Pflanzenmaterial mit Schneidmühle zerkleinern

Cannabispflanzen für die Wirkstoff-Extraktion vorbereiten

Um Wirkstoffe aus der Cannabispflanze möglichst effektiv extrahieren zu können und auch für Untersuchungen auf Pestizidrückstände muss das Pflanzenmaterial möglichst homogen vermahlen werden.

Die durchscheinenden Cannabis-Trichome, welche die vorwiegende Menge an biologisch aktiven Cannabinoid- und Terpenverbindungen enthalten, sind harzig und klebrig – ein anspruchsvolles Material für das Mahlen. © Fritsch

Cannabis wird seit Tausenden von Jahren in verschiedenen Kulturen als Medizin verwendet zum Beispiel als Marihuana (getrocknete Blätter und Blüten) oder als Haschisch (das Harz der weiblichen Pflanze). Aus der Vielzahl der in der Pflanze enthaltenen Wirkstoffe (neben den Cannabinoiden und den Terpenen) werden heute vor allem Tetrahydrocannabinol (THC) und Cannabidiol (CBD) als pharmakologisch wirksame Komponenten isoliert und erforscht. Die Cannabis-Wirkstoffe werden insbesondere therapeutisch eingesetzt: als Schmerzmittel, zur Appetitanregung, als entzündungshemmendes oder auch krampflösendes Mittel.

Wirkstoffe extrahieren

Die gängigste Methode zur Extraktion der Wirkstoffe aus der Cannabispflanze ist die Extraktion mit überkritischem CO2. Bei einer Temperatur von mehr als 31 °C und mit hohem Druck gelangt das COin den „überkritischen“ Zustand und eignet sich dann als Lösungsmittel. Es wird durch eine Kammer geleitet, die das Pflanzenmaterial enthält. Das COhat die Dichte einer Flüssigkeit, füllt aber die gesamte Kammer wie ein Gas. Dies ist ideal für die Extraktion, da es so nicht zu einer Denaturierung oder Schädigung des Produkts kommt. Das Kohlendioxid extrahiert die Cannabinoide und Terpene aus der Pflanze. Das Ergebnis ist ein hochwertiges, reines Öl, das nun zum Zweck verschiedener medizinischer Anwendungen verarbeitet werden kann.

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Hersteller von Cannabis-Ölen wollen den Extraktionsprozess natürlich so effizient wie möglich gestalten. Das bedeutet: höchstmögliche Ausbeute der Inhaltsstoffe in möglichst kurzer Zeit. Voraussetzung hierfür ist, dass das Pflanzenmaterial für den Extrahiervorgang fein vermahlen und möglichst homogen vorliegt. Hierfür eignet sich die Schneidmühle Pulverisette 19 von Fritsch in der Edelstahl 316L-Ausführung für den Einsatz im Pharmabereich.

Bild 1: Links: Inhomogene Probe (in einem Küchenmixer aufbereitet), rechts: Homogene Probe (gemahlen mit der Fritsch-Pulverisette 19). © Fritsch

Ausgangsmaterial fein vermahlen

In Schneidmühlen wird die Probe zwischen den Messern des Rotors und den Gegenmessern in der Mahlkammer nach dem Prinzip einer Schere zerkleinert, um die gewünschte Endfeinheit zu erreichen. Das Mahlgut sollte beim Vermahlen vollständig erfasst werden, und das Totvolumen im Mahlraum sollte möglichst klein sein. In der Schneidmühle Pulverisette 19 von Fritsch bewirkt die Geometrie des Mahlraums einen möglichst kleinen Totraum. Die Schnittgeometrie zwischen Rotor- und Gegenmessern ist so konzipiert, dass das Probenmaterial aktiv transportiert wird, damit es nirgendwo hängen bleibt. Darüber hinaus macht eine spezielle Luftströmung verstopfungsfreies Arbeiten sowie schnelles, rückstandsfreies Reinigen möglich.

Bild 2a: Rückgewinnung von Cannabinoiden in Prozent (bezogen auf den Gesamtgehalt in der Ausgangs-Pflanzenmaterialmenge) je nach Größe der gemahlenen Partikel. © Fritsch

Ungemahlenes Cannabispflanzenmaterial hat eine Schüttdichte von 100 – 125 g/l, während fein gemahlenes Material eine Schüttdichte von 225 – 250 g/l aufweist. Die Probe sollte möglichst homogen (s. hierzu Bild 1) fein vermahlt werden, so dass eine möglichst große Menge in die Extraktionssäule gefüllt werden kann, was sich letztlich auf den Ertrag pro Extraktion auswirkt.

Bild 2b: Rückgewinnung von Terpenen in Prozent (bezogen auf den Gesamtgehalt in der Ausgangs-Pflanzenmaterialmenge) je nach Größe der gemahlenen Partikel. © Fritsch

Damit der Durchsatz möglichst hoch ist, wird ein Hochleistungszyklon eingesetzt: Mit Hilfe eines Industriestaubsaugers und des Hochleistungszyklons aus Edelstahl wird in der Mahlkammer ein Unterdruck erzeugt und das Material über einen Trichter der Schneidmühle zugeführt. Verschiedene Siebkassetten bestimmen die Endfeinheit der Cannabisprobe. In Zusammenarbeit mit einem Cannabis-Produzenten in Kalifornien, USA, haben wir untersucht, welcher Mahlgrad das Optimum für die effizienteste Extraktion bedeutet. Hier zeigte sich, dass die besten Ergebnisse mit einem 2-mm-Sieb erzielt wurden (s. Bilder 2a und 2b). Es können auch andere Siebe für verschiedene Fraktionen eingesetzt werden.

Universal-Schneidmühle „PULVERISETTE 19“. © Fritsch

Die Universal-Schneidmühle Pulverisette 19 wird auch zur Zerkleinerung von Proben für die Prüfung zur Wirksamkeit oder zur Untersuchung des Materials auf Pestizidrückstände eingesetzt. Um die Schneidleistung an die Probenart anzupassen, kann die Drehzahl des Rotors zwischen 300 U/min bis 3 000 U/min geregelt werden.

AUTOR
Dipl.-Phys. Wolfgang Simon
Fritsch GmbH, Idar-Oberstein
info@fritsch.de
www.fritsch.de

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