工业大麻加工过程中大麻二酚稳定性研究

李杨，赵晓俊，王璞，张云涛，高伟

(1. 晨光生物科技集团股份有限公司，河北省植物资源综合利用重点实验室，河北 曲周 057250；2. 腾冲晨光云麻生物科技有限公司，云南 腾冲 679100)

工业大麻又称火麻，特指四氢大麻酚(THC)含量低于0.3%的大麻品种，工业大麻的植株分为雄性和雌性，花的形态和活性成分具有较大差异。 工业大麻中的主要生物活性物质是大麻素、萜烯、类黄酮、植物甾醇等[1-4]。 大麻素主要包括大麻二酚(CBD)、大麻二酚酸、THC、四氢大麻酚酸、次大麻二酚、次大麻二酚酸、大麻萜酚、大麻萜酚酸等[5-6]。 工业大麻花叶中大麻二酚酸经过加热脱羧可以转化成CBD。 工业大麻加工过程中不可避免会接触到高温、光照、氧气，从而影响CBD 理化性质或生物活性[7-9]。

刘蓓等[7]研究发现，在氮气环境中热处理工业大麻时，CBD、THC 含量最高，空气环境下高温会导致CBD 和THC 含量降低，其中THC 可以转化为大麻酚，合适的温度和空气量可获得高含量CBD，并有效降低THC 含量。 孙维来等[10]研究认为，CBD 对温度、光照比较敏感，在避光及低温条件下可稳定存在。 张煦然等[11]研究认为，CBD 在酸性条件下会转化为精神活性物质THC。 Christian[12]研究认为，溶剂及光照条件能够加速CBD 降解。 为了指导工业大麻实际生产，需要对工业大麻加工过程中影响CBD 稳定性的因素进行研究。 本文模拟影响CBD 稳定性的主要因素，以CBD 损失率为指标，研究了加工过程中温度、光照、氧气等因子对CBD 的影响，旨在为工业大麻生产加工实现经济效益最大化提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

工业大麻花叶(云麻7 号)，腾冲晨光云麻生物科技有限公司提供；工业大麻提取液(使用乙醇提取得到)、全谱系油(工业大麻原料通过乙醇提取、树脂纯化、色谱分离得到)、CBD 晶体(全谱系油通过降温结晶得到)，腾冲晨光云麻生物科技有限公司提供；甲醇、乙醇、磷酸、丙酮等均为国产分析纯，乙腈为色谱纯试剂；CBD 标准品购买自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司。

DHG-9055A 台式电热鼓风烘箱，上海右一仪器有限公司；E2695 高效液相色谱仪，美国沃特世科技有限公司；AUY220 分析天平(感量为0.1 mg)，日本岛津公司；KQ-500DB 超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；R214B 旋转蒸发仪，上海申生科技有限公司；JJ-1 精密增力电力搅拌器，上海一凯仪器设备有限公司；DK-S24 恒温水浴锅，江苏金怡仪器科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 温度对CBD 稳定性的影响

分别准确称量100.00 g 提取液、全谱系油、晶体，避光置于20、80、100、120、140、160、180 ℃下加热2 h，确定不同温度下CBD 损失率。 试验重复5 次。

1.2.2 光照对CBD 稳定性的影响

分别准确移取100.00 g 工业大麻花叶、全谱系油、晶体，分别置于避光、10 000(±500)lx 环境中真空密封存放，温度为25 ℃，分别在3、7、10、30、60、77 d 后测定不同条件下CBD 损失率。 试验重复5 次。

1.2.3 氧气对CBD 稳定性的影响

准确称量100.00 g 工业大麻花叶、全谱系油、晶体，分别置于真空包装(含氧量为0)、自封袋(自然封口，测氧仪检测含氧量20%)，室温避光下放置3、7、30、60、77 d 后分别检测CBD 含量，计算CBD 损失率。 试验重复5 次。

1.2.4 CBD 含量检测

取CBD 标准品，准确称取一定量样品置于100 mL 容量瓶中，用色谱甲醇溶解定容，混匀，得到定量浓度的大麻素标准溶液。 使用高效液相色谱仪对本文中样品进行定量检测[13-17]，样品使用甲醇稀释定容。 色谱条件如下，液相色谱柱:C18 150 mm ×4.6 mm，5 μm，柱温:40 ℃，检测波长:220 nm，进样量:10 μL，流动相:乙腈—水(V(乙腈)/V(水)= 70 ∶30)，流速:1.0 mL/min。

1.2.5 数据分析

CBD 损失率计算公式如下:

式中:x—CBD 损失率，%；m1—样品初始CBD 总量，mg；m2—样品试验后CBD 总量，mg。试验数据使用Excel 软件进行统计分析。 S 为标准方差:

用最小显著差数法(LSD)比较相同条件下温度、光照、氧气对CBD 含量影响的差异显著性(p=0.05)。

2 结果与分析

2.1 CBD 稳定性结果与分析

2.1.1 温度对CBD 稳定性的影响

由图1～3 可知:80 ℃条件下加热2 h，提取液中CBD 损失2.46%，全谱系油中CBD 晶体损失0.33%，CBD 晶体中CBD 损失0.42%；当温度超过80 ℃，提取液、全谱系油、CBD 晶体中CBD 随着温度升高，损失率逐渐增加；当温度超过140 ℃，损失率急剧增加。 180 ℃条件下加热2 h，提取液、全谱系油中损失超过35%，CBD 晶体损失4.65%。

图2 温度对全谱系油中大麻二酚稳定性的影响Fig.2 Effect of temperature on the stability of the cannabinoid in CBD oil

图3 温度对大麻二酚晶体稳定性的影响Fig.3 Effect of temperature on the stability of the cannabinoid crystals

2.1.2 光照对CBD 稳定性的影响

由图4～6 可知:在避光条件下存储7 周，工业大麻花叶、CBD 晶体、全谱系油中CBD 损失率小于1%；在光照条件下存储7 周，全谱系油、原料、CBD 晶体中CBD 含量分别下降9.1%、4.6%、2.0%。 光照对全谱系油中CBD 稳定性影响最大，其次是原料中CBD，对CBD 晶体的影响最小。 工业大麻花叶在避光下10 d 时CBD 含量损失率大于30 d 的，可能与CBD 脱羧转化有关。

图4 光照对工业大麻花叶中大麻二酚稳定性的影响Fig.4 Effect of light on the stability of industrial hemp flowers and leaves

图5 光照对大麻二酚晶体稳定性的影响Fig.5 Effect of light on the stability of the cannabinoid crystals

图6 光照对全谱系油中大麻二酚稳定性的影响Fig.6 Effect of light on the stability of the cannabinoid in CBD oil

2.1.3 氧气对CBD 稳定性的影响

由图7～9 可知，在无氧(避光)条件下，CBD 在工业大麻花叶、CBD 晶体、全谱系油中损失率小于1%。 氧气(避光)对原料中CBD 稳定性影响较小，存储4 周下降趋势较为明显，含量下降1.3%，第4～11 周，大麻花叶中CBD 含量保持不变；氧气(避光)对全谱系油中CBD 稳定性影响较大，存储4 周下降趋势较为明显，含量下降3.3%，第4 ～11 周，全谱系油中CBD 含量保持不变；氧气(避光)对CBD 晶体稳定性影响较大，随着存储时间的延长，CBD 含量逐渐下降，存储11 周CBD 含量下降3.4%。 工业大麻花叶在避光下10 d 时CBD 含量损失率大于30 d 的，可能与CBD 脱羧转化有关。

图7 氧气对大麻花叶中大麻二酚稳定性的影响Fig.7 Effect of oxygen on the stability of industrial hemp flowers and leaves

图8 氧气对大麻二酚晶体稳定性的影响Fig.8 Effect of oxygen on the stability of the cannabinoid crystals

图9 氧气对全谱系油中大麻二酚稳定性的影响Fig.9 Effect of oxygen on the stability of the cannabinoid in CBD oil

2.2 CBD 降解动力学分析

使用一级动力学计算不同温度下CBD 降解的动力学参数，速率常数k=ln(C0/Ct)/t，半衰期t1/2=ln2/k。 从表1、2 可以看出，温度越高CBD 降解速率越快，半衰期越短，CBD 在高温条件下具有更高的不稳定性。 提取液中CBD 的降解速率要快于全谱系油和CBD 晶体的，提取液中CBD 的半衰期时间要明显短于全谱系油和CBD 晶体的，CBD 在全谱系油及CBD 晶体中稳定性要明显好于提取液的，实际生产过程中，要缩短提取、浓缩时间，浓缩时需要严格控制温度不超过80 ℃。

表1 不同温度下CBD 降解速率常数Table 1 CBD degradation rate constants at different temperatures

表2 不同温度下CBD 半衰期Table 2 CBD half-life at different temperatures

3 讨论

孙维来等[10]研究认为，CBD 在避光及低温条件下可稳定存在，因CBD 结构中有酚羟基官能团，在光照、高温以及氧气条件下生成醌类物质，造成含量损失。 刘佳莹等[18]研究认为，因CBD 在光照条件下发生自由基反应，故其存在见光易分解、生物利用度低等问题。 谢志辉等[19]研究认为，CBD 微乳液在60 ℃放置3 h 较为稳定，温度越高，CBD 损失程度越大，这与本研究中CBD 在超过80 ℃条件下损失率会逐渐升高的结论一致。 本研究发现，提取液、全谱系油、CBD 晶体在温度超过80 ℃条件下，随着温度的升高，CBD 的损失率逐渐增加。 CBD 在高温、热辐射条件下会有自由基反应发生，通过和氧自由基反应，得到CBD 自由基，之后同氧气发生反应，与羟基自由基发生链终止反应，得到醌类物质和水。 除此之外，在高温条件下，CBD 中酚羟基上的孤对电子会与双键结合得到环状化合物，之后发生质子转移，生成四氢大麻酚，在生产过程中需要严格控制各工序温度[20-21]。 工业大麻花叶、全谱系油、CBD 晶体在氧气条件下存储30 d，CBD 会有1%～3%损失，继续延长存储时间，CBD 损失率保持不变。 CBD 本身为酸性物质，容易失去氢离子，得到CBD 负离子化合物，在氧气条件下发生反应，通过氧化重排反应得到醌类物质和水，当样品表面接触氧气、光照时会在表面形成保护层，从而使样品内部相对稳定，在高温条件下，样品持续加热，稳定性持续较差，导致CBD 在高温条件下稳定性差。 本研究结果表明，温度对CBD 的影响最大，光照、氧气对CBD 损失率影响相对较小，可能是由于温度对CBD 氧化反应速率影响较大，根据范特霍夫公式可知，温度升高10 ℃，其反应速率增大为原来的2～4 倍，导致在高温下，CBD 损失率较大，而光照、氧气对CBD 中酚羟基上的孤对电子激发能力较弱，因此表现出在光照、氧气条件下CBD 损失率较小。 本研究还发现在相同条件下，不同CBD 样本呈现不同的损失率，温度对提取液、全谱系油影响比CBD 晶体更大，由于提取液、全谱系油为混合物，在高温条件下CBD 更易与其他成分发生反应，从而损失率更大，光照、氧气对不同CBD 样品的影响不大，因此在生产加工过程中，尤其要注意料液、全谱系油避免接触高温，料液在设备中一般为避光、密闭传输，不需特意隔绝光照、氧气。 工业大麻花叶要避免光照，成品需避光、密闭、室温储存。

4 结论

光照和温度对大麻植物中大麻酚类稳定性的影响已有相关报道，但对于加工过程中CBD 稳定性的影响未见报道。 本试验研究了加工过程中温度、光照、氧气对CBD 稳定性的影响:加工过程中温度超过80 ℃时，原料、全谱系油、晶体中的CBD 会发生明显损失，生产过程中脱溶残时需要较高温度，可能会影响CBD 含量，因此该环节需要严格控制温度不超过80 ℃；光照对CBD 稳定性影响较显著，在强光下存储时间越长，CBD 损失越多，因此在原料及产品储存、加工过程要进行避光处理；氧气是工业大麻加工过程中导致CBD 损失的一个重要因子，在氧气条件下存储时间越长，CBD损失越大，因此在原料及产品储存、加工过程要进行隔氧操作。 为了保证工业大麻加工过程中CBD 稳定性，实现经济效益最大化，生产过程中应避免温度超过80 ℃，避免原料及产品长时间接触氧气、光照。