KJ i badania przesiewowe leczniczych konopi indyjskich za pomocą spektroskopii NIR

Jakie są najważniejsze i najbardziej znane związki konopi indyjskich?

Konopie indyjskie zawierają ponad 120 związków znanych jako "kannabinoidy"  [1]. Działanie każdego kannabinoidu nie jest jeszcze całkowicie znane, ale eksperci posiadają dużą wiedzę dotyczącą: kannabidiolu (CBD), kannabigerolu (CBG) i tetrahydrokannabinolu (THC lub Delta-9-THC). Każdy z nich charakteryzuje się specyficznym działaniem i zastosowaniem [1]:

• CBD. Jest to psychoaktywny kannabinoid, który nie jest odurzający i nie posiada właściwości euforycznych, co oznacza, że nie doprowadzi cię do potocznie zwanego stanu - "haju". Jest często stosowany w celu zmniejszenia stanów zapalnych i dolegliwości bólowych. Naukowcy wciąż próbują w pełni zrozumieć skuteczność medycznego działania CBD.
• CBG. Ten kannabinoid został po raz pierwszy wyizolowany w 1964 roku. Badania nad CBG są nadal na etapie przedklinicznym, ale wstępne dane sugerują, że może mieć zastosowanie terapeutyczne. Właściwości CBG mogą przewyższać właściwości THC bez efektu odurzającego. Istnieją również dowody wskazujące na to, że CBG mogą mieć działanie przeciwnowotworowe, przeciwdepresyjne i przeciwbakteryjne..
• THC. Jest to główny związek psychoaktywny w konopiach indyjskich. THC jest odpowiedzialny za stan "haju", który większość ludzi kojarzy z konopiami indyjskimi.

Legalność konopi indyjskich i konopi

Konopie indyjskie są nielegalne w wielu krajach. Jednak coraz więcej państw zaczyna je legalizować zarówno do celów medycznych, jak i rekreacyjnych. Konopie, które zazwyczaj mają niską zawartość THC, są również używane, ze względu na swoje włókno, w wielu miejscach do tworzenia produktów tekstylnych a nawet biodegradowalnych tworzyw sztucznych.

Przepisy dotyczące posiadania i używania konopi indyjskich również różnią się w zależności od kraju. Niektórzy uważają każdy rodzaj posiadania konopi indyjskich za poważne przestępstwo, inni zezwalają swoim obywatelom na korzystanie z produktów zawierających tylko CBD. Niewiele państw pozwala ludziom używać preparatów konopnych z THC (zarówno do celów medycznych, jak i rekreacyjnych).

Jakie produkty z konopi indyjskich są dostępne na rynku?

Legalna marihuana może pojawić się w szerokim asortymencie produktów innych niż typowy suszony kwiat lub wosk, który się pali. Dostępnych jest kilka opcji, w zależności od kraju,
w którym mieszkasz i legalności różnych związków kannabinoidowych. Poniższa lista (niepełna) [2] przedstawia, jak rynek produktów z konopi indyjskich ewoluował w ciągu ostatniej dekady, gdyż staje się bardziej akceptowany w różnych miejscach.

Jeden z takich produktów, olej CBD, jest wytwarzany przez ekstrakcję z suszonego kwiatu konopi indyjskich, a następnie rozcieńczenie go olejem nośnikowym (np. olejem kokosowy lub olejem z nasion konopi, (Rysunek 1). Dostępne są dwie odpowiednie techniki procesu ekstrakcji: ekstrakcja etanolem lub ekstrakcja nadkrytycznym CO₂.

Aby wyprodukować kapsułki lub tabletki konopi indyjskich, suszoną marihuanę należy podgrzewać przez 10 minut w temperaturze 99-104 °C.  Spowoduje to dekarboksylację surowca roślinnego i zwiększenie jego mocy.

W celu dokładnej analizy tych procesów, Metrohm oferuje rozwiązania aplikacyjne dla zmielonych materiałów roślinnych jako testy surowców i olejów. Spektroskopia NIR jest techniką analityczną, która jest szczególnie korzystna do zwiększenia wydajności i opłacalności kontroli jakości tych produktów.

W dalszej części tego artykułu przedstawiono krótki przegląd spektrometrów NIR, a następnie przykłady zastosowania dla przemysłu leczniczej marihuany, kończąc na tym, w jaki sposób producenci marihuany medycznej mogą czerpać zyski wykorzystując NIRS w swoim procesie kontroli jakości.

Technologia NIRS – krótki przegląd

Interakcja między światłem a materią jest dobrze znanym procesem. Światło stosowane w metodach spektroskopowych zazwyczaj nie jest opisywane jako przyłożona energia, ale w wielu przypadkach przez długość fali lub liczby falowe.

Spektrometr NIR (taki jak Metrohm DS2500 Liquid Analyzer lub Metrohm DS2500 Solid Analyzer) mierzy to oddziaływanie w celu wygenerowania widm, takich jak te pokazane na Rysunek 2. NIRS jest szczególnie wrażliwy na obecność pewnych grup funkcyjnych (np. -CH, -NH, -OH i -SH). Dlatego spektroskopia NIR jest idealną metodą ilościowego określania parametrów chemicznych, w tym ilości THC, CBD, CBG i zawartości wody (wilgoci) w konopiach indyjskich i ich produktach końcowych.

Wszystkie te informacje są zawarte w jednym widmie spektralnym NIR, dzięki czemu ta metoda nadaje się do szybkiej, wieloparametrowej analizy.

Tryby pomiarowe NIRS

Tryb pomiarowy jest zależny od rodzaju próbki. Tryb transmisji jest na ogół odpowiednią procedurą do analizy cieczy, takich jak olejki z konopi. W przypadku transmisji (Rysunek 3b), światło NIR przechodzi przez próbkę i jest absorbowane. Każde niezaabsorbowane światło NIR odbija się do detektora. 

Tryb transflekcji jest na ogół odpowiednią procedurą analizy kremów (forlumacji fluidowych). Ten tryb jest również stosowany, gdy dostępne są tylko niewielkie ilości próbek, tak jak w przypadku marihuany. Podczas transflekcji (Rysunek 4b), promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni przechodzi przez próbkę, a następnie jest odbijane przez zwierciadło, aby ponownie przemieszczać się przez próbkę. Część promieniowania jest absorbowana, a niezabsorbowane światło trafia do detektora umożliwiając oznaczenie ilościowe.

Tryb odbicia rozproszonego jest na ogół odpowiednią procedurą do analizy próbek stałych, takich jak suszony kwiat konopi. W przypadku odbicia rozproszonego (Rysunek 5B), fale świetlne z zakresu biskiej podczerwieni padają na  próbkę, a wszelkie niewchłonięte promieniowanie   trafia  z powrotem do detektora.

Procedura uzyskiwania widm NIR, jak pokazano na Rysunku 2, podkreśla już dwie główne zalety spektroskopii NIR: prostotę pomiaru próbki i prędkość:

• Szybka technika z wynikami w mniej niż minutę
• Nie jest wymagane przygotowanie próbki
• Niski koszt w przeliczeniu na jedną próbkę – bez użycia drogich odczynników chemicznych i rozpuszczalników
• Technika przyjazna dla środowiska – brak powstawania odpadów
• Nieniszcząca – cenne i w niewielkich ilościach próbki mogą być ponownie wykorzystane po analizie
• Łatwy w obsłudze – niedoświadczeni użytkownicy od razu otrzymują wiarygodne wyniki

Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat spektroskopii NIR jako techniki drugorzędnej, przeczytaj nasze poprzednie posty na blogu:

Benefits of NIRS: Part 1

Benefits of NIRS: Part 2

Benefits of NIRS: Part 3

Benefits of NIRS: Part 4

NIRS jako narzędzie zgodne z normami ASTM dla KJ

ASTM E1655 (Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis) to przewodnik po wielowymiarowej kalibracji spektrometrów w podczerwieni stosowanych do określania właściwości fizycznych lub chemicznych materiałów. Praktyki te mają zastosowanie do analiz przeprowadzanych w obszarze spektralnym bliskiej podczerwieni (NIR) (około 780 do 2500 nm) przez obszar widmowy średniej podczerwieni (MIR) (około 4000 do 400 cm⁻¹).

Apliakcje i parametry dla KJ marihuany leczniczej z NIRS

Lecznicze produkty z konopi indyjskich są poddawane standaryzowanym metodom testowym w celu określenia ich właściwości chemicznych. Analizy są nieodzowną częścią badań w laboratoriach badawczo-rozwojowych i kontroli jakości. Tabela 1 przedstawia niektóre z najbardziej istotnych parametrów testowych podczas kontroli jakości medycznej marihuany.

Gotowe rozwiązanie do analizy suszonych konopi indyjskich

Rozwiązanie Metrohm NIRS do analizy medycznej marihuany jest dostarczane z gotowymi do użycia modelami wstępnej kalibracji do oznaczania THC, CBD, CBG, a nawet zawartości wilgoci w oparciu o ponad 700 rzeczywistych widm produktu (Tabela 2). Te wstępne kalibracje pozwalają na stosowanie roztworu Metrohm jako zwalidowanego modelu kalibracji bez konieczności opracowywania metody.

Rysunek 6 pokazuje wyniki przykładu oznaczania zawartości THC, CBD i CBG w marihuanie leczniczej. Odpowiednie wykresy korelacji pokazują, że modele dla tych trzech parametrów są solidne stworzone. Ponadto wartości standardowych błędów walidacji krzyżowej (SECV) są zbliżone do standardowego błędu kalibracji (SEC) dla każdego mierzonego parametru.

Podsumowanie

Spektroskopia NIR doskonale nadaje się do analizy kilku kluczowych parametrów jakościowych w suszonych konopiach indyjskich. W porównaniu z metodą podstawową (HPLC), czas do uzyskania wyniku jest główną zaletą NIRS, ponieważ pojedynczy pomiar jest wykonywany w ciągu jednej minuty w porównaniu z około 30 minutami z HPLC. Ponadto próbki mierzone za pomocą NIRS nie są niszczone, a odczynniki chemiczne nie są potrzebne – oszczędzając jeszcze więcej kosztów. Innym pozytywnym aspektem stosowania spektroskopii w bliskiej podczerwieni jako alternatywnej technologii dla kontroli jakości marihuany leczniczej i jej produktów jest łatwość obsługi, dzięki czemu nawet pracownicy zmianowi mogą wykonywać te analizy bez problemu. Ponadto oprogramowanie Vision Air firmy Metrohm jest w pełni zgodne z wytycznymi 21 CFR Part 11 i wytycznymi USP <856>.

Bibliografia

1. What Is Cannabis? Facts About Its Components, Effects, and Hazards. Healthline. https://www.healthline.com/health/what-is-cannabis (accessed 2022-07-14).
2. Fiorillo, S. 7 Cannabis Products On the Rise. TheStreet. https://www.thestreet.com/lifestyle/5-cannabis-products-on-rise-14578907 (accessed 2022-07-14).
3. dhydratech. Cannabis Drying & Curing 101. Dhydra Technologies. https://dhydra.com/cannabis-drying/ (accessed 2022-07-14).

Dodatkowa wiedza

Pre-Calibrations for Cannabis Testing

Quality Control of CBD oils – Fast and easy determination of cannabinoid content

Quality control of dried cannabis – Chemical-free potency testing within one minute with NIRS

Metrohm DS2500 Analyzers