Development of an SMB process for the purification of CBD from a CBD-rich cannabis extract

Význam tématu

CBD je významný kanabinoid s širokým terapeutickým využitím. Čistá izolace CBD z komplexního rostlinného extraktu je náročná kvůli složité matrici. Preparativní chromatografie se simulovaným pohyblivým lůžkem (SMB) přináší energetické a materiálové úspory oproti klasickým metodám a umožňuje vyšší výtěžky a čistoty.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout a optimalizovat kontinuální SMB proces pro purifikaci CBD z ethanolem získaného extraktu z konopí.

• Pre-preparativní krok k odstranění pozdně elujících nečistot.
• Analytické testy pro stanovení retenčních časů a mrtvých časů kolony.
• Návrh SMB konfigurace a parametrů (počet zón, průtoky, doby přepínání).
• Testy různých režimů (otevřená vs. uzavřená smyčka, variace koncentrace a průtoku vzorku).

Použitá metodika a instrumentace

Proces kombinoval pre-preparativní HPLC a SMB separaci.
Pre-preparační HPLC:

• Kolona C18 (150×50 mm, 10 µm), průtok 60 ml/min, izokratická eluce 100 % EtOH.
• AZURA P 2.1L pumpy, UV detektor 228 nm, objem injekce 10 ml.

SMB:

• 8 kolony C18 (250×8 mm, 15 µm), zónové pumpy až 30 ml/min, feed pumpa 4 ml/min.
• UV detektory 228 nm, Coriolisovy průtokoměry, řízení PurityChrom MCC.

Hlavní výsledky a diskuse

Pre-preparativní krok odstranil pozdní fytochimikálie, zkrátil cyklus a snížil spotřebu eluentu. Analytické testy určili retenční časy CBD (4,27 min) a ∆9-THC (7,32 min) a mrtvé časy pro návrh SMB parametrů. Testy ukázaly:

• Metoda MO2 (otevřená smyčka, feed = 0,082 ml/min) dosáhla 90 % návratnosti CBD s čistotou ~93 % (42 mg/cyklus).
• Zvýšení koncentrace vzorku zdvojnásobilo výtěžek (95 mg/cyklus) při poklesu návratnosti o 10 %.
• Přechod na uzavřenou smyčku recirkuloval eluent, kompromisem byla vyšší kontaminace vedlejší frakce.
• Optimální provozní bod ležel v dolním levém rohu teoretického trojúhelníku pro úplnou regeneraci fází.

Přínosy a praktické využití metody

Navržený SMB proces nabízí:

• Výrazné snížení spotřeby rozpouštědel a energie.
• Kontinuální provoz s vysokou produktivitou (až 878 mg CBD/24 h při nižší a 1997 mg/24 h při vyšší koncentraci).
• Rychlý náběh stacionárního stavu (po 3–4 cyklech).
• Škálovatelnost pro farmaceutickou a průmyslovou výrobu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj zahrnuje:

• Automatizaci a online monitoring kvality frakcí.
• Rozšíření na separaci dalších kanabinoidů a bioaktivních složek.
• Integraci s předúpravou (extrakce, dekarboxylace).
• Použití pokročilých modelů adsorption a optimalizačních algoritmů.

Závěr

SMB chromatografie s optimalizovanými parametry umožnila efektivní izolaci CBD s vysokou čistotou a výtěžností z komplexní rostlinné matricie. Studie potvrzuje potenciál kontinuálních separací pro ekonomickou a ekologickou výrobu přírodních produktů.

Reference

1. Blanc CL et al. Separation and Purification Technology, 141 (2015)
2. Rajendran A et al. Journal of Chromatography A, 1216 (2009)
3. Rodrigues AE et al. Simulated Moving Bed Technology, Butterworth-Heinemann (2015)
4. Seidel-Morgenstern A et al. Chemical Engineering Technology, 31 (2008)
5. Loxterkamp L, Monks K. Determination of 16 cannabinoids inside flowers, oils and seeds. KNAUER (2020)