Von kalt bis heiß: Wie Ethanol-Extraktion funktioniert

Die Extraktion von Wirkstoffen aus der Cannabispflanze ist ein zentraler Schritt bei der Herstellung hochwertiger Cannabisprodukte. Ziel ist es, die wirksamen Bestandteile der Pflanze – vor allem Cannabinoide und Terpene – gezielt zu isolieren und in konzentrierter Form verfügbar zu machen. Dabei spielt die Extraktionsmethode eine zentrale Rolle für die Qualität und Reinheit von Cannabis-Produkten, medizinischen Ölen und anderen therapeutischen Anwendungen. Neben der superkritischen CO₂-Extraktion ist die Ethanol-Extraktion eine der am häufigsten verwendeten und effektivsten Methoden.

Was versteht man unter Ethanol-Extraktion?

Bei der Ethanol-Extraktion wird Ethanol (auch Ethylalkohol) als Lösungsmittel genutzt, um die wertvollen Inhaltsstoffe aus der Cannabispflanze herauszulösen. Ethanol ist besonders geeignet, da es viele bioaktive Substanzen wie Cannabinoide, etwa THC und CBD, Terpene und Flavonoide effektiv extrahiert. Gleichzeitig ist es lebensmitteltauglich, gut verfügbar und verdampft rückstandslos, wodurch keine schädlichen Rückstände im Endprodukt verbleiben. Bei der Extraktion wird hochreines, also in pharmazeutischer oder lebensmittelechter Qualität, verwendet.

Wie bereits im Text „CO₂-Extraktion erklärt: So entsteht hochwertiges medizinisches Cannabis-Öl“ beschrieben, erfordert auch die Ethanol-Extraktion eine sorgfältige Vorbereitung des pflanzlichen Ausgangsmaterials. Dieses wird zunächst schonend getrocknet und anschließend mechanisch zerkleinert, um die Oberfläche zu vergrößern und so die Effizienz der Extraktion zu erhöhen.

Im nächsten Schritt wird hochreines Ethanol als Lösungsmittel eingesetzt. Dieses kann entweder über das Pflanzenmaterial perkoliert (also langsam hindurchgeleitet, ähnlich einem Filterprozess) oder mit diesem in einem Batch-Prozess vermischt werden. Während der Kontaktzeit löst das Ethanol selektiv lipophile und polare Inhaltsstoffe, insbesondere Cannabinoide, Terpene und andere sekundäre Pflanzenstoffe, aus dem Pflanzenmaterial und gehen in die flüssige Phase über.

Nach Abschluss der Extraktion wird das Ethanol durch Verdampfung entfernt, meist unter reduziertem Druck (Vakuum), um thermolabile Verbindungen zu schonen und einen konzentrierten Rohextrakt zu erhalten.

Die Vorteile der Ethanol-Extraktion

Die Ethanol-Extraktion bietet gegenüber anderen Verfahren einige wichtige Vorteile. Zum einen ist Ethanol ein relativ sicheres und ungiftiges Lösungsmittel, das keine gefährlichen Rückstände hinterlässt. Außerdem lässt sich Ethanol in der Regel problemlos zurückgewinnen und mehrfach verwenden, was die Herstellungskosten senkt. Die Extraktion mit Ethanol ist außerdem vielseitig einsetzbar und eignet sich sowohl für kleine als auch für große Produktionsmengen.

Ein weiterer Pluspunkt ist die Möglichkeit, die Extraktion bei verschiedenen Temperaturen durchzuführen. Dies erlaubt es, den Extraktionsprozess an die individuellen Bedürfnisse und das gewünschte Endprodukt anzupassen. Je niedriger die Temperatur, desto selektiver ist die Extraktion, sprich es werden vor allem die gewünschten Wirkstoffe gelöst, während unerwünschte Substanzen wie Chlorophyll, Fette oder Wachse möglichst zurückbleiben.

Die verschiedenen Arten der Ethanol-Extraktion

1. Die kryogene Ethanol-Extraktion

Die kryogene Ethanol-Extraktion ist eine besonders schonende und hochwertige Methode, die vor allem bei der Herstellung medizinischer Cannabisprodukte Anwendung findet. Das Wort „kryogen“ bedeutet „extrem kalt“. Bei diesem Verfahren wird das Ethanol auf Temperaturen zwischen -40 und -80 Grad Celsius heruntergekühlt. Diese extrem niedrigen Temperaturen verändern die Löslichkeit der Substanzen im Ethanol: Während Cannabinoide und Terpene sehr gut gelöst werden, bleiben viele unerwünschte Begleitstoffe wie Chlorophyll, Wachse oder Fette weitgehend ungelöst.

Das Ergebnis ist ein sehr reiner, aromatischer und hochwertiger Extrakt, der kaum nachbearbeitet werden muss. Der gesamte Prozess erfolgt in mehreren aufeinander abgestimmten Schritten, wie oben beschrieben. Die niedrigen Temperaturen ermöglichen den Erhalt empfindlicher Terpene, die sowohl für das charakteristische Aroma als auch für die medizinische Wirksamkeit von Bedeutung sind.

Der Nachteil dieser Methode ist der erhöhte technische Aufwand, da spezielle Kühlgeräte benötigt werden, um das Ethanol auf die erforderliche Temperatur abzukühlen, was auch mit höheren Anschaffungskosten verbunden ist [1, 2].

2. Ethanol-Extraktion bei Raumtemperatur

Eine einfachere und weitverbreitete Variante ist die Ethanol-Extraktion bei Raumtemperatur, also etwa 20 bis 25 Grad Celsius. Hier wird das Ethanol direkt ohne Kühlung auf das Pflanzenmaterial gegeben oder dieses darin eingeweicht. Das Verfahren ist kostengünstig und technisch wenig aufwendig, da nicht wie bei der kryogenen Ethanol-Extraktion teure Kühlgeräte benötigt werden.

Allerdings bringt diese Methode auch einige Nachteile mit sich: Bei Raumtemperatur löst Ethanol nicht nur die gewünschten Cannabinoide und Terpene, sondern auch unerwünschte Begleitstoffe wie Chlorophyll, Fette und Wachse aus dem Pflanzenmaterial. Dies kann dazu führen, dass der Extrakt eine grünliche Färbung annimmt und einen bitteren Geschmack aufweist.

Um solche Verunreinigungen zu entfernen, sind aufwendige Nachbearbeitungsschritte erforderlich, wie zum Beispiel die Winterisierung (eine kontrollierte Abkühlung zur Ausfällung von Wachsen), Filtration und Destillation.

Dennoch eignet sich diese Methode gut für Anwendungen, bei denen höchste Reinheit nicht im Vordergrund steht oder ein bitterer Geschmack akzeptabel ist, etwa für kostengünstige Extrakte, technische Anwendungen oder als Ausgangsstoff für weitere Verarbeitungsschritte [2].

3. Kalt-Ethanol-Extraktion

Als Kompromiss zwischen kryogener und Raumtemperatur-Extraktion wird das Ethanol bei moderaten Minusgraden, etwa zwischen -20 und -40 °C, gekühlt. Diese Abschwächung der Kühlung im Vergleich zur kryogenen Methode erhöht die Selektivität: Weniger unerwünschte Begleitstoffe werden extrahiert, der Geschmack bleibt milder, und die Terpene werden besser bewahrt als bei Raumtemperatur.

Obwohl diese Methode ebenso eine spezielle Kühltechnik erfordert, ist sie weniger aufwendig und kostspielig als die kryogene Variante. Dennoch sind häufig noch Nachbearbeitungsschritte nötig, um Wachse und Chlorophyll zu entfernen [2].

4. Heiß-Ethanol-Extraktion

Ethanol wird gelegentlich auch bei erhöhten Temperaturen von etwa 40 bis 60 Grad Celsius eingesetzt. Dadurch verläuft die Extraktion schneller und oft mit höherer Ausbeute, da Wärme die Löslichkeit vieler Inhaltsstoffe verbessert. Ein Beispiel hierfür ist die industrielle Herstellung von Extrakten, bei denen eine hohe Produktionsgeschwindigkeit im Vordergrund steht.

Allerdings hat diese Methode bedeutende Nachteile: Die Hitze kann empfindliche Terpene zerstören, die für Geschmack und therapeutische Wirkung wichtig sind. Zudem löst warmes Ethanol verstärkt Chlorophyll und andere unerwünschte Stoffe, wodurch der Extrakt häufig unrein wird und eine aufwendige Nachbearbeitung erforderlich ist.

Aus Sicherheitsgründen ist die Heiß-Extraktion wegen der Dampfentwicklung von Ethanol außerdem anspruchsvoller in der Handhabung. Insgesamt eignet sich diese Methode vor allem für industrielle Anwendungen, bei denen Geschwindigkeit wichtiger ist als maximale Reinheit und Aroma [3].

5. Ultraschall-unterstützte Ethanol-Extraktion

Eine moderne Weiterentwicklung der Ethanol-Extraktion kombiniert das Lösungsmittel mit Ultraschalltechnologie. Dabei wird das zerkleinerte Pflanzenmaterial in Ethanol getaucht und gezielt mit Ultraschallwellen beschallt. Die Schallwellen erzeugen Kavitationsblasen, also mikroskopisch kleine Gasbläschen, die in der Flüssigkeit entstehen und bei der Implosion starke mechanische Kräfte freisetzen. Diese zerstören die Zellstrukturen der Pflanze und ermöglichen so ein schnelleres und effizienteres Austreten der Wirkstoffe.

Die Ultraschall-Extraktion kann bei Raumtemperatur oder mit gekühltem Ethanol durchgeführt werden, je nach gewünschter Selektivität und Produktqualität. Sie erhöht sowohl die Extraktionsgeschwindigkeit als auch die Ausbeute, insbesondere bei Cannabinoiden und Terpenen.

Aufgrund der benötigten Ultraschallgeräte und Prozesskontrolle wird diese Methode vor allem in der Forschung, Entwicklung und industriellen Produktion eingesetzt, insbesondere dort, wo Effizienz und standardisierte Ergebnisse gefragt sind [4].

Fazit

Die Ethanol-Extraktion ist eine sehr flexible und bewährte Methode zur Gewinnung von Cannabisextrakten. Die Auswahl der konkreten Variante hängt vom gewünschten Qualitätsniveau, technischen Möglichkeiten und wirtschaftlichen Überlegungen ab. Für höchste Reinheit, den Erhalt empfindlicher Terpene und medizinische Qualität ist die kryogene Ethanol-Extraktion heute die bevorzugte Methode. Für einfachere Produkte können auch Raumtemperatur- oder moderate Kälte-Extraktionen sinnvoll sein.

In jedem Fall ermöglicht die Ethanol-Extraktion eine rückstandsfreie, sichere und vielseitige Gewinnung wertvoller Cannabinoide und Terpene, die für die Wirksamkeit und Qualität von Cannabisprodukten entscheidend sind [5].

Literatur

1. Toloza, H., et al., Solvent extraction of Cannabis sativa under cryogenic conditions. Separation and Purification Technology, 2024. 329: p. 124906.
2. Addo, P.W., et al. Cold Ethanol Extraction of Cannabinoids and Terpenes from Cannabis Using Response Surface Methodology: Optimization and Comparative Study. Molecules, 2022. 27, DOI: 10.3390/molecules27248780.
3. Chacon, F.A.-O., et al., Effect of Hemp Extraction Procedures on Cannabinoid and Terpenoid Composition. LID – 10.3390/plants13162222 [doi] LID – 2222. (2223-7747 (Print)).
4. Casiraghi, A., et al. Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics, 2022. 14, DOI: 10.3390/pharmaceutics14122718.
5. Al Ubeed, H.A.-O., et al., A Comprehensive Review on the Techniques for Extraction of Bioactive Compounds from Medicinal Cannabis. LID – 10.3390/molecules27030604 [doi] LID – 604. (1420-3049 (Electronic)).