Understanding cannabinoid profile variation: from cannabis extraction to final medicinal product.

• Type: Thesis
• Date: 2025-11-21

Authors

Ana Rita de Jesus Ribeiro Fortes Morais (Author) FMUP

Thesis

Understanding cannabinoid profile variation: from cannabis extraction to final medicinal product.

Master's Degree

Dissertation

Scientific classification

FOS: Natural sciences > Chemical sciences

Associated Institutions

CESPU - Cooperativa de Ensino Superior Politécnico e Universitário, CRL

Other information

Resumo (PT): As plantas da espécie Cannabis sp. contêm centenas de compostos químicos, incluindo fitocanabinoides, terpenoides e flavonoides. Os canabinoides de maior interesse medicinal são o Δ9-tetrahidrocanabinol (Δ9-THC) e o canabidiol (CBD), os quais estão presentes na planta nas suas formas ácidas. A caracterização do perfil de canabinoides em cultivares, amostras biológicas e produtos à base de canábis, através da utilização de metodologias analíticas precisas e rápidas, é fulcral não apenas na indústria farmacêutica, como também no domínio forense, especialmente devido às limitações legais relativas aos canabinoides. No âmbito da toxicologia forense, que auxilia nas questões judiciárias e judiciais através da deteção do uso de substâncias ilícitas, o canabinoide Δ9-THC é uma das substâncias psicoativas mais controladas a nível mundial. Esta dissertação pretendeu compreender o processamento da canábis, começando com a pulverização das flores secas e culminando na preparação de extratos finais adequados para integração em produtos de canábis medicinal. O foco principal foi a investigação do protocolo utilizado pela empresa farmacêutica Avextra para cultivares de canábis com predominância de Δ9-THC, em pequena escala. Especificamente, o trabalho teve como objetivo identificar e avaliar os fatores que influenciam a pulverização, extração, descarboxilação e o refinamento do extrato de canábis através da winterização e da descoloração utilizando carvão ativado. Para este propósito, foram otimizados e validados dois métodos analíticos de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) acoplada à deteção por matriz de díodos (DAD). Para caracterizar o perfil de canabinoides na flor, foi otimizada uma corrida de HPLC de 30 minutos para quantificar 14 canabinoides. Um segundo método, mais rápido (12 minutos), foi desenvolvido para avaliar apenas três variações de canabinoides ao longo do processamento da amostra: ácido Δ9-tetrahidrocanabinólico (THCA), Δ9-THC e canabinol (CBN). Adicionalmente, foi também desenvolvido um método de extração rápido que combina pulverização (3 minutos) e extração (10 minutos) num único recipiente e equipamento (moinho de bolas) para facilitar as medições analíticas. As condições de descarboxilação finais estabelecidas foram 120 °C durante 60 minutos, resultando numa formação mínima de CBN (0.13 ± 0.01%) para cultivares com 16% (m/m) de THCA. A extração final por Soxhlet foi realizada a 125 °C durante 2 horas a partir de 1.0 g de flor pulverizada. O processo de refinamento, que incluiu a winterização (-80 °C durante 24 horas) e o tratamento com carvão ativado (50% à temperatura ambiente durante 1 hora), permitiu remover com sucesso compostos lipossolúveis e pigmentos indesejáveis do extrato. Futuramente, a aplicabilidade das variáveis estudadas que afetam os processos de extração e o refinamento de canábis deve ser avaliada em larga escala, com o objetivo de aperfeiçoar o processo industrial. Adicionalmente, o método rápido de preparação de amostras e a metodologia analítica de HPLC-UV desenvolvida para a quantificação de canabinoides podem ser úteis para uma rápida análise de amostras ilícitas em laboratórios forenses.

Abstract (EN): Cannabis sp. plants contain hundreds of chemical compounds, including phytocannabinoids, terpenoids, and flavonoids. The cannabinoids of greatest medicinal interest are Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC) and cannabidiol (CBD), which are present in the plant in their acid forms. Profiling cannabinoids in plant material, biological samples, and cannabis-based products using accurate and rapid analytical methods is essential not only in the pharmaceutical industry but also in the forensic field, particularly due to legal limits on cannabinoids. In forensic toxicology, which supports judicial contexts by detecting illicit substance use, Δ9-THC is among the most regulated psychoactive substances globally. This dissertation tracked the processing of cannabis, beginning with the pulverisation of dry flowers and culminating in the preparation of final extracts suitable for integration into medicinal cannabis products. The primary focus was on investigating the protocol used by the pharmaceutical company Avextra for THC-dominant cannabis cultivars on a small scale. Specifically, it aimed to identify and assess the factors influencing cannabis pulverisation, extraction, decarboxylation, and extract refinement through winterization and decolourisation using activated charcoal. For this purpose, two analytical high-performance liquid chromatography (HPLC) methods coupled with diode array detection (DAD) were optimised and validated. To characterise the cannabinoid profile of the flower, a 30-minute HPLC run was optimised to quantify 14 potential cannabinoids. A second, faster method (12 minutes) was developed to assess only three targeted cannabinoid variations throughout sample processing: Δ9-tetrahydrocannabinolic acid (THCA), Δ9-THC, and cannabinol (CBN). Additionally, a rapid extraction method that combines both pulverisation (3 minutes) and extraction (10 minutes) in a single vessel and piece of equipment (ball mill) was also developed to facilitate analytical measurements. The final decarboxylation conditions established were 120 °C for 60 minutes, resulting in minimal CBN formation (0.13 ± 0.01%) for cultivars with 16% (w/w) THCA. Final Soxhlet extraction was performed at 125 °C for 2 hours on 1.0 g of ground plant material. The refinement process, including winterization (-80 °C for 24 hours) and activated charcoal treatment (50% at room temperature for 1 hour), successfully removed undesirable waxes and pigments from the extract. In the future, this study on the variables affecting the various processes of cannabis extraction and refinement of the extract should be evaluated for application in scaled-up environments to potentially enhance the industrial process. Furthermore, the rapid cannabis sample preparation and the HPLC-UV method developed for quantifying cannabinoids can be helpful for screening illicit flower samples in forensic laboratories.

Language: English

No. of pages: 141