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Cannabis e spettroscopia nel vicino infrarosso
La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) è una tecnica analitica veloce con bassi costi di gestione utilizzata per eseguire il controllo qualità (QC) e lo screening del prodotto su vari prodotti a base di cannabis, inclusa la canapa. Può determinare il profilo dei cannabinoidi o anche la potenza dei fiori di cannabis essiccati. NIRS può essere utilizzato anche per il controllo qualità di oli, cere, tinture e altre formulazioni di cannabis.
«Cannabis» è il termine generale che copre un gruppo di tre piante con diverse proprietà psicoattive: Cannabis sativa, Cannabis indica, and Cannabis ruderalis [1]. La pianta di cannabis è stata usata come medicina, cibo e per la sua fibra per migliaia di anni. I fiori e alcune foglie delle piante di cannabis sono ricoperti da minuscole strutture cristalline chiamate «tricomi», e sono queste strutture che sono responsabili della produzione dei cannabinoidi utilizzati in molti altri prodotti.
Quando i fiori di queste piante vengono raccolti ed essiccati, si ottiene una delle droghe più comuni al mondo.
Quali sono i composti di cannabis più importanti e conosciuti?
La cannabis contiene più di 120 composti noti come «cannabinoidi» [1]. Gli effetti di ciascun cannabinoide non sono ancora completamente noti, ma gli esperti ne hanno una discreta comprensione: il cannabidiolo (CBD), il cannabigerolo (CBG) e il tetraidrocannabinolo (THC o Delta-9-THC). Ognuno di loro ha i suoi effetti e usi [1]:
- CBD. Questo è un cannabinoide psicoattivo, ma non è inebriante e non euforico, il che significa che non ti farà "sballare". È spesso usato per aiutare a ridurre l'infiammazione e il dolore. I ricercatori stanno ancora cercando di comprendere appieno l'efficacia dell'uso medico del CBD.
- CBG. Questo cannabinoide è stato isolato per la prima volta nel 1964. La ricerca sul CBG è ancora in fase preclinica, ma gli studi disponibili suggeriscono che ha una notevole promessa terapeutica. Le proprietà del CBG possono superare quelle del THC senza l'effetto inebriante. Ci sono anche prove che suggeriscono che il CBG può offrire qualità antitumorali, antidepressive e antibatteriche.
- THC. Questo è il principale composto psicoattivo nella cannabis. Il THC è responsabile dello «sballo» che la maggior parte delle persone associa alla cannabis.
Legalità della cannabis e della canapa
La cannabis è illegale in molti paesi. Tuttavia, sempre più luoghi stanno iniziando a legalizzarlo per usi medici e ricreativi. La canapa, che in genere ha un basso contenuto di THC, è ancora utilizzata in molti luoghi per la sua fibra per creare prodotti come tessuti, corde e persino plastica biodegradabile.
Anche le leggi relative al possesso e all'uso di cannabis variano da Paese a Paese. Alcuni considerano qualsiasi tipo di possesso di cannabis un reato grave, altri consentono prodotti contenenti solo CBD e pochissimi consentono alle persone di utilizzare prodotti con THC (sia per scopi medici che ricreativi).
Quali prodotti a base di cannabis sono disponibili sul mercato?
La cannabis legale può comparire in un vasto assortimento di prodotti diversi dal tipico fiore essiccato o dalla cera che viene fumata o altrimenti ingerita. Sono disponibili diverse opzioni, a seconda del paese in cui vivi e della legalità dei diversi composti di cannabidiolo. L'elenco seguente (non completo) [2] mostra come il mercato dei prodotti a base di cannabis si sia evoluto negli ultimi dieci anni man mano che è diventato più accettato in vari luoghi.
- Oli di cannabis
- Prodotti di bellezza e cura della pelle alla cannabis
- Commestibili alla cannabis (ad es. bevande, cioccolatini, caramelle gommose e altri snack)
- Capsule di cannabis
- Delizie per cani alla cannabis
Essiccazione, stagionatura e lavorazione della cannabis
L'essiccazione e la stagionatura sono importanti per elaborare con successo le piante di cannabis dopo la raccolta per ottenere prodotti finali come oli di cannabis, capsule di cannabis, ecc. Il materiale vegetale deve essere asciugato immediatamente dopo la raccolta per evitare il deterioramento. La maggior parte dell'umidità dovrebbe essere rimossa entro i primi tre giorni, quindi rallentata per evitare che si secchi nei giorni successivi [3]. Il processo di stagionatura è un'estensione dell'essiccazione, ma in un ambiente alterato per facilitare i processi vegetali per un periodo di settimane. La cannabis essiccata viene posta in contenitori ermetici aperti solo periodicamente. Questo estrae l'umidità dall'interno dei boccioli dei fiori, migliorandone la qualità e la potenza [3]. Dopo la stagionatura, la cannabis è pronta per essere trasformata nel suo prodotto finale.
Uno di questi prodotti, l'olio di CBD, è ottenuto mediante estrazione dal fiore di cannabis essiccato e quindi diluendolo con un olio vettore (ad esempio, olio di cocco o di semi di canapa, Figura 1). Sono disponibili due opzioni adatte per il processo di estrazione: estrazione con etanolo o estrazione con CO2 supercritica.
Per produrre capsule o compresse di cannabis, la cannabis essiccata deve essere riscaldata per 10 minuti a 99–104°C. Questo decarbossila la materia vegetale grezza e la rende più potente.
Per esaminare questi processi, Metrohm offre soluzioni applicative per i materiali vegetali macinati come test delle materie prime e per gli oli. La spettroscopia NIR è una tecnica analitica particolarmente adatta per rendere il controllo della qualità di questi prodotti più efficiente ed economico.
Nel resto di questo articolo, viene presentata una breve panoramica di NIRS seguita da un esempio di applicazione per l'industria della cannabis medicinale, concludendo con come i produttori di cannabis medicinale possono trarre vantaggio da NIRS nel loro processo di controllo qualità.
Tecnologia NIRS: una breve panoramica
L'interazione tra luce e materia è un processo ben noto. La luce utilizzata nei metodi spettroscopici in genere non è descritta dall'energia applicata, ma in molti casi dalla lunghezza d'onda o dai numeri d'onda.
Uno spettrometro NIR (come il Metrohm DS2500 Liquid Analyzer o il Metrohm DS2500 Solid Analyzer) misura questa interazione per generare spettri come quelli visualizzati nella Figura 2. NIRS è particolarmente sensibile alla presenza di determinati gruppi funzionali (ad esempio, -CH, - NH, -OH e -SH). Pertanto, la spettroscopia NIR è un metodo ideale per quantificare i parametri chimici tra cui la quantità di THC, CBD, CBG e il contenuto di acqua (umidità) nella cannabis e nei suoi prodotti finali.
Tutte queste informazioni sono contenute in un unico spettro NIR, rendendo questo metodo adatto per analisi multiparametriche rapide.
Modalità di misurazione NIRS
La modalità di misurazione dipende dal tipo di campione. La modalità di trasmissione è generalmente una procedura appropriata per l'analisi di liquidi come gli oli di cannabis. Per la trasmissione (Figura 3b), la luce NIR viaggerà attraverso il campione mentre viene assorbita. Qualsiasi luce NIR non assorbita si riflette sul rivelatore.
La modalità di trasflessione è generalmente una procedura appropriata per l'analisi delle creme. Questa modalità viene utilizzata anche quando sono disponibili solo quantità di campione molto piccole, come nel caso della cannabis. Per la trasflessione (Figura 4b), la luce NIR passa attraverso il campione, quindi riflessa dal riflettore diffuso viaggia di nuovo attraverso il campione mentre viene assorbita. La luce NIR non assorbita viene quindi rilevata al termine dell'analisi.
La modalità di riflessione diffusa è generalmente una procedura appropriata per l'analisi di campioni solidi come i fiori di cannabis essiccati. Per la riflessione diffusa (Figura 5b), la luce NIR illumina il campione e qualsiasi luce NIR non assorbita si riflette sul rivelatore.
La procedura per ottenere gli spettri NIR, come mostrato nella Figura 2, evidenzia già due vantaggi principali della spettroscopia NIR: semplicità per quanto riguarda la misurazione del campione e la velocità:
- Tecnica veloce con risultati in meno di un minuto.
- È richiesta una preparazione del campione minima o nulla.
- Basso costo per campione: non sono necessari prodotti chimici o solventi.
- Tecnica rispettosa dell'ambiente: nessun rifiuto generato.
- Non distruttivo: i campioni preziosi possono essere riutilizzati dopo l'analisi.
- Facile da usare: gli utenti inesperti hanno immediatamente successo.
Per informazioni più dettagliate su NIRS come tecnica secondaria, leggi i nostri precedenti post sul blog.
NIRS come strumento conforme ASTM per il controllo di qualità
ASTM E1655 (Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis) è una guida per la calibrazione multivariata degli spettrometri a infrarossi utilizzati per determinare le caratteristiche fisiche o chimiche dei materiali. Queste pratiche sono applicabili alle analisi condotte nella regione spettrale del vicino infrarosso (NIR) (da circa 780 a 2500 nm) attraverso la regione spettrale del medio infrarosso (MIR) (da circa 4000 a 400 cm−1).
Applicazioni e parametri per il controllo qualità della cannabis medicinale con NIRS
I prodotti a base di cannabis medicinale sono sottoposti a metodi di prova standardizzati per determinarne le proprietà chimiche. I test di laboratorio sono una parte indispensabile della ricerca e sviluppo e del controllo di qualità. La Tabella 1 delinea alcuni dei parametri di prova più rilevanti per il controllo qualità della cannabis medicinale.
Tabella 1. Esempi di applicazione per l'uso di NIRS per il controllo qualità di prodotti selezionati a base di cannabis medicinale.
| Prodotto | Parametri | Metodo convenzionale | Applicazioni NIRS correlate |
|---|---|---|---|
| Oli di CBD | Contenuto di CBD | HPLC | AN-NIR-088 |
| Cannabis essiccata | Contenuto di THC, CBD e CBG | HPLC | AN-NIR-101 |
Una soluzione chiavi in mano per l'analisi della cannabis essiccata
La soluzione Metrohm NIRS per l'analisi della cannabis medicinale viene fornita con modelli di precalibrazione pronti all'uso per la determinazione di THC, CBD, CBG e persino del contenuto di umidità sulla base di oltre 700 spettri di prodotti reali (Tabella 2). Queste pre-calibrazioni consentono di utilizzare la soluzione Metrohm come modello di calibrazione convalidato senza alcuno sviluppo del metodo.
Tabella 2. Pre-calibrazioni NIRS disponibili per l'analisi della cannabis medicinale.
| Parametro | Range | SECV | R2 |
|---|---|---|---|
| THC | 0.3–19.3% | 0.73 wt% | 0.979 |
| CBD | 0.1–18.5% | 0.75 wt% | 0.978 |
| CBG | 0.1–3.0% | 0.17 wt% | 0.849 |
| Umidità | 5.4–7.5% | 0.21 wt% | 0.953 |
La Figura 6 mostra i risultati di un esempio di determinazione del contenuto di THC, CBD e CBG nella cannabis medicinale. I corrispondenti grafici di correlazione mostrano che i modelli per questi tre parametri sono robusti. Inoltre, i valori dell'errore standard di convalida incrociata (SECV) sono vicini all'errore standard di calibrazione (SEC) per ciascun parametro misurato.
Riassunto
La spettroscopia NIR è particolarmente adatta per l'analisi di diversi parametri di qualità chiave nella cannabis essiccata. Rispetto al metodo primario (HPLC), il tempo necessario per ottenere il risultato è un grande vantaggio di NIRS poiché una singola misurazione viene eseguita entro un minuto rispetto a circa 30 minuti con HPLC. Inoltre, i campioni misurati con NIRS non vengono distrutti e i reagenti chimici non sono necessari, risparmiando ancora di più sui costi. Un altro aspetto positivo dell'utilizzo della spettroscopia nel vicino infrarosso come tecnologia alternativa per il controllo qualità della cannabis medicinale e dei suoi prodotti è la facilità di manipolazione in modo che anche i turnisti possano eseguire queste analisi senza problemi. Inoltre, il software Vision Air di Metrohm è completamente conforme alle linee guida 21 CFR Part 11 e USP <856>.
Referimenti
- What Is Cannabis? Facts About Its Components, Effects, and Hazards. Healthline. https://www.healthline.com/health/what-is-cannabis (accessed 2022-07-14).
- Fiorillo, S. 7 Cannabis Products On the Rise. TheStreet. https://www.thestreet.com/lifestyle/5-cannabis-products-on-rise-14578907 (accessed 2022-07-14).
- dhydratech. Cannabis Drying & Curing 101. Dhydra Technologies. https://dhydra.com/cannabis-drying/ (accessed 2022-07-14).
La tua conoscenza "take-aways"
Aumenta l'efficienza nel laboratorio di controllo qualità: in che modo NIRS aiuta a ridurre i costi fino al 90%
La sottovalutazione dei processi di controllo qualità è uno dei principali fattori che portano al fallimento del prodotto interno ed esterno, che è stato segnalato per causare una perdita di fatturato tra il 10 e il 30%. Di conseguenza, vengono messe in atto molte norme diverse per supportare i produttori in questo. Tuttavia, il tempo necessario per ottenere risultati e i costi associati per le sostanze chimiche possono essere piuttosto eccessivi, portando molte aziende a implementare la spettroscopia nel vicino infrarosso nel loro processo di controllo qualità. Il seguente white paper illustra il potenziale di NIRS e mostra potenziali di risparmio sui costi fino al 90%.
