Ultraschall-gestützte Tabak-Extraktion

Die herkömmliche Tabakextraktion ist ein langsamer, zeitaufwändiger Prozess, bei dem giftige Lösungsmittel bei hohen Temperaturen verwendet werden, was das Verfahren gefährlich macht. Die ultraschallgestützte Extraktion von Alkaloiden aus Tabak kann mit Wasser oder milden Lösungsmitteln in einem schnellen Verfahren von wenigen Minuten durchgeführt werden. Mit Hilfe von Ultraschall extrahierte Alkaloide wie Nikotin aus Tabak werden in einem schnellen und hocheffizienten Verfahren freigesetzt, das hohe Ausbeuten eines Vollspektrum-Extrakts (mit Nikotin, Nornicotin, Chlorogensäure, 5-Caffeoylchinasäure, Rutin, Kaffeesäure und Scopoletin, Solanesol usw.) liefert.

Ultraschall-Extraktion von Tabak

Die ultraschallunterstützte Extraktion ist eine schnelle, effektive und bequeme Extraktionsmethode, die auf der Anwendung von Leistungsultraschall beruht. Intensive Ultraschallwellen erzeugen schnelle Mikrobewegungen und akustische Kavitation in Fest-Flüssig-Systemen (z. B. pflanzliches Material in Lösungsmittel, z. B. Tabakblätter in Ethanol), was zu einem erhöhten Stoffaustausch und einem beschleunigten Extraktionsprozess führt. Im Vergleich zu anderen fortschrittlichen Extraktionstechniken wie der überkritischen Fluidextraktion und der Ionenpaarextraktion ist die ultraschallgestützte Extraktion wesentlich wirtschaftlicher, umweltfreundlicher, sicherer und einfacher in der Anwendung. Daher ist die Ultraschallextraktion die bevorzugte Extraktionstechnik zur Freisetzung bioaktiver Verbindungen aus Pflanzen.
Die Ultraschallextraktion ergibt einen Extrakt mit breitem Spektrum, der Nikotin, das Hauptalkaloid mit 94-98% des gesamten Alkaloidgehalts im Tabak, sowie die Alkaloide Nornicotin, Anabasin, Anatabin, Cotinin und Myosmin enthält.
Lesen Sie mehr über die Extraktion von Alkaloiden aus pflanzlichem Material mit Ultraschall!
 

Ultraschall-Tabakextraktion mit dem Ultraschallgerät UP400St (400W) und der Sonotrode S24d20L2 für höhere Nikotinausbeuten in kürzerer Verarbeitungszeit. Die Ultraschall-Tabakextraktion kann mit milden Lösungsmitteln betrieben werden und ist damit ein grünes, umweltfreundliches Verfahren.

Ultraschallextraktor UP400ST für die Extraktion von Nikotin aus Tabakblättern

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Hielscher-Ultraschallgerät UP400St mit Sonotrode S24d22L2 zur Extraktion von Nikotin und Harmala aus Tabakblättern.

Sonicator UP400St (400 Watt) für die Extraktion von Alkaloiden wie Nikotin, Nornikotin, Chlorogensäure usw. aus Tabakblättern.

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Vollspektrum-Tabak-Extrakte mittels Ultraschall

Alkaloide wie Nikotin und Nornicotin, Chlorogensäure, Phenole, Solanesol und andere bioaktive Verbindungen können durch Ultraschallextraktion schnell, effizient und sicher isoliert werden. Bei der herkömmlichen Tabakextraktion werden giftige Lösungsmittel wie Heptan bei hohen Temperaturen verwendet, was den Extraktionsprozess zu einem gefährlichen Verfahren macht. Der gesamte konventionelle Extraktionsprozess dauert ca. 24 Stunden und ist damit sehr zeitaufwändig.
Die Ultraschallextraktion kann als Kaltwasserextraktion oder mit milden Lösungsmitteln wie Ethanol oder einem Ethanol-Wasser-Gemisch bei Raumtemperatur oder leicht erhöhten Temperaturen durchgeführt werden. Die Ultraschallbehandlung dauert einige Minuten, was die Extraktion zu einem schnellen Verfahren macht. Darüber hinaus ist der Prozess mit Wasser oder milden Lösungsmitteln absolut sicher und bedienerfreundlich.

Die beschallten Tabakblätter werden von den extrahierten Verbindungen im Lösungsmittel getrennt.

Die mit Ultraschall hergestellten Vollspektrum-Extrakte enthalten das primäre Alkaloid Nikotin sowie die sekundären oder Nebenalkaloide wie Anabasin oder 3-(2-Piperidinyl)pyridin, Anatabin oder 3-(2-1,2,3,6-Tetrahydropyridyl)pyridin, Cotinin oder 1-Methyl-5-(3-Pyridyl)-2-pyrrolidinon), 2,3'-Dipyridyl oder Isonicotein, N-Formylnornicotin oder 2-(3-Pyridyl)pyrrolidincarbaldehyd, Myosmin oder 3-(1-Pyrrolin-2-yl)pyridin, Nornicotin oder 3-(Pyrrolidin-2-yl)pyridin und beta-Nicotyrin oder 3-(1-Methylpyrrol-2-yl)pyridin.

Der Gehalt an diesen Alkaloiden variiert je nach Tabakart und Tabakprodukt. Während Nikotin mit 94-98% des Gesamtalkaloidgehalts das primäre Alkaloid ist, sind Nornicotin und Anatabin die beiden häufigsten sekundären Alkaloide, die jeweils ca. 2% bis 6% des Gesamtalkaloidgehalts von Tabak ausmachen.

Vorteile der Ultraschall-Tabakextraktion:

  • höhere Ausbeute
  • hohe Qualität
  • schnelle Extraktion
  • Mildes, nicht-thermisches Verfahren
  • Wasser oder Lösungsmittel
  • Einfach & sicherer Betrieb
Die Ultraschall-Extraktion ist für die Herstellung von Pflanzenextrakten wie CBD aus Cannabis und Hanf weit verbreitet. Die Ultraschallextraktion ist eine sehr effiziente und schnelle Methode zur Isolierung von Pflanzenstoffen.

Ultraschallextraktion bioaktiver Substanzen aus Pflanzen

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Wählen Sie das ideale Lösungsmittel

Bei der Ultraschallextraktion können Sie aus verschiedenen Lösungsmitteln wählen, darunter Wasser, Alkohol, Ethanol, Methanol, Ethanol-Wasser-Gemische oder starke Lösungsmittel wie Heptan oder Hexan. Alle genannten Lösungsmittel wurden bereits erfolgreich getestet und haben sich als effektiv für die Isolierung von bioaktiven Verbindungen wie Alkaloiden, Terpenoiden, Phenolen und Solanesol aus Tabakpflanzenmaterialien erwiesen. Die Beschallung kann für die lösungsmittelfreien Kaltwasserextraktion (z.B. zur Herstellung bio-zertifizierter Extrakte) eingesetzt oder aber mit jedem anderen Lösungsmittel Ihrer Wahl kombiniert werden.
Erfahren Sie mehr über Lösungsmittel für die Ultraschallextraktion von Pflanzenstoffen!
Erfahren Sie mehr über die ultraschallunterstützte Hexanextraktion!

Ultraschall-Nikotinextraktion aus Tabakblättern mit dem Sonicator UP200Ht

Ultraschall-Nikotinextraktion aus Tabakblättern mit das Schallmessgerät UP200Ht

Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren

Ultraschallprozessor UIP4000hdT (4kW) zur Extraktion von Pektinen in einem industriellen Inline-Prozess.Hielscher Ultraschallgeräte sind ein gängiges Extraktionswerkzeug für die Isolierung bioaktiver Verbindungen aus Pflanzenstoffen. Hielscher liefert Ultraschallextraktoren für alle Prozessvolumina und ist dadurch in der Lage, Ihnen das am besten geeignete Ultraschallsystem für Ihre Bedürfnisse zu empfehlen. Angefangen bei kompakten, aber leistungsstarken Laborsysteme für Analysen und Machbarkeitsuntersuchungen bietet Hielscher die gesamte Palette von Labor- und Technikums-Ultraschallgeräten bis hin zu vollindustriellen Ultraschall -Reaktoren. Mit dem umfassenden Portfolio an Ultraschallprozessoren bietet Hielscher die ideale Ausstattung für Ihren Extraktionsprozess. Je nach Prozessvolumen und -ziel kann die Ultraschallextraktion im Batch- oder kontinuierlichen Durchflussmodus durchgeführt werden. Vielfältiges Zubehör wie Sonotroden, Boosterhörner, Durchflusszellen und Reaktoren ermöglichen es, den Ultraschallprozessor so auszustatten, dass er für die Prozessziele ideal aufgebaut ist.
Hielscher-Ultraschallprozessoren lassen sich präzise steuern und die Prozessdaten werden automatisch auf der integrierten SD-Karte unserer digitalen Ultraschallsysteme aufgezeichnet. Die zuverlässige Kontrolle über die Prozessparameter sichert eine gleichbleibend hohe Produktqualität. Die automatische Datenaufzeichnung der Prozessparameter ermöglicht eine einfache Prozessstandardisierung und die Erfüllung der Good Manufacturing Practices (GMP).
Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen. Die einfache und sichere Bedienung sowie der geringe Wartungsaufwand machen Hielscher-Ultraschallsysteme zum zuverlässigen Arbeitspferd in Ihrer Produktion.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
0,5 bis 1,5 ml n.a. VialTweeter
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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In dieser Präsentation führen wir Sie in die Herstellung botanischer Extrakte ein. Wir erläutern die Herausforderungen bei der Herstellung hochwertiger botanischer Extrakte und wie ein Sonicator Ihnen helfen kann, diese Herausforderungen zu meistern. Diese Präsentation zeigt Ihnen, wie die Ultraschallextraktion funktioniert. Sie erfahren, welche Vorteile Sie bei der Verwendung eines Sonicators für die Extraktion erwarten können und wie Sie einen Ultraschallextraktor in Ihre Extraktproduktion integrieren können.

Botanische Ultraschallextraktion - Wie man Ultraschallgeräte zur Extraktion botanischer Substanzen verwendet

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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschallgeräte für sonochemische Anwendungen her.

Leistungsstarke Ultraschallprozessoren vom Labor- und Technikumsmaßstab bis zur industriellen Produktion.

Der industrielle Ultraschallgerät UIP2000hdT auf einem Sonderstand

UIP2000hdT, ein 2kW starkes Hochleistungs-Ultraschallgerät



Literatur

Wissenswertes

Weshalb ist die Ultraschallextraktion so effektiv?

Ultrasonically-assisted extraction (UAE) basiert auf der Einkopplung hochintensiver Ultraschallwellen (Schallwellen) in eine Flüssigkeit oder einen Schlamm. Die akustischen Wellen erzeugen abwechselnd Hoch- und Niederdruckzyklen, die zu dem Phänomen der akustischen Kavitation führen. Das Phänomen der Ultraschall- oder akustischen Kavitation ist durch extreme, lokal begrenzte Bedingungen mit sehr hohen Drücken, Temperaturen und Scherkräften gekennzeichnet. In der Nähe der implodierenden Kavitationsblasen können Temperaturen von bis zu 5000 K, Drücke von 1000 Atmosphären, Erwärmungs- und Abkühlungsraten von über 1010 K/s und Flüssigkeitsstrahlen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 280 m/s gemessen werden, die als sehr hohe Scherkräfte und Turbulenzen in der Kavitationszone auftreten. Die Kombination dieser Faktoren (Druck, Wärme, Scherkraft und Turbulenz) führt zu einer Zerstörung der Zellen (Lyse) und einem verstärkten Stoffaustausch während des Extraktionsprozesses. Dadurch wird die Flüssig-Fest-Extraktion von Phytokonstituenten aus Pflanzenzellen gefördert. Die Ultraschallextraktionstechnik wird häufig für die erfolgreiche und effiziente Extraktion von Flavonoiden, Polysacchariden, Alkaloiden, Phytosterolen, Polyphenolen und Pigmenten aus Pflanzen eingesetzt.

Ultraschalldisruptoren werden für Extraktionen aus Phytoquellen (z.B. Pflanzen, Algen, Pilze) eingesetzt.

Ultraschallextraktion aus Pflanzenzellen: Der mikroskopische Querschnitt (TS) zeigt den Wirkungsmechanismus der Ultraschallextraktion aus Zellen (Vergrößerung 2000x)[Quelle: Vilkhu et al. 2011].

Tabak

Verschiedene Pflanzen der Gattung Nicotiana und der Familie der Nachtschattengewächse (Solanaceae) werden als Tabakpflanzen bezeichnet. Tabak ist nicht nur der allgemein verwendete Begriff für die Pflanze, sondern bezeichnet auch die aus den getrockneten Blättern der Tabakpflanze hergestellten Erzeugnisse. Während Nicotiana tabacum die Hauptpflanze ist, die für die Tabak- und Nikotinproduktion verwendet wird, gibt es über 70 Tabakpflanzenarten. N. tabacum ist die vorherrschende Art, die für Tabakerzeugnisse verwendet wird, doch die stärkere Variante N. rustica ist weltweit verbreitet und wird für die Herstellung von Pestiziden verwendet. Vergleicht man den Nikotingehalt, so haben N. rustica-Blätter einen Nikotingehalt von bis zu 9 %, während N. tabacum-Blätter etwa 1 bis 3 % enthalten.
Tabak enthält das stimulierende Alkaloid Nikotin sowie die Harmala-Alkaloide. Getrocknete und getrocknete Tabakblätter werden hauptsächlich zum Rauchen in Zigaretten, Zigarren, Pfeifen, Shishas sowie E-Zigaretten, E-Zigarren, E-Pfeifen und Vaporizern verwendet. Alternativ können sie auch als Schnupftabak, Kautabak, Dipptabak und Snus konsumiert werden.

Die Tabakpflanzenfamilie enthält verschiedene (Unter-)Arten, die unterschiedliche Alkaloid- und Geschmacksprofile aufweisen.
Orienttabak (Nicotiana tabacum L.) ist eine Tabakart, die hauptsächlich in der Türkei, Griechenland und angrenzenden Gebieten angebaut wird und für die kommerzielle Produktion von Zigaretten, Zigarren und Kautabak verwendet wird. Er hat einen starken charakteristischen Geschmack, ist relativ nikotinarm und reich an reduzierenden Zuckern, Säuren und flüchtigen Aromaölen, die den Tabakprodukten ein intensives Aroma verleihen.

Es sind 67 natürlich vorkommende Tabakarten bekannt. Nachfolgend sind die häufigsten Arten aufgeführt:

  • Nicotiana acuminata (Graham) Hook. - Vielblütentabak
  • Nicotiana africana Merxm.
  • Nicotiana alata Link & Otto - geflügelter Tabak, Jasmin-Tabak, Tanbaku (persisch)
  • Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson - Kojoten-Tabak
  • Nicotiana benthamiana Domin
  • Nicotiana clevelandii A. Gray
  • Nicotiana glauca Graham - Baumtabak, Brasilianischer Baumtabak, Strauchtabak, Senfbaum
  • Nicotiana glutinosa L.
  • Nicotiana langsdorffii Weinm.
  • Nicotiana longiflora Cav.
  • Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
  • Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti - Wüstentabak, „Tabaquillo“
  • Nicotiana otophora Griseb.
  • Nicotiana plumbaginifolia Viv.
  • Nicotiana quadrivalvis Pursh
  • Nicotiana rustica L. - Aztekentabak, Mapacho
  • Nicotiana suaveolens Lehm. - Australischer Tabak
  • Nicotiana sylvestris Speg. & Comes - Südamerikanischer Tabak, Waldtabak
  • Nicotiana tabacum L. - kommerzieller Tabak, der für die Herstellung von Zigaretten, Zigarren, Kautabak usw. angebaut wird.
  • Nicotiana tomentosiformis Goodsp.

Die drei folgenden Arten sind künstlich erzeugte Hybride:

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

Tabakarten
Der Trocknungs- und anschließende Alterungsprozess von Tabakblättern führt zu einer langsamen Oxidation und zum Abbau der vorhandenen Carotinoide im Tabakblatt. Durch die Oxidation werden bestimmte Verbindungen in den Tabakblättern synthetisiert, die zu süßen Heu-, Tee-, Rosenöl- oder fruchtig-aromatischen Geschmacksnoten führen, welche für die „Sanftheit“ des Rauches verantwortlich ist. Stärke wird in Zucker umgewandelt, der anschließend Proteine glykatisiert und zu fortgeschrittenen Glykationsendprodukten (AGEs) oxidiert wird. Dies ist ein Karamellisierungsprozess, der dem Rauch auch sein Aroma verleiht.
Die Zubereitungs- und Trocknungsmethode des Tabaks beeinflusst seine endgültigen Aromaeigenschaften. Die Trocknung kann durch Luft-, Feuer-, Rauch- und Sonnen-Trocknung erreicht werden. So enthält z.B. geräucherter Tabak (z.B. aus Frankreich) nur geringe Mengen an Alkaloiden, während luftgetrockneter Burley-Tabak (z.B. aus Guatemala) für seinen hohen Gehalt an Alkaloiden bekannt ist.

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