Ultraschall-gestützte Tabak-Extraktion
Die konventionelle Tabakextraktion ist ein langsamer, zeitaufwändiger Prozess, bei dem giftige Lösungsmittel bei hohen Temperaturen verwendet werden, was den Prozess gefährlich macht. Die ultraschallgestützte Extraktion von Alkaloiden aus Tabak kann mit Wasser oder milden Lösungsmitteln in einem schnellen Prozess von wenigen Minuten durchgeführt werden. Mit Ultraschall extrahierte Alkaloide wie Nikotin aus Tabak werden in einem schnellen und hocheffizienten Verfahren freigesetzt, was zu hohen Ausbeuten eines Vollspektrum-Extrakts führt (enthält Nikotin, Nornikotin, Chlorogensäure, 5-Caffeoylchinasäure, Rutin, Kaffeesäure und Scopoletin, Solanesol etc.).
Ultraschall-Extraktion von Tabak
Die ultraschallgestützte Extraktion ist eine schnelle, effektive und bequeme Extraktionsmethode, die auf der Anwendung von Power-Ultraschall basiert. Intensive Ultraschallwellen erzeugen eine schnelle Mikrobewegung und akustische Kavitation in Fest-Flüssig-Systemen (z. B. pflanzliches Material in Lösungsmitteln, z. B. Tabakblätter in Ethanol), was zu einem erhöhten Stofftransport sowie einem beschleunigten Extraktionsprozess führt. Im Vergleich zu anderen fortschrittlichen Extraktionstechniken wie der Extraktion überkritischer Flüssigkeiten und der Extraktion von Ionenpaaren ist die ultraschallgestützte Extraktion deutlich wirtschaftlicher, umweltfreundlicher, sicherer und einfacher in der Anwendung. Daher ist die Ultraschallextraktion die bevorzugte Extraktionstechnik, um bioaktive Verbindungen aus Pflanzenstoffen freizusetzen.
Die Ultraschallextraktion führt zu einem Breitspektrum-Extrakt, der Nikotin enthält, das mit 94–98 % des Gesamtalkaloidgehalts im Tabak das primäre Alkaloid ist, sowie die Alkaloide Nornicotin, Anabasin, Anatabin, Cotinin und Myosmin.
Lesen Sie mehr über die Extraktion von Alkaloiden aus pflanzlichem Material mit Ultraschall!
Ultraschallgerät UP400St (400 Watt) Zur Extraktion von Alkaloiden wie Nikotin, Nornikotin, Chlorogensäure, etc. aus Tabakblättern.
Vollspektrum-Tabak-Extrakte mittels Ultraschall
Alkaloide wie Nikotin und Nornikotin, Chlorogensäure, Phenole, Solanesol und andere bioaktive Verbindungen können mittels 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. 24h und ist damit sehr zeitaufwendig.
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 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.
- höhere Ausbeute
- hohe Qualität
- schnelle Extraktion
- Mildes, nicht-thermisches Verfahren
- Wasser oder Lösungsmittel
- Einfach & sicherer Betrieb
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 ultraschallverstärkte Hexanextraktion!
Ultraschall-Nikotinextraktion aus Tabakblättern mittels Der Sonicator UP200Ht
Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren
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 Prozessdaten werden automatisch auf der integrierten SD-Karte unserer digitalen Ultraschallsysteme aufgezeichnet. Die zuverlässige Kontrolle über die Prozessparameter sorgt für eine gleichbleibend hohe Produktqualität. Die automatische Datenerfassung der Prozessparameter ermöglicht eine einfache Prozessstandardisierung und die Erfüllung der Good Manufacturing Practices (GMP).
Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher 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 |
Kontaktieren Sie uns jetzt für weitere Informationen! Unsere gut geschulten Mitarbeiter besprechen gerne Ihren Extraktionsprozess mit Ihnen!
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Leistungsstarke Ultraschallprozessoren vom Labor- und Technikumsmaßstab bis zur industriellen Produktion.
UIP2000hdT, ein 2kW starkes Hochleistungs-Ultraschallgerät
Literatur
- 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.
Wissenswertes
Weshalb ist die Ultraschallextraktion so effektiv?
Ultrasonically-assisted extraction (UAE) basiert auf der Einkopplung von hochintensiven Ultraschallwellen (Schallwellen) in eine Flüssigkeit oder Aufschlämmung. Die akustischen Wellen erzeugen abwechselnd Hochdruck- und Niederdruckzyklen, die das Phänomen der akustischen Kavitation zur Folge haben. Das Phänomen der Ultraschall- oder akustischen Kavitation ist gekennzeichnet durch extreme, örtlich begrenzte Bedingungen mit sehr hohen Drücken, Temperaturen und Scherkräften. In der Nähe der implodierenden Kavitationsblasen können Temperaturen von bis zu 5000 K, Drücke von 1000 Atmosphären, Heiz-Kühlraten über 1010 K/s und Flüssigkeitsstrahlen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 280 m/s, die sich als sehr hohe Scherkräfte und Turbulenzen in der Kavitationszone äußern, gemessen werden. Die Kombination dieser Faktoren (Druck, Hitze, Scherung und Turbulenz) stört die Zellen (Lyse) und intensiviert den Stofftransport während des Extraktionsprozesses. Dadurch wird die flüssig-feste Extraktion von Phytokonstituenten aus Pflanzenzellen gefördert. Die Ultraschall-Extraktionstechnik wird häufig für die erfolgreiche und effiziente Extraktion von Flavonoiden, Polysacchariden, Alkaloiden, Phytosterolen, Polyphenolen und Pigmenten aus Pflanzen 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 (Nachtschattengewächse) sind als Tabakpflanzen bekannt. Tabak ist nicht nur der gebräuchliche Begriff für die Pflanze, sondern beschreibt auch die Produkte, die aus den getrockneten Blättern der Tabakpflanze hergestellt werden. Während Nicotiana tabacum die Hauptnutzpflanze für die Tabak- und Nikotinproduktion ist, gibt es über 70 Pflanzenarten von Tabak. N. tabacum ist die dominierende Art, die für Tabakprodukte verwendet wird, aber die stärkere Variante N. rustica ist auf der ganzen Welt zu finden und wird zur Herstellung von Pestiziden verwendet. Vergleicht man das Nikotin-Centent, 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.