Ултразвукова екстракция на тютюн

Конвенционалната екстракция на тютюн е бавен процес, който отнема много време и включва използването на токсични разтворители при високи температури, което прави процеса опасен. Екстракцията на алкалоиди от тютюн с помощта на ултразвук може да се извършва с вода или меки разтворители чрез бърз процес, продължаващ няколко минути. Алкалоиди като никотина се извличат от тютюна чрез ултразвук в бърза и високоефективна процедура, която осигурява висок добив на пълноспектърен екстракт (съдържащ никотин, норникотин, хлорогенова киселина, 5-caffeoylquinic acid, рутин, кафеена киселина и скополетин, соланезол и др.).

Ултразвукова екстракция на тютюн

Екстракцията с помощта на ултразвук е бърз, ефективен и удобен метод за екстракция, основан на прилагането на мощен ултразвук. Интензивните ултразвукови вълни генерират бързи микродвижения и акустична кавитация в системи твърдо вещество–течност (напр. растителен материал в разтворител, като тютюневи листа в етанол), което води до усилен масопренос и ускорен процес на екстракция. В сравнение с други усъвършенствани техники за екстракция, като екстракция със свръхкритични флуиди и екстракция на йонни двойки, екстракцията с помощта на ултразвук е значително по-икономична, по-щадяща околната среда, по-безопасна и по-лесна за използване. Ето защо ултразвуковата екстракция е предпочитаната техника за извличане на биоактивни съединения от растителни суровини.
Ултразвуковата екстракция осигурява широкоспектърен екстракт, съдържащ никотин, който е основният алкалоид с дял от 94–98% от общото съдържание на алкалоиди в тютюна, както и алкалоидите норникотин, анабазин, анатабин, котинин и миозмин.
Прочетете повече за екстракцията на алкалоиди от растителен материал с помощта на ултразвуков апарат със сонда!

Ултразвукова екстракция на тютюн със соникатора UP400St (400W) и сондата S24d20L2 за по-високи добиви на никотин за по-кратко време на обработка. Ултразвуковата екстракция на тютюн може да се извършва с щадящи разтворители, което я прави екологосъобразен метод.

Пълноспектърни тютюневи екстракти чрез ултразвукова обработка

Алкалоиди като никотин и норникотин, хлорогенова киселина, фенолни съединения, соланезол и други биоактивни съединения могат да бъдат изолирани бързо, ефективно и безопасно чрез ултразвукова екстракция. Конвенционалната екстракция на тютюн включва използването на токсични разтворители като хептан при високи температури, което превръща процеса на екстракция в опасна процедура. Целият процес на конвенционална екстракция отнема приблизително 24h и съответно изисква много време.
Ултразвуковата екстракция може да се извършва като екстракция със студена вода или с меки разтворители като етанол или смес от етанол и вода при стайна или леко повишена температура. Ултразвуковата обработка отнема няколко минути, което превръща екстракцията в бърза процедура. Освен това при използване на вода или меки разтворители процесът е напълно безопасен и удобен.

Получените чрез ултразвук пълноспектърни екстракти съдържат основния алкалоид никотин, както и второстепенни алкалоиди или алкалоиди в малки количества, като анабазин или 3-(2-piperidinyl)pyridine, анатабин или 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine, котинин или 1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinone), 2,3’-dipyridyl или изоникотеин, N-формилнорникотин или 2-(3-pyridyl)pyrrolidinecarbaldehyde, миозмин или 3-(1-pyrrolin-2-yl)pyridine, норникотин или 3-(pyrrolidin-2-yl)pyridine и бета-никотирин или 3-(1-methylpyrrol-2-yl)pyridine.

Съдържанието на тези алкалоиди варира в зависимост от вида тютюн и тютюневите продукти. Докато никотинът е основният алкалоид с дял от 94–98% от общото съдържание на алкалоиди, норникотинът и анатабинът са двата най-разпространени второстепенни алкалоида, като всеки представлява приблизително от 2% до 6% от общото съдържание на алкалоиди в тютюна.

Предимства на ултразвуковата екстракция на тютюн:

По-висок добив
Високо качество
Бърза екстракция
Щадящ, нетермичен процес
Вода или разтворител
Лесна и безопасна работа

Ултразвуковата екстракция се използва широко за производство на растителни екстракти като CBD от канабис и коноп. Ултразвуковата обработка е високоефективна и бърза.

Изберете от широка гама разтворители

При ултразвуковата екстракция можете да избирате измежду различни разтворители, включително вода, алкохол, етанол, метанол, смеси от етанол и вода или силни разтворители като хептан или хексан. Всички посочени по-горе разтворители вече са успешно изпитани и са доказали ефективността си при изолирането на биоактивни съединения като алкалоиди, терпеноиди, фенолни съединения и соланезол от тютюневи растителни материали. Ултразвуковата обработка може да се използва при екстракция със студена вода без разтворители (напр. за приготвяне на биологични екстракти) или да се комбинира с разтворител по ваш избор.
Научете повече за разтворителите за ултразвукова екстракция от растителни суровини!
Научете повече за екстракцията с хексан, интензифицирана чрез ултразвук!

Високопроизводителни ултразвукови екстрактори

Ултразвуковото оборудване на Hielscher е широко използвано средство за екстракция при изолиране на биоактивни съединения от растителни суровини. Като доставчик на ултразвукови екстрактори за всички мащаби на процеса, Hielscher може да ви препоръча най-подходящата ултразвукова система за вашите нужди. Започвайки с компактни, но мощни лабораторни системи за анализ и изпитване на осъществимостта, Hielscher предлага пълната гама от лабораторни и пилотни ултразвукови апарати до изцяло промишлени ултразвукови реактори. Предлагайки пълната гама ултразвукови процесори, Hielscher разполага с идеалната конфигурация за вашия процес на екстракция. В зависимост от обема и целта на процеса ултразвуковата екстракция може да се извършва в периодичен режим или в режим на непрекъснат поток. Разнообразни принадлежности като сонотроди, усилватели на амплитудата, проточни клетки и реактори позволяват ултразвуковият процесор да бъде оборудван така, че да изпълнява оптимално целите на процеса.
Ултразвуковите процесори на Hielscher могат да се управляват прецизно, а данните за процеса се записват автоматично на вградената SD карта на нашите цифрови ултразвукови системи. Надеждният контрол на параметрите на процеса осигурява постоянно високо качество на продукта. Автоматичното записване на данните за параметрите на процеса позволява лесна стандартизация на процеса и спазване на добрите производствени практики (GMP).
Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при тежко натоварване и в сложни експлоатационни условия. Лесната и безопасна работа, както и ниските изисквания за поддръжка, превръщат ултразвуковите системи на Hielscher в надеждна работна сила за вашето производство.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

Обем на партидата	Дебит	Препоръчителни устройства
0,5 до 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 до 500mL	10 до 200mL/min	UP100H
10 до 2000mL	20 до 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 до 20L	0,2 до 4L/min	UIP2000hdT
10 до 100L	2 до 10L/min	UIP4000
n.a.	10 до 100L/min	UIP16000
n.a.	по-голям	група от UIP16000

Свържете се с нас сега за допълнителна информация! Нашите добре обучени служители с удоволствие ще обсъдят с вас вашия процес на екстракция!

Свържете се с нас! / Попитайте ни!

В тази презентация Ви запознаваме с производството на растителни екстракти. Обясняваме предизвикателствата при производството на висококачествени растителни екстракти и как ултразвуковият процесор може да Ви помогне да ги преодолеете. Презентацията показва как работи ултразвуковата екстракция. Ще научите какви предимства можете да очаквате от използването на ултразвуков процесор за екстракция и как да внедрите ултразвуков екстрактор в производството си на екстракти.

Свързани теми

Литература/Източници

Esclapez, M.D.; García-Pérez, J.V.; Mulet, A.; Cárcel, J.A. (2011): Ultrasound-Assisted Extraction of Natural Products. Food Engineering Reviews, Volume 3, 2011. 108–120.
Vinatoru, M. (2001): An overview of the ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from herbs. Ultrasonics Sonochemistry 8(3):303-13.
Chen, P.X.; Qian, N.; Burton, H.R.; Moldoveanu, S.C. (2005): Analysis of Minor Alkaloids in Tobacco: A Collaborative Study. Contributions to Tobacco Research, Vol. 21, No.7, 2005.
Yuegang Zuo, Liliang Zhang, Jingping Wu, Johnathan W. Fritz, Suzanne Medeiros, Christopher Rego (2004): Ultrasonic extraction and capillary gas chromatography determination of nicotine in pharmaceutical formulations. Analytica Chimica Acta, Volume 526, Issue 1, 2004. 35-39.

Полезни факти

Защо ултразвуковата екстракция е толкова ефективна?

Ultrasonically-assisted extraction (UAE) се основава на предаването на ултразвукови вълни с много висок интензитет (акустични вълни) в течност или суспензия. Акустичните вълни създават редуващи се цикли на високо налягане / ниско налягане, които водят до явлението акустична кавитация. Явлението ултразвукова или акустична кавитация се характеризира с екстремни, локално ограничени условия на много високи налягания, температури и сили на срязване. В близост до имплодиращите кавитационни мехурчета могат да бъдат измерени температури до 5000K, налягания от 1000 атмосфери, скорост на нагряване и охлаждане над 1010 K/s и течни струи със скорост до 280m/s, които се проявяват като много голяма сила на срязване и турбулентност в кавитационната зона. Комбинацията от тези фактори (налягане, топлина, срязване и турбулентност) разрушава клетките (лизис) и усилва масопреноса по време на процеса на екстракция. По този начин се подпомага екстракцията на фитосъставки от растителни клетки в системата течност–твърдо вещество. Техниката на ултразвукова екстракция се прилага широко за успешно и ефективно извличане на флавоноиди, полизахариди, алкалоиди, фитостероли, полифеноли и пигменти от растения.

Ултразвуковите дезинтегратори се използват за екстракция от растителни източници (напр. растения, водорасли, гъби)

Ултразвукова екстракция от растителни клетки: микроскопският напречен срез (TS) показва механизма на действие при ултразвукова екстракция от клетки (увеличение 2000x) [източник: Vilkhu et al. 2011]

Тютюн

Различни растения от рода Nicotiana и семейство Solanaceae (Картофови) са известни като тютюневи растения. Освен че е общоприетото название на растението, тютюн обозначава и продуктите, приготвени от изсушените листа на тютюневото растение. Макар Nicotiana tabacum да е основната култура, използвана за производство на тютюн и никотин, съществуват над 70 растителни вида тютюн. N. tabacum е преобладаващият вид, използван за тютюневи продукти, но по-силният вариант N. rustica се среща по целия свят и се използва за производство на пестициди. При сравняване на съдържанието на никотин листата на N. rustica имат съдържание на никотин, достигащо 9%, докато листата на N. tabacum съдържат около 1 до 3%.
Тютюнът съдържа стимулиращия алкалоид никотин, както и хармалови алкалоиди. Изсушените и обработени чрез сушене тютюневи листа се използват основно за пушене в цигари, пури, лули, наргилета, както и в електронни цигари, електронни пури, електронни лули и изпарители. Алтернативно те могат да се употребяват като емфие, тютюн за дъвчене, тютюн за поставяне между устната и венеца и снус.

Семейството на тютюневите растения съдържа различни видове и подвидове, които имат различни алкалоидни и вкусови профили.
Ориенталският тютюн (Nicotiana tabacum L.) е вид тютюн, отглеждан основно в Турция, Гърция и съседните райони, който се използва за търговско производство на цигари, пури и тютюн за дъвчене. Той има силен характерен вкус, сравнително ниско съдържание на никотин и високо съдържание на редуциращи захари, киселини и летливо ароматно масло, което придава на тютюневите продукти интензивен аромат.

Известни са 67 естествени вида тютюн. По-долу са изброени най-разпространените видове:

Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – многоцветен тютюн
Nicotiana africana Merxm.
Nicotiana alata Link & Otto – крилат тютюн, жасминов тютюн, танбаку (на персийски)
Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – койотов тютюн
Nicotiana benthamiana Domin
Nicotiana clevelandii A. Gray
Nicotiana glauca Graham – дървовиден тютюн, бразилски дървовиден тютюн, храстовиден тютюн, синапено дърво
Nicotiana glutinosa L.
Nicotiana langsdorffii Weinm.
Nicotiana longiflora Cav.
Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – пустинен тютюн, пунче, „табакѝльо“
Nicotiana otophora Griseb.
Nicotiana plumbaginifolia Viv.
Nicotiana quadrivalvis Pursh
Nicotiana rustica L. – ацтекски тютюн, мапачо
Nicotiana suaveolens Lehm. – австралийски тютюн
Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – южноамерикански тютюн, горски тютюн
Nicotiana tabacum L. – тютюн, отглеждан с търговска цел за производство на цигари, пури, тютюн за дъвчене и др.
Nicotiana tomentosiformis Goodsp.

Трите вида по-долу са хибриди, създадени от човека:

Nicotiana × didepta N. debneyi × N. tabacum
Nicotiana × digluta N. glutinosa × N. tabacum
Nicotiana × sanderae Hort. ex Wats. N. alata × N. forgetiana

Видове тютюн
Процесът на сушене и последващо отлежаване на тютюневите листа предизвиква бавно окисление и разграждане на каротеноидите, присъстващи в тютюневия лист. Вследствие на окислението в тютюневите листа се синтезират определени съединения, които създават сладки ароматни нотки на сено, чай, розово масло или плодове и допринасят за „мекотата“ на дима. Нишестетата се превръщат в захари, които впоследствие гликират белтъци и се окисляват до крайни продукти на напредналото гликиране (AGEs). Това е процес на карамелизация, който също придава вкус на дима.
Начинът на подготовка и сушене на тютюна влияе върху крайните му ароматни характеристики. Сушенето може да се извършва на въздух, с огън, с непряко нагряване и на слънце. Например тютюнът, сушен с непряко нагряване (напр. от Франция), съдържа само ниски нива на алкалоиди, докато сушеният на въздух тютюн Burley (напр. с произход от Гватемала) е известен с високото си съдържание на алкалоиди.

Ултразвукова екстракция на тютюн