QC a produktový screening léčebného konopí pomocí NIR spektroskopie

Dokáže určit kanabinoidní profil nebo dokonce potenci sušených květů konopí. NIRS lze také použít pro kontrolu kvality konopných olejů, vosků, tinktur a dalších přípravků.

„Konopí“ je obecný termín zahrnující skupinu tří rostlin s různými psychoaktivními vlastnostmi: Cannabis sativa, Cannabis indica, a Cannabis ruderalis (1). Rostlina konopí se používá jako lék, potravina a pro svou vlákninu po tisíce let. Květy a některé listy rostlin konopí jsou potaženy drobnými krystalickými strukturami zvanými „trichomy“, a právě tyto struktury jsou zodpovědné za produkci kanabinoidů používaných v mnoha dalších produktech.

Když se květy těchto rostlin sklidí a usuší, vznikne jedna z nejrozšířenějších drog na světě.

Jaké jsou nejdůležitější a nejznámější sloučeniny konopí?

Konopí obsahuje více než 120 sloučenin známých jako „kanabinoidy“ (1). Účinky každého kanabinoidu ještě nejsou zcela známy, ale odborníci dobře chápou tři z nich: kanabidiol (CBD), kanabigerol (CBG), a tetrahydrokanabinol (THC nebo Delta-9-THC). Každý z nich má své vlastní účinky a použití (1):

• CBD - Jedná se o psychoaktivní kanabinoid, přesto není omamný a neeuforický, což znamená, že vás nedostane do «vznešené» nálady. Často se používá ke snížení zánětu a bolesti. Vědci se stále snaží plně porozumět účinnosti lékařského použití CBD.

• CBG - Tento kanabinoid byl poprvé izolován v roce 1964. Výzkum CBG je stále v preklinických fázích, ale dostupné studie naznačují, že má značný terapeutický příslib. Vlastnosti CBG mohou překonat vlastnosti THC bez opojného účinku. Existují také důkazy, které naznačují, že CBG může nabízet protirakovinné, antidepresivní a antibakteriální vlastnosti.

• THC - To je hlavní psychoaktivní sloučenina v konopí. THC je zodpovědné za „vznešené“ nálady, které si většina lidí spojuje s konopím.

Legalita konopí a konopí

Konopí je v mnoha zemích nezákonné. Stále více míst jej však začíná legalizovat pro lékařské i rekreační využití. Konopí, které má obvykle nízký obsah THC, se stále používá na mnoha místech jako vlákno k výrobě produktů, jako jsou textilie, lana a dokonce i biologicky rozložitelné plasty.

Zákony týkající se držení a užívání konopí se v každé zemi také liší. Někteří považují jakýkoli druh držení konopí za vážný zločin, jiné povolují produkty obsahující pouze CBD a jen velmi málo lidem umožňuje používat produkty s THC (ať už pro lékařské nebo rekreační účely).

Jaké konopné produkty jsou dostupné na trhu?

Legální konopí se může objevit v širokém sortimentu jiných produktů, než je typický sušený květ nebo vosk, který se kouří nebo jinak požívá. K dispozici je několik možností v závislosti na zemi, ve které žijete, a legálnosti různých sloučenin kanabidiolu. Níže uvedený seznam (není úplný) (2) ukazuje, jak se trh s konopnými produkty za poslední desetiletí vyvíjel, jak se na různých místech stává akceptovanějším.

• Konopné oleje
• Konopné produkty pro krásu a péči o pleť
• Konopné poživatiny (např. nápoje, čokolády, gumy a další pochutiny)
• Konopné kapsle
• Konopné pamlsky pro psy

Pixabay/R+R Medicinals: Tento článek je určen pouze pro informační účely. Metrohm žádným způsobem nepodporuje používání těchto produktů

Sušení, léčení a zpracování konopí

Sušení a konzervace jsou důležité pro úspěšné zpracování rostlin konopí po sklizni na konečné produkty, jako jsou konopné oleje, konopné kapsle atd. Rostlinný materiál je nutné ihned po sklizni vysušit, aby se nezkazil. Většina vlhkosti by měla být odstraněna během prvních tří dnů, poté by měla být zpomalena, aby se zabránilo vysychání během několika dalších dnů (3). Proces vytvrzování je prodloužením sušení, ale ve změněném prostředí, aby se usnadnily procesy v rostlině po dobu několika týdnů. Sušené konopí se umisťuje do vzduchotěsných nádob, které se otevírají pouze periodicky. To odvádí vlhkost z poupat a zároveň zvyšuje kvalitu a účinnost (3). Po vytvrzení je konopí připraveno ke zpracování na konečný produkt.

Pixabay/Terre Di Cannabis: Zaměstnanec sušící sklizené konopí

Jeden takový produkt, CBD olej, se vyrábí extrakcí ze sušeného květu konopí a jeho následným zředěním nosným olejem (např. kokosovým nebo konopným olejem, Obrázek 1). Pro proces extrakce jsou k dispozici dvě vhodné možnosti: extrakce ethanolem nebo extrakce superkritickým CO₂.

Metrohm: Obrázek 1 - Zjednodušený diagram procesu výroby oleje CBD ukazující kroky, kde je analýza NIRS zvláště užitečná pro kontrolu kvality

Pro výrobu konopných kapslí nebo tablet je třeba sušené konopí zahřát po dobu 10 minut na 99–104 °C. To dekarboxyluje surový rostlinný materiál a zvýší jeho účinnost.

Pro kontrolu těchto procesů nabízí Metrohm aplikační řešení pro mleté rostlinné materiály jako testování surovin a pro oleje. NIR spektroskopie je analytická technika, která je zvláště vhodná pro zefektivnění a snížení nákladů kontroly kvality těchto produktů.

Ve zbývající části tohoto článku je uveden krátký přehled NIRS následovaný příkladem aplikace pro průmysl léčebného konopí, který uzavírá, jak mohou výrobci léčebného konopí těžit z NIRS v procesu kontroly kvality.

Technologie NIRS – krátký přehled

Interakce mezi světlem a hmotou je dobře známý proces. Světlo používané ve spektroskopických metodách se typicky nepopisuje použitou energií, ale v mnoha případech vlnovou délkou nebo vlnočty.

NIR spektrometr (jako např Analyzátor kapalin Metrohm DS2500 nebo Pevný analyzátor Metrohm DS2500) měří tuto interakci za účelem generování spekter, jako jsou ta zobrazená v Obrázek 2. NIRS je zvláště citlivý na přítomnost určitých funkčních skupin (např. -CH, -NH, -OH a -SH). Proto je NIR spektroskopie ideální metodou pro kvantifikaci chemických parametrů včetně množství THC, CBD, CBG a obsahu vody (vlhkosti) v konopí a jeho konečných produktech.

Všechny tyto informace jsou obsaženy v jediném NIR spektru, proto je tato metoda vhodná rychlá multiparametrová analýza.

Metrohm: Obrázek 2 - Surová NIR spektra konopí vyplývající z interakce blízkého infračerveného světla s příslušnými vzorky

Režimy měření NIRS

Režim měření závisí na typu vzorku. Transmisní režim je obecně vhodný postup pro analýzu kapaliny jako konopné oleje. Pro transmisi (Obrázek 3b), NIR světlo prochází vzorkem, zatímco je absorbováno. Jakékoli neabsorbované NIR světlo se odráží k detektoru.

Metrohm: Obrázek 3 - Měření kapalin se obvykle provádí v lahvičkách

• a) Měření kapalin se obvykle provádí v lahvičkách.
• b) Režim měření je známý jako transmisní, kdy světlo prochází vzorkem, zatímco je absorbováno.

Transflekční režim je obecně vhodný postup pro analýzu krémů. Tento režim se také používá, když jsou k dispozici pouze velmi malá množství vzorku, jako v případě konopí. Pro transflexi (Obrázek 4b), NIR světlo prochází vzorkem, poté odražené difuzním reflektorem prochází opět vzorkem, zatímco je absorbováno. Neabsorbované NIR světlo je pak detekováno na konci analýzy.

Metrohm: Obrázek 4 - Měření krémů nebo malých množství vzorků, jako je konopí, se obvykle provádí pomocí zlatého razítka jako difuzního reflektoru

• a) Měření krémů nebo malých množství vzorků, jako je konopí, se obvykle provádí pomocí zlatého razítka jako difuzního reflektoru.
• b) Režim měření je známý jako transflekce, kdy světlo prochází vzorkem, odráží se na difuzním reflektoru a znovu prochází vzorkem, zatímco je absorbováno.

Režím difuzního odrazu je obecně vhodný postup pro analýzu pevných vzorků jako sušený květ konopí. Pro difúzní odraz (Obrázek 5b), NIR světlo osvětlí vzorek a veškeré neabsorbované NIR světlo se odrazí zpět do detektoru.

Metrohm: Obrázek 5 - Měření pevných vzorků se obvykle provádí ve vzorkovnicích

• a) Měření pevných vzorků se obvykle provádí ve vzorkovnicích.
• b) Režim měření je známý jako odraz, kdy je vzorek vystaven světlu a rozptýlené odražené světlo je absorbováno.

Postup pro získání NIR spekter, jak je uvedeno v Obrázek 2 již zdůrazňuje dvě hlavní výhody NIR spektroskopie: jednoduchost měření vzorku a rychlost:

• Rychlá technika s výsledky za méně než minutu
• Příprava vzorku je malá až žádná
• Nízké náklady na vzorek – nejsou potřeba žádné chemikálie ani rozpouštědla
• Technika šetrná k životnímu prostředí – nevzniká žádný odpad
• Nedestruktivní – vzácné vzorky lze po analýze znovu použít
• Snadná obsluha – nezkušení uživatelé jsou okamžitě úspěšní

Pro podrobnější informace o NIRS jako sekundární technice si prosím přečtěte naše předchozí příspěvky na blogu.

• Výhody NIRS: Část 1

• Výhody NIRS: Část 2

• Výhody NIRS: Část 3

• Výhody NIRS: Část 4

NIRS jako nástroj vyhovující ASTM pro kontrolu kvality

ASTM E1655 (Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis) je průvodcem pro vícerozměrnou kalibraci infračervených spektrometrů používaných pro stanovení fyzikálních nebo chemických vlastností materiálů. Tyto postupy jsou použitelné pro analýzy prováděné v blízké infračervené (NIR) spektrální oblasti (zhruba 780 až 2500 nm) až po střední infračervenou (MIR) spektrální oblast (zhruba 4000 až 400 cm⁻¹).

Aplikace a parametry pro kontrolu kvality léčivého konopí s NIRS

Léčivé konopné produkty jsou podrobeny standardizovaným testovacím metodám, aby se zjistily jejich chemické vlastnosti. Laboratorní testování je nepostradatelnou součástí výzkumu a vývoje a kontroly kvality. Přehled níže uvádí některé z nejdůležitějších testovacích parametrů pro kontrolu kvality léčivého konopí.

Příklady použití pro použití NIRS pro kontrolu kvality vybraných léčivých konopných produktů.

Produkt CBD oleje

• Parametry: Obsah CBD
• Konvenční metoda: HPLC
• Související aplikace NIRS: Quality Control of CBD oils

Produkt Sušené konopí

• Parametry: Obsah THC, CBD a CBG
• Konvenční metoda: HPLC
• Související aplikace NIRS: Quality control of dried cannabis

Řešení na klíč pro analýzu sušeného konopí

Řešení Metrohm NIRS pro analýzu léčebného konopí přichází s předkalibračními modely připravenými k použití pro stanovení THC, CBD, CBG a dokonce i obsahu vlhkosti na základě více než 700 skutečných produktových spekter (Tabulka 2). Tyto předkalibrace umožňují použití roztoku Metrohm jako validovaný kalibrační model bez jakéhokoli vývoje metody.

Metrohm: Tabulka 2 - Dostupné předkalibrace NIRS pro analýzu léčebného konopí

Obrázek 6 ukazuje výsledky příkladu stanovení obsahu THC, CBD a CBG v léčebném konopí. Odpovídající korelační grafy ukazují, že modely pro tyto tři parametry jsou robustní. Kromě toho jsou hodnoty standardní chyby křížové validace (SECV) blízké standardní chybě kalibrace (SEC) pro každý měřený parametr.

Metrohm: Obrázek 6 - Analýza THC, CBD a CBG sušeného konopí pomocí NIR spektroskopie

Závěr

NIR spektroskopie se výborně hodí pro analýzu několika klíčových kvalitativních parametrů v sušeném konopí. Ve srovnání s primární metodou (HPLC) je čas potřebný na získání výsledku hlavní výhodou NIRS, protože samotné měření se provádí během jedné minuty oproti přibližně 30 minutám u HPLC. Kromě toho se vzorky měřené pomocí NIRS nezničí a nejsou zapotřebí chemická činidla, což šetří ještě více nákladů.

Dalším pozitivním aspektem použití blízké infračervené spektroskopie jako alternativní technologie pro kontrolu kvality léčivého konopí a jeho produktů je snadná manipulace, takže tyto analýzy mohou bez problémů provádět i pracovníci na směny.

Software Vision Air od Metrohm je navíc plně kompatibilní 21 CFR část 11 a pokyny USP <856>.