทำละลายอินทรีย์เอทานอลร่วมกับวิธีการต่างๆ เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายของสาร อาทิ การให้ความร้อนการใช้คลื่นเสียงความถี่สูง การกวน นอกจากนั้นยังมีปัจจัยของคุณสมบัติทางกายภาพ ขนาดของตัวอย่าง รวมทั้งแหล่งผลิตของกัญชาและกัญชง ซึ่งมีผลต่อความแตกต่างของสารสำคัญในกัญชาและกัญชง อีกขั้นตอนที่ต้องให้ความสำคัญเช่นกันคือการเตรียมตัวอย่างก่อนการสกัด ต้อมมีการตรวจเอกลักษณะที่ถูกต้อง ไม่พบพืชอื่นๆปะปน ไม่มีโรคพืช การเก็บพืชแต่ละครั้งอาจได้ปริมาณและความแตกต่างของสารสำคัญขึ้นกับสายพันธุ์ แหล่งปลูก กัญชาและกัญชง จึงควรมีการจดบันทึกรายละเอียดเพื่อเก็บข้อมูลไว้ศึกษาและวิเคราะห์เพื่อควบคุมคุณภาพต่อไป นอกจากนี้ผลของการเก็บรักษาและการเก็บพืชกัญชาและกัญชงและการเก็บพืชในการทำให้แห้งบางครั้งอาจทำให้ฤทธิ์ของสารสำคัญในกัญชาและกัญชงเสียไปหากดำเนินการไม่ถูกต้อง

วิธีการสกัดสารจากกัญชาและกัญชงโดยทั่วไปที่ใช้ในกระบวนการสกัด

1. การสกัดด้วยเอทานอล หรือที่เรียกว่า "การสกัดด้วยแอลกอฮอล์" กระบวนการนี้เป็นวิธีการสกัดที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักกันดีในการแยกน้ำมัน CBD ออกจกากัญชาและกัญชง โรงงานอุตสาหกรรมกัญชาหรือกัญชงจะทำการแช่ช่อส่วนช่อดอกและใบในเอทานอลเย็นหรือแอลกอฮอล์ที่มีคุณสมบัติสูง การสกัดด้วยเอทานอลนับเป็นสารละลายที่มีความปลอดภัยเหมาะสมสำหรับนำมาทำเป็นยา อาหารเสริมและอาหาร
2. การสกัดด้วย CO2 การใช้ CO2 เหลวเป็นวิธีที่สะอาดและมีประสิทธิภาพในการแยก CBD ออกจากดอกกัญชาและกัญชง เนื่องจากประสิทธิภาพโดยและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจึงกลายเป็น วิธีที่อุตสาหกรรมต่างๆนิยมใช้อย่างแพร่หลาย มีสามขั้นตอนของกระบวนการนี้ซึ่งเรียกว่า Supercritical, Subcritical และ Mid-Critical
3. การสกัดด้วยน้ำ ผู้ผลิตบางรายใช้น้ำ ไอน้ำ หรือน้ำแข็งในการะบวนการสกัดที่ซับซ้อนแยก CBD ออกจากกัญชาและกัญชง กระบวนการสกัดนี้เป็นวิธีการสกัดที่ใช้กันน้อยที่สุดในการสกัดกัญชาและกัญชง
4. Carrier Oil Extration สำหรับวิธีสกัดนี้ใช้น้ำมันมะกอกเป็นส่วนใหญ่ (แต่บางครั้งก็เป็นน้ำมันมะพร้าว น้ำมันเมล็ดป่าน หรือน้ำมันออร์แกนิกอื่นๆ) ขึ้นอยู่กับสะดวกของผู้ผลิต- .ใช้น้ำมันตัวพา ลำดับแรกวัตถุดิบตั้งต้นจะถูก Decarboxylated แยกออกจากกัน จากนั้นวัตถุดิบพืชจะถูกนำลงในน้ำมันตัวพาและให้ความร้อนอีกทีเป็นเวลาหลายชั่วโมง จะดึง Canabinoids ออกจากกัญชาและกัญชงและละลายลงในน้ำมันตัวพาเพื่อให้สามารถนำไปสู่ขั้นตอนผลิตต่อไปได้
5. การสกัด The Rick Simpson Method วิธีสกัดนี้ได้รับการตั้งชื่อตามคนคิดข้นคนแรกที่เริ่มใช้กระบวนการเฉพาะนี้ในการสกัดน้ำมัน CBD จากกัญชาและกัญชง จากแหล่งที่มานี้เป็นวิธีการสกัดที่ถูกที่สุดและตรงไปตรงมาที่สุดสำหรักผู้ผลิต อย่างไรก็ตามวิธีนี้ได้รับการยกย่องว่าเป็นวิธีแยกสารสกัด CBD ที่เลวร้ายที่สุด สารไฮโดรคาร์ยอน เช่น บิวเทน เพนเทน โพรเพน เฮกเพน เฮกเซน และ อะซิโตน ถูกนำมาใช้ในกระบวนการนี้และวัสดุจากพืชกัญชาและกัญชงในอุตสาหกรรมจะจมอยู่ในตัวทำละลายอย่างเต็มที่ เมื่อมีการแช่อยู่เป็นระยะเวลาหนึ่งสารประกอบจะถูกแยกออกจากพืชอยู่ในรูปของเหลวซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิตภัณฑ์ได้ทันที

     โดยทั่วไปวิธีการสกัดด้วย CO2 และเอทานอล ได้รับการยอบรับว่าเป็นวิธีสกัดสารสกัดจากธรรมชาติที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในปัจจุบัน เนื่องจากประสิทธิภาพที่พิสูจน์แล้ว รวมทั้งความเข้มข้นและความบริสุทธิ์โดยรวม

     นอกจากวิธีสกัดที่กล่าวมาแล้วยังมีเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การสกัดด้วยอัลตราโซนิก การสกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักกันดีและเป็นกระยวนการที่ได้รับการยอมรับในระยะยาวเพื่อสกัดสารประกอบที่มีคุณค่าจากพฤกษศาตร์เช่นกัญชาและกัญชง เป็นอีกเทคนิคที่เหมาะสมสำหรับการผลิตน้ำมัน CBD ในกัญชาและกัญชง ที่มีคุณภาพสูง เซลล์พืชมีรูพูนและตัวทำละลายถูกผลักเข้าไปในเซลล์ซึ่งจะดูดซับสารประกอบภาพในเซลล์ เช่น Cannabinoids, Terpenes, Flavoniods เป็นต้น

สกัดกัญชากัญชงด้วยกระบวนการสกัดเย็นด้วยเอทานอล

     โดยทั่วไปกระบวนการสกัดกัญชาและกัญชงด้วยเอทานอลจะดำเนินการดังนี้

1. การแช่เย็น แช่เย็นด้วยทำละลายเอทานอลโดยใช้ Chiller ให้อุณหภูมิต่ำถึง -40℃ เพื่อลดความจำเป็นในขั้นตอนหลังการสกัด
2. สารสกัด แช่และกวนวัสดุธรรมชาติช่อดอกกัญชากัญชงในตัวทำละลายเอทานอลที่แช่เย็นเพื่อสกัดสารประกอบแคนนาบินอยด์ผ่านการหมุนเหวี่ยงกลแบบวงปิด
3. การกอง กำจัดอนุภาคแขนนลอยและตัวดูดซับ
4. การระเหย นำเอทานอลออกจากน้ำมันดิบโดยใช้ Falling Film Evaporator (FFE)
5. 5 Decarboxylation ให้ความร้อนแก่โมเลกุลของ Cannabiniod ในรูปแบบดิบ (เช่น THCA, CBDA และ CBGA) เพื่อปลดปล่อยกลุ่มโมเลกุลคาร์บอกซิลเป็น CO2 และแปลงเป็นกลุ่มสารที่บริโภคได้ง่ายขึ้น (เช่นสารสำคัญในกัญชาและกํยชง THC, CBD และ CBG)
6. การกลั่น การแยก THC, CBD, CBG หรือโมเลกุลที่ต้องการอื่นๆ ออกจากน้ำมันดิบโดยใช้การกลั่นแบบฟิล์ม (RFD)

     จากภาพที่ 2 หลังการแยกสารสำคัญออกาจากวัสดุธรรมชาติกัญชาหรือกัญชงด้วยกการสกัดเย็นจากเอทานอลแล้วจะได้น้ำมันดิบที่มีส่วนผสมของคลอโรฟิลซึ่งจำเป็นต้องผ่านกระบวนการแยกคลอโรฟิลและดึงตัวทำลายออกอีกที หลังจากนั้นกลั่นแยกน้ำมันด้วยเครื่องกลั่นแยกสารในระดับโมเลกุลแบบสุญญากาศ (Molecular Distillation) ที่ใช้เวลาในการกลั่นและควบแน่นเร็วกว่าเครื่องกลั่นแบบดั้งเดิม ภายใต้สภาวะความดันต่ำหรือสุญญากาศ สามารถแยกสารบริสุทธิ์ได้ในสภาวะอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดจริงของสารนั้นๆ จึงทำให้ไม่เกิดการสลายตัวหรือทำลายสารสำคัญหรือเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีด้วยความร้อนสูงสารที่ได้จะมีลักษณะเป็นน้ำมันค่อนข้างมีคุณภาพ ซึ่งสามารถแยกประเภทของสารต่างๆ ออกตามช่วงของอุณหภูมิในการกลั่น ขั้นตอนต่อไปเพื่อทำให้ได้สารที่มีความเสถียยิ่งขึ้นเป็นขั้นตอนของการกรองเพื่อกำจัดอนุภาคที่ไม่ต้องการ ยีสต์ แบคทีเรีย และนำมาตกผลึก ผลที่ได้จะเป็นสารสกัดในรูปที่บริสุทธิ์ที่สุดของ CBD ไม่มีสิ่งเจือปน เรียกว่า CBD Isolate

     สกัดกัญชากัญชงด้วยกระบวนการสกัดด้วย Supercritical Fluid Extraction: SFE

เทคโนโลยีการสกัดกัญชาหริอกัญชงด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวด (Supercritical Fluid Extraction: SFE) เป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทฑิภาพในการบวนการสกัดสารที่เป็นมิตรต่อสิ่งแววล้อม (Eco-Friendly) นิยมใช้ในการสกัดน้ำมันหรือสารจากพืชและสัตว์

     หลัการสกัดด้วย ของไหลวิกฤตยิ่งยวด (Supercritical Fluid: SCF) หมายถึงสภาวะที่ไม่สามารถจำแนกได้ว่าสสารนั้นอยู่ในสถานะก๊าซหรือของเหลว เมื่อก๊าซหรือของเหลวนั้นถูกอัดภายใต้แรงดันและให้ความร้อนผ่านจุดวิกฤต (Critical Point) ซึ่งจะเข้าสู่เฟส Supercritical Phase และสารที่อยู่ในเฟสนั้นจะเรียกว่า ของไหลวิกฤตยิ่งยอว (Super Critical Fluid: SCF) อุณหภูมิวิกฤต (Critical Temperature: TC) และความดันวิกฤต (Critical Pressure: PC) ของไหลวิกฤติยิ่งยวดมีคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ (Physiochemical Properties) อยู่ระหว่างก๊าซกับของเหลว ตัวทำละลายที่นิยมใช้คือคาร์บอนไดออกไซค์ เนื่องจากมีอุณหภูมิวิกฤตและความดันวิกฤตที่มีค่ต่ำ ไม่เป็นพิษ มีความเฉื่อยไม่ติดไฟ อีกทั้งคาร์บอนไดออกไซต์มีความบริสุทธิ์สูงในราคาที่ค่อนข้างถูก คาร์บอนไดออกไซด์มีความสามารถการละลาย ตัวถูกละลายที่ไม่มีขั้ว (Non-Polar Solutes) ไม่ก่อให้เกิดสารตกค้างระหว่างกระบวนการสกัดและผลิตภัณฑ์ที่ได้ คาร์บอนไดออกไซด์ Critical State ที่ 1 ℃ และ 72.9 atm/7.39 MPa

     หลักการทำงานและจุดเด่นการสกัดกัญชากัญชงแบบ Supercritical Fluid Extraction (CO2)

     การใช้สารในสภาวะที่มีอุณหภูมิและความดันเหนือจุดวิกฤต จะมีคุณสมบัติในการซึมผ่านของแข็งได้เหมือนแก๊ส และสามารถละลายสารได้เหมือนของเหลวจึงใช้เป็นสารสกัดสกัดกัญชาและกัญชงหรือสารสกัดอื่นๆ ได้เป็นอย่างดี การสกัดเริ่มจากการนำวัตถุดิบที่มีขนาดอนุภาคที่เหมาะสม บรรจุลงในถังสกัด ทำการปรับความดันและอุณหภูมิให้เหมาะสมกับวัตถุดิบนั้นๆ อุณหภูมิและความดันในการสกัดจะต้องปรับให้สูงเกินจุดวิกฤตของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์(ในกรณีที่ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างเดียว) หรือตัวทำลายอื่นที่ใช้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือตัวทำละลายอื่นที่ใช้จะละลายเป็นของไหลยิ่งยวด วิธีนี้สามารถเพิ่มความมีประสิทธิภาพในการสกัดได้โดยเพิ่มตัวทำละลายร่วม (Co-solvent) ลงไป จากนั้นจึงปล่อยสารสกัดออกตามเวลาที่กำหนด จะได้สารที่ต้องการจากการสกัด เช่น สารสำคัญทางยา สารให้กลิ่นรส (Flavoring Agent) สารให้สี (Coloring Agent) น้ำมันหอมระเหย (Essential Oil) เป็นต้น สารสกัดที่ได้จากวิธีนี้มีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมและผู้บริโภคมากกว่าวิธีสกัดโดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ ที่อาจไม่สามารถแยกตัวทำละลายออกมาให้หมดโดยสมบูรณ์ จึงอาจทำให้สารสกัดที่ได้ไม่บริสุทธิ์ต้องนำไปผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ต่อไป

เครื่องสกัดแบบ Supercriticla Co2 Extraction ประกอบไปด้วย

1. ถังสกัด (Extractor)
2. ถังคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 Tank)
3. ปั๊มแรงดันสูง (High Pressure Pump)
4. ถังบรรจุตัวทำลายร่วม (Co-Solvent Tank)
5. ระบบแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchanger System)
6. ระบบทำความเย็น (Refrigeration System)
7. อุปกรณ์แยกสารสกัดที่สกัดได้กับคาร์บอนไดออกไซด์ (Suparator)
8. ส่วนที่เก็บคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 Collection Vessel)
9. ส่วนที่เก็บสารสกัด (Extract Collecting Vessel)

     เมื่อสกัดแยกสารสำคัญจากวัสดุธรรมชาติกัญชาหรือกัญชงด้วย SFE จะออกมาในรูปของน้ำมันดิบที่ยังมีการปนเปื้อนจะต้องนำมาผ่านกระบวนการแยกไข (Winterization) ซึ่งเป็นกระบวนการกำจัดองค์ประกอบที่ไม่พึงประสงค์จากสารสกัดจากพืช ตัวอย่างเช่น ไขมัน ไขธรรมชาติ กระบวนการนี้จำเป็นเฉพาะเมื่อน้ำมันถูกสกัดด้วยความดันสูงและที่อุณหภูมิสูง (ซึ่งเรียกว่าการสกัดแบบวิกฤตยิ่งยวด) เนื่องจากการสกัดแบบเข้มข้นนี้ดึงทุกอย่างจากพืชรวมถึงสารที่ไม่ต้องการออกมาในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย หลักการคือกระบวนการที่น้ำมันดิบผสมกับเอทานอล อยู่ในสภาพแววล้อมที่เย็นเป็นเวลา 1-2 วัน ในช่วงเวลานี้ แว็กซ์ไขมันและ คลอโรฟิลล์จะแข็งตัว ตกลงไปที่ด้านล่างของภาชนะทำใหแยกออกได้ง่ายขึ้น น้ำมันดิบจะถูกส่งผ่านตัวกรองเพื่อขจัดเอทานอล ไขมัน (Fats) และกรดไขมัน หรือแวกซ์ไขมัน (Lipids) เมื่อเสร็จสิ้นจะดึงตัวทำละลายออก จะได้น้ำมันที่มีความใสบริสุทธิ์มากขึ้น เข้าสู่การกลั่นแยกระดับโมเลกุล (Molecular Distillation) โดยใช้ความร้อนทำให้สารแต่ละชนิดกลายเป็นไอแยกออกมาตามช่วงอุณหภูมืของการระเหย และนำมากรองแยกอนุภาคและเชื้อจุลินทรีย์ ทำให้เสถียรยิ่งขึ้นด้วยการตกผลึก

     จากภาพที่ 7 จะพบว่าสาร CBD ในกัญชากัญชงหรือพืช จะกลั่นออกมาในช่วงอุณหภูมิ 180℃ ส่วนสาร THC-A (Terahydrocannabinolic Acid) ในกัญชาและกัญชงจะถูกกลั่นออกมาในช่วง 104.44℃ สาร THCA เปลี่ยนเป็น THC ในระหว่างกระบวนการ Decarboxylation เนื่องจากปลดปล่อยกลุ่มคาร์บอกซิลิกออกจากสูตรเคมี สาร THCA นั้นค่อนข้างไม่เสถียร สามารถเปลี่ยนเป็น THC ได้เนื่องจากแสงแดด หรือเมื่อเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลานาน หากจัดเรียงภายใต้แสงน้อยกัญชาแห้งที่อุณหภูมิห้องสามารถเปลี่ยน THCA ได้ประมาณ 20% เป็นสาร THC สาร THCA ไม่ออกฤทธิ์ทางจิต

สำหรับสารตัวอื่นๆ จะเป็นกลุ่ม Terpene เช่น Beta-Myrcene ให้กลิ่นแบบซิตรัส หรือกานพลู Alpha-Pinene กลิ่นต้นสนเป็นต้น