Cannabis fermentieren

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Cannabis fermentieren: Der neue Weg zur Hanfverarbeitung?

Seit Jahrtausenden verwendet der Mensch Hefe zum Backen und Brauen. Während der Fermentation produziert die Hefe Kohlendioxid und Alkohol. Der Chemieingenieur der UC Berkeley (USA), Jay Keasling, beschrieb jetzt eine neue Technik mittels Fermentieren, um Cannabinoide produzieren.

Das Hauptziel von Keaslings Forschung war es, die Cannabispflanze in ihre chemischen Bestandteile zu zerlegen und ihre Verbindungen zu ergründen, um ihr wahres Potenzial besser zu verstehen. Keasling und seine Kollegen fanden jedoch mehrere Gene, die in der Hefe Saccharomyces cerevisiae vorkommen. Das ist Hefeart, mit der Bier-Brauer Zucker in Alkohol umwandeln und Galaktose in inaktive Formen von THC und CBD verändern.

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Durch die Einführung von fünf Bakterienarten aus der Cannabispflanze und 16 genetischen Veränderungen an der Hefe, konnten sie die zuckerliebende Hefe in eine Cannabinoidfabrik verwandeln. Vereinfacht ausgedrückt, nahmen die Forscher die Gene in Cannabis, die für die Herstellung von Cannabinoiden verantwortlich sind, und legten sie in Hefe. Die Hefe produziert CBGA, ein Cannabinoid, das je nach Enzym zu THCA oder CBDA wird. Das ist der gleiche Prozess, der in der Cannabispflanze selbst geschieht. „CBGA ist diese Art von zentralem Cannabinoid, das die Mutter aller anderen Cannabinoide ist“, schreibt Keaslin.

CBDA und THCA sind die inaktiven Formen der Verbindung, werden aber leicht in CBD oder THC unter Anwendung von Wärme in einem Prozess umgewandelt, der als Decarboxylierung bezeichnet wird. Insgesamt produzierte das Team etwa 8 Milligramm pro Liter THC und etwas weniger CBD.

Gibt es zukünftig gebrautes Cannabis?

Bedeutet es, dass es bald eine Reihe von Cannabis-Brauereien geben wird, die aus Hefefabriken in den USA und darüber hinaus gepumpt werden? Nicht unbedingt.

Jason Poulos, Geschäftsführer von Librede, einem Unternehmen in Carlsbad, CA, dass das erste Patent auf ein Verfahren zur Herstellung von Cannabinoiden aus Zucker in Hefe besitzt, behauptet, dass die Erträge um das Hundertfache steigen müssten, damit die Kosten mit herkömmlichen, pflanzlichen Extraktionsmethoden konkurrenzfähig sind. Hierbei geht es nicht um die Herstellung in Deutschland, sondern in den USA.

Alternative Wege zur Cannabisherstellung

Wenn es richtig gemacht wird, gibt es keinen Zweifel daran, dass Hefe die Zukunft der Cannabinoidproduktion sein könnte. Forscher und Cannabisunternehmen sind daran interessiert, alternative Wege zur Herstellung von Cannabinoiden zu finden, denn die Gewinnung bestimmter Cannabinoide aus der Pflanze kann kompliziert und ineffizient sein.

Die Idee ist, dass dieser Fermentationsprozess es den Cannabisherstellern letztendlich ermöglichen könnte, THC, CBD und andere spezifische Cannabinoide direkter, effizienter und kostengünstiger zu produzieren als traditionelle pflanzliche Extraktionsmethoden. Und während die Forschung noch in den Kinderschuhen steckt, sind die wirtschaftlichen Kräfte vorhanden, damit sie das möglich machen können.

„Für den Verbraucher wären die Vorteile, hochwertiges & kostengünstiges CBD und THC zu erhalten. Man bekommt aus der Hefe genau das, was man will“, sagt Keasling. „Es ist eine sicherere, umweltfreundlichere Art, Cannabinoide herzustellen.“

Es gibt einige offensichtliche Vorteile bei der Anwendung dieser Technologie zur Herstellung von Cannabinoiden. Es ist nicht notwendig, einen riesigen Wachstumsbetrieb aufrechtzuerhalten, von dem viele heute immer teurere Immobilien in ehemaligen Lagerbezirken in Großstädten belegen. Das bedeutet auch niedrigere Strom- und Arbeitskosten, ganz zu schweigen von der Reduzierung des CO2-Fußabdrucks.

Im Labor erzeugtes Cannabis wäre theoretisch 99,9% rein und 100% konsistent in der Qualität. Wir sollten betonen, dass sich diese neue Generation von biosynthetischem Cannabis von dem synthetischen Marihuana unterscheidet, das sich im Laufe der Jahre zu Recht einen schlechten Ruf erworben hat. Während erstere gentechnisch veränderte Organismen als biologische Fabrik verwenden werden, ist das Endprodukt ganz natürlich.

Erwarten Sie dennoch nicht, dass Ihre nächste Schale bunter Bonbons in einem Labor hergestellt wird. Die Cannabisforschung zur Herstellung von Cannabinoiden in einem Labor befindet sich noch in der Forschungsphase, so dass Unternehmen noch nicht in der Lage sind, reines CBD oder THC aus der Fermentierung im Maßstab oder zu einem wettbewerbsfähigen Preis anzubieten.

Pflanzenextrakte sind heute immer noch mindestens fünfmal billiger als die geschätzten 1.000 Dollar pro Kilogramm für biosynthetisches Cannabis. Aber es wird nicht so lange dauern, wie z.B. zum Mars zu kommen. Experten gehen davon aus, dass biosynthetisches Marihuana innerhalb der nächsten zwei Jahre marktreif sein wird.

Große Konkurrenz für biosynthetisches Marihuana

Es gibt einige Start-ups  in diesem Bereich. Hyasynth aus Montreal hatte weniger als 1 Million Dollar an Finanzmitteln, als wir sie im April 2018 entdeckten. Im Handumdrehen hat das fünfjährige Unternehmen 11,6 Millionen Dollar für die Weiterentwicklung seines hefebasierten Fermentationsverfahrens zur Herstellung von Cannabinoiden gesammelt. Unterdessen wurde 2015 ein Startup namens Demetrix in San Francisco gegründet, um die Cannabisforschung der University of California, Berkeley, zu kommerzialisieren. Sie hat bisher 11 Millionen Dollar gesammelt.

Hyasynth und Demetrix gehörten zu den ersten Unternehmen, die versuchten, die Technologie zu kommerzialisieren, aber sie sind heutzutage bei weitem nicht mehr allein. SynBioBeta, eine Netzwerk- und Nachrichten-Website mit Schwerpunkt Synthetische Biologie, hat kürzlich einen Sonderbericht über die Cannabinoid-Fermentation veröffentlicht, in dem mehr als 20 Unternehmen und Kooperationen identifiziert wurden.

Alternative Cannabis Fermentation

Die neuen „grüne Deals“

An der Spitze der Liste steht der 300 Millionen Dollar Deal zwischen Amyris (AMRS), einem Unternehmen für synthetische Biologie, das biosynthetische Süßstoffe und Cremes herstellt (und sich einst mit Biokraftstoffen beschäftigt hat), und einem neuen Cannabis-Startup mit einigen scheinbar tiefen Taschen namens LAVVAN. Amyris wird sich um den wissenschaftlichen Teil der Sache kümmern, während LAVVAN die geschäftliche Seite des Unternehmens leitet.

Alles, was wir wirklich über letzteres wissen, ist, dass es von „Führern der Cannabis-, Lebensmittel- und Getränke- sowie der Pharmaindustrie“ geleitet wird, darunter der ehemalige CEO von Saks und eine weitere Führungskraft von L’Oréal Luxe. Ein weiteres kämpfendes börsennotiertes Unternehmen für synthetische Biologie, Intrexon (XON), scheint sich ebenfalls für seine Rettung in Richtung Cannabis zu drehen (vielleicht waren die Margen beim Verkauf von Apfelscheiben ja gar nicht so hoch).

Das Unternehmen kündigte letzten Monat an, dass es mit Surterra Wellness, einem der am besten finanzierten Cannabis-Startups, bei einem 100-Millionen-Dollar-Deal zur Vermarktung von Hefe-fermentierten Cannabinoiden zusammenarbeiten wird. Abgerundet wird das Mega-Marihuana-Geschäft durch eine Vereinbarung zwischen der Cronos Group (CRON) und dem Startup-Unternehmen unicorn Ginkgo Bioworks im Wert von 122 Millionen US-Dollar. Letzteres wird seine automatisierte Plattform für das Design von Organismen nutzen, um Hefe zu modifizieren, um Cannabinoide in pharmazeutischer Qualität herzustellen.

Die Börse und das biosynthetische Marihuana

Letzten Monat haben wir einen tiefen Einblick in die Canadian Securities Exchange (CSE) gegeben, eine alternative Börse in Kanada, die von Cannabisunternehmen dominiert wird. So ist es nicht verwunderlich, dass wir auf Willow Biosciences (WLLW) stoßen würden, ein Startup mit Sitz in Calgary, das angeblich das erste kanadische biosynthetische Cannabinoid-Unternehmen ist, das an die Börse geht. Gegründet 2019, trat sie bereits im April in die CSE ein und sammelte schnell 30 Millionen Dollar.

Es gibt jedoch ein paar interessante Punkte zu Willow zu beachten: Sein Cannabis-Forschungsteam nutzte ursprünglich die Fermentationstechnologie, um Opiate als mögliche Lösung für die Opioidkrise zu biosynthetisieren. Zweitens ist das Unternehmen mit dem Pharmaunternehmen Noramco zusammengearbeitet, das einst eine Abteilung unter Johnson & Johnson war, bis es 2016 von einer Private-Equity-Firma für 800 Millionen Dollar übernommen wurde.

Noramco ist ein bedeutender Lieferant von Wirkstoffen für kontrollierte Substanzen (aktive pharmazeutische Inhaltsstoffe), d.h. es hat die Zustimmung der Regierung, mit seriösen Medikamenten zu arbeiten. Vor etwa 15 Jahren entwickelte sie eine generische Alternative zu Marinol, dem ersten synthetischen Cannabismedikament, das ursprünglich 1985 zur Behandlung von Übelkeit bei Chemotherapiepatienten zugelassen wurde.

Tequila-Bakterien

Nicht jeder ist ein Fan von Bier. Einige bevorzugen härteres Zeug wie Tequila. Das 2018 gegründete deutsche Cannabis-Pharmaunternehmen Farmako verwendet keine Hefezellen zur Biosynthese von Cannabinoiden, sondern dasselbe Bakterium, das auch für die Tequila-Produktion verwendet wird.

Der neu geschaffene Organismus, bekannt (und geschützt) als Zymomonas Cannabinoidis, wurde durch die Einführung von Genen aus dem Malaria-Erreger und der Cannabispflanze geschaffen, wobei der Teil des Bakteriengenoms, der für die Alkoholproduktion verantwortlich ist, herausgeschnitten wurde. Das Unternehmen behauptet, CBD, THC und weitere 180 Cannabinoide in einem Prozess produzieren zu können, der 4,5 Kilogramm THC mit einem Gramm Bakterienmasse in 900 Stunden erzeugen kann.

Biokraftstoffe Redux

Mehrere Unternehmen verwenden auch die Hefe für Mikroalgen, so der SynBioBeta-Bericht. Dazu gehört vor allem das in San Diego ansässige Startup Renew Biopharma, das 2017 gegründet wurde. Statt Cannabispflanzen zu verwenden, kann die mikrobielle biosynthetische Plattform von Renew Cannabinoide aus Mikroalgen produzieren, einer einzelligen Pflanze, die in Flüssigkeit suspendiert ist. Anscheinend ist Cannabis der Ort, an dem gescheiterte Biokraftstoffprojekte enden.

Renew’s CEO und Mitbegründer, Michael Mendez, leitete die Bemühungen um Mikroalgen-Biotreibstoffe als Mitbegründer von Sapphire Energy, einem Startup, das 376,5 Millionen Dollar gesammelt hatte, aber nach etwa einem Jahrzehnt irgendwann im Jahr 2017 zusammengebrochen zu sein schien. Das neue Unternehmen hofft, Cannabinoide zu entwickeln, die sich auf Bereiche wie neurodegenerative Krankheiten, traumatische Hirnverletzungen und Schmerzbehandlung konzentrieren.

Cannabis Fermentation Bakterien

Laborautomatisierung für die Cannabinoidproduktion

Biotii Technologies aus Arizona erhielt im April 1,2 Millionen Dollar von einem an der CSE notierten Unternehmen namens ICC International Cannabis Corp., um seine Technologie zur gentechnischen Veränderung von Mikroorganismen zu entwickeln und um die beliebten Cannabinoide THC und CBC sowie weniger bekannte Sorten zu produzieren. Es ist unklar, ob das Unternehmen auf Hefe, Bakterien, Algen oder etwas ganz anderes abzielt.

ICC und Biotii arbeiten mit Brooklyn Startup Opentrons zusammen, um ihre eigene Bio-Works-Gießerei zu gründen, um das Design und die Produktion der Biosynthese zu automatisieren, und nehmen anscheinend eine Seite aus dem Ginkgo Bioworks-Buch. Berichten zufolge wird das robotergestützte autonome Laborsystem von Opentrons von 90% der 50 besten Forschungsuniversitäten und sieben der 10 besten Pharmaunternehmen verwendet.

Schlussfolgerungen

Die große Frage ist, wo all dieses biosynthetische Produkt verwendet wird, denn man kann es sich es nicht rauchen. Sicherlich sind die Märkte für Freizeitnahrung und Cannabis-Getränke die offensichtlichsten Anwendungen, sobald die im Labor hergestellten Cannabinoide mit den Kosten der Pflanzenextraktion konkurrieren können.

Aber wir vermuten, basierend auf einigen der neuesten Cannabis-Forschungen, dass pharmazeutische Anwendungen irgendwann dort sein können, wo das echte Geld verdient wird. Cannabis hat sich bereits bei der Behandlung bestimmter Formen der Epilepsie bewährt. Neue Forschungen deuten darauf hin, dass sich CBD als starkes Antibiotikum erweisen könnte, das vielleicht Hoffnung auf die Bekämpfung antibiotikaresistenter Krankheiten bietet.

Die Cannabisforschung steckt noch weitgehend in den Kinderschuhen, nachdem die Regierung jahrzehntelang verboten hat, wissenschaftliche Untersuchungen zu unternehmen, außer an einigen wenigen Orten wie Israel, das weltweit führend auf dem Gebiet des medizinischen Marihuanas ist. Nominell sind viele dieser Unternehmen der synthetischen Biologie an medizinischen Anwendungen interessiert, so dass wir ein neues Marihuana-Wunder – oder eine andere Biokraftstoffblase – erleben könnten.

Quellen:

https://www.academia.edu/19818631/Abbildungen_zur_Herstellung_und_zum_medizinischen_Gebrauch_von_Dronabinol_-_delta9-Tetrahydrocannabinol_2._Auflage

Thomas Harmeier

Meine große Leidenschaft gilt der Cannabis-Pflanze. Ich selbst habe von den vielen positiven Effekten die Marihuana mit sich brigt bereits stark profitiert. Mir hat die Pflanze Lebensqualität gespendet und zwar im wahrsten Sinne des Wortes. → Mehr über den Author



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