Ultraheli tubaka ekstraheerimine

Tavapärane tubaka ekstraheerimine on aeglane ja aeganõudev protsess, mis hõlmab mürgiste lahustite kasutamist kõrgetel temperatuuridel, mistõttu on protsess ohtlik. Alkaloidide ultraheliga toetatud ekstraheerimist tubakast saab teha vee või leebete lahustitega kiires, mõne minuti pikkuses protsessis. Ultraheliga ekstraheeritud alkaloidid, näiteks nikotiin, vabanevad tubakast kiires ja väga tõhusas protseduuris, mis annab suure saagise täisspektri ekstraktist (mis sisaldab nikotiini, nornikotiini, klorogeenhapet, 5-kofeoüülkinaldhapet, rutiini, kofeiinhapet ja skopoletiini, solanesooli jne).

Tubaka ultraheliekstraktsioon

Ultraheliga toetatud ekstraheerimine on kiire, tõhus ja mugav ekstraheerimismeetod, mis põhineb võimsusultraheli kasutamisel. Intensiivsed ultrahelilained tekitavad tahke aine ja vedeliku süsteemides (nt taimne materjal lahustis, nt tubakalehed etanoolis) kiireid mikroliikumisi ja akustilist kavitatsiooni, mille tulemusena suureneb massiülekanne ning ekstraheerimisprotsess kiireneb. Võrreldes teiste täiustatud ekstraheerimistehnikatega, nagu ülekriitilise vedeliku ekstraheerimine ja ioonpaar-ekstraheerimine, on ultraheliga toetatud ekstraheerimine oluliselt ökonoomsem, keskkonnasõbralikum, ohutum ja lihtsamini kasutatav. Seetõttu on ultraheliekstraktsioon eelistatud ekstraheerimistehnika bioaktiivsete ühendite vabastamiseks taimsest toorainest.
Ultraheliekstraktsiooni tulemuseks on laiaspektriline ekstrakt, mis sisaldab nikotiini, mis on peamine alkaloid ja moodustab 94–98% tubaka alkaloidide koguhulgast, ning lisaks alkaloide nornikotiini, anabasiini, anatabiini, kotiniini ja müosmiini.
Loe lähemalt alkaloidide ekstraheerimisest taimsest materjalist sondtüüpi ultraheliseadmega!

Tubaka ultraheliekstraktsioon sonikaatori UP400St (400W) ja sondiga S24d20L2 võimaldab saada suurema nikotiinisaagise lühema töötlemisajaga. Tubaka ultraheliekstraktsioonil saab kasutada leebeid lahusteid, mistõttu on see roheline ja keskkonnasõbralik meetod.

Täisspektri tubakaekstraktid sonikeerimisega

Alkaloide, näiteks nikotiini ja nornikotiini, klorogeenhapet, fenoole, solanesooli ja muid bioaktiivseid ühendeid saab ultraheliekstraktsiooni abil kiiresti, tõhusalt ja ohutult isoleerida. Tavapärane tubaka ekstraheerimine hõlmab mürgiste lahustite, näiteks heptaani kasutamist kõrgetel temperatuuridel, mis muudab ekstraheerimisprotsessi ohtlikuks protseduuriks. Kogu tavapärane ekstraheerimisprotsess kestab ligikaudu 24 tundi ja on seetõttu väga aeganõudev.
Ultraheliekstraktsiooni saab teha külmaveeekstraktsioonina või leebete lahustitega, näiteks etanooli või etanooli-vee seguga toatemperatuuril või veidi kõrgendatud temperatuuridel. Sonikeerimine kestab mõne minuti, mistõttu on ekstraheerimine kiire protseduur. Lisaks on vee või leebete lahustite kasutamisel protsess täiesti ohutu ja mugav.

Ultraheliga toodetud täisspektri ekstraktid sisaldavad peamist alkaloidi nikotiini ning sekundaarseid ehk vähemtähtsaid alkaloide, näiteks anabasiini ehk 3-(2-piperidinüül)püridiini, anatabiini ehk 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine, kotiniini ehk 1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinone), 2,3’-dipüridüüli ehk isonikoteiini, N-formüülnornikotiini ehk 2-(3-püridüül)pürrolidiinkarbaldehüüdi, müosmiini ehk 3-(1-pürrolin-2-üül)püridiini, nornikotiini ehk 3-(pürrolidin-2-üül)püridiini ja beeta-nikotürini ehk 3-(1-metüülpürrool-2-üül)püridiini.

Nende alkaloidide sisaldus varieerub sõltuvalt tubakaliigist ja tubakatoodetest. Kuigi nikotiin on peamine alkaloid, moodustades 94–98% alkaloidide koguhulgast, on nornikotiin ja anatabiin kaks kõige rohkem esinevat sekundaarset alkaloidi, millest kumbki moodustab ligikaudu 2% kuni 6% tubaka alkaloidide koguhulgast.

Ultraheli tubakaekstraktsiooni eelised:

Suurem saagis
Kõrge kvaliteet
Kiire ekstraheerimine
Leebe, mittetermiline protsess
Vesi või lahusti
Lihtne ja ohutu kasutus

Ultraheliekstraktsiooni kasutatakse laialdaselt taimeekstraktide, näiteks kanepist saadava CBD tootmiseks. Ultrahelitöötlus on väga tõhus ja kiire.

Valige lahustite laiast valikust

Ultraheli ekstraheerimisel saate valida mitme lahusti vahel, sealhulgas vesi, alkohol, etanool, metanool, etanooli ja vee segud või tugevad lahustid, näiteks heptaan või heksaan. Kõiki eelnimetatud lahusteid on juba edukalt testitud ning need on osutunud tõhusaks bioaktiivsete ühendite, näiteks alkaloidide, terpenoidide, fenoolsete ühendite ja solanesooli eraldamisel tubaka taimsest materjalist. Ultraheli töötlust (sonikeerimist) saab kasutada lahustivabas külmaveeekstraktsioonis (nt orgaaniliste ekstraktide valmistamiseks) või kombineerida selle valitud lahustiga.
Lisateave lahustite kohta botaaniliste materjalide ultraheliekstraktsioonil!
Lisateave ultrahelitugevdatud heksaanekstraktsiooni kohta!

Suure jõudlusega ultraheliekstraktorid

Hielscheri ultraheliseadmed on levinud ekstraheerimisvahend bioaktiivsete ühendite eraldamiseks botaanilistest materjalidest. Hielscher tarnib ultraheliekstraktoreid kõigile protsessi mastaapidele ning oskab soovitada teie vajadustele kõige sobivama ultraheelisüsteemi. Alates kompaktsetest, kuid võimsatest laborisüsteemidest analüüsiks ja teostatavuskatseteks pakub Hielscher kogu valikut laboratoorsetest ja pilootmastaabis ultraheli sonikaatoritest kuni täielikult tööstuslike ultraheli reaktoriteni. Hielscheri ultraheliprotsessorite täielik valik pakub ideaalse lahenduse teie ekstraheerimisprotsessile. Olenevalt protsessi mahust ja eesmärgist saab ultraheliekstraktsiooni teha partiirežiimis või pidevvoolurežiimis. Mitmekesised lisatarvikud, näiteks sonotroodid, võimendussarved (booster horns), läbivoolukambrid ja reaktorid, võimaldavad ultraheliprotsessori varustada nii, et see täidaks protsessi eesmärgid ideaalselt.
Hielscheri ultraheliprotsessoreid saab täpselt juhtida ning protsessiandmed salvestatakse automaatselt meie digitaalsete ultraheelisüsteemide integreeritud SD-kaardile. Protsessiparameetrite usaldusväärne juhtimine tagab järjepidevalt kõrge tootekvaliteedi. Protsessiparameetrite automaatne andmete salvestamine võimaldab protsessi hõlpsat standardimist ning head tootmistava (GMP) nõuete täitmist.
Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 kasutust suure koormuse korral ja nõudlikes keskkondades. Lihtne ja ohutu kasutus ning väike hooldusvajadus teevad Hielscheri ultraheelisüsteemidest usaldusväärse tööhobuse teie tootmises.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Partii maht	Vooluhulk	Soovitatavad seadmed
0,5 kuni 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 kuni 500mL	10 kuni 200mL/min	UP100H
10 kuni 2000mL	20 kuni 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 kuni 20L	0,2 kuni 4L/min	UIP2000hdT
10 kuni 100L	2 kuni 10L/min	UIP4000
n.a.	10 kuni 100L/min	UIP16000
n.a.	suurem	klaster: UIP16000

Võtke meiega kohe ühendust lisateabe saamiseks! Meie hästi koolitatud töötajad arutavad teiega hea meelega teie ekstraheerimisprotsessi!

Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!

Selles ettekandes tutvustame taimsete ekstraktide valmistamist. Selgitame kvaliteetsete taimsete ekstraktide tootmisega seotud raskusi ja seda, kuidas ultraheliseade aitab neid ületada. Ettekanne näitab, kuidas ultraheliga ekstraheerimine toimib. Saate teada, milliseid eeliseid pakub ultraheliseadme kasutamine ekstraheerimisel ja kuidas võtta ultraheliekstraktor kasutusele oma ekstraktide tootmises.

Seotud teemad

Kirjandus/viited

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.

Teadmisi, mida tasub teada

Miks on ultraheliekstraktsioon nii tõhus?

Ultrasonically-assisted extraction (UAE) põhineb väga intensiivse ultraheli (akustiliste lainete) sisestamisel vedelikku või suspensiooni. Akustilised lained tekitavad vahelduvaid kõrg- ja madalrõhutsükleid, mille tulemusena tekib akustilise kavitatsiooni nähtus. Ultraheli- ehk akustilist kavitatsiooni iseloomustavad äärmuslikud, lokaalselt piiratud tingimused: väga kõrged rõhud, temperatuurid ja nihkejõud. Implodeeruvate kavitatsioonimullide läheduses on mõõdetud temperatuure kuni 5000K, rõhke 1000 atmosfääri, kuumutamis-jahutamiskiirust üle 1010 K/s ning vedelikujugasid kiirusega kuni 280m/s, mis avalduvad kavitatsioonitsoonis väga suure nihkejõu ja turbulentsina. Nende tegurite (rõhk, kuumus, nihe ja turbulents) koosmõju lõhub rakke (lüüs) ja tugevdab massiülekannet ekstraheerimisprotsessi ajal. Seeläbi soodustatakse fütokomponentide vedelik-tahke ekstraheerimist taimerakkudest. Ultraheliekstraheerimise tehnikat kasutatakse laialdaselt flavonoidide, polüsahhariidide, alkaloidide, fütosteroolide, polüfenoolide ja pigmentide edukaks ja tõhusaks ekstraheerimiseks taimedest.

Ultraheli desintegraatoreid kasutatakse ekstraktsiooniks fütoallikatest (nt taimedest, vetikatest, seentest)

Ultraheliekstraheerimine taimerakkudest: mikroskoopiline ristlõige (TS) näitab toimemehhanisme ultraheliekstraheerimisel rakkudest (suurendus 2000x) [allikas: Vilkhu et al. 2011]

Tubakas

Tubakataimedena tuntakse mitmeid Nicotiana perekonna ja maavitsaliste (Solanaceae) sugukonna taimi. Lisaks sellele, et tubakas on taime üldkasutatav nimetus, tähistab see ka tubakataime kuivatatud lehtedest valmistatud tooteid. Kuigi Nicotiana tabacum on peamine tubaka ja nikotiini tootmiseks kasutatav kultuur, on tubakal üle 70 taimeliigi. N. tabacum on tubakatoodetes kasutatav domineeriv liik, kuid võimsama toimega varianti N. rustica võib leida kogu maailmas ja seda kasutatakse pestitsiidide tootmiseks. Nikotiinisisaldust võrreldes on N. rustica lehtedes nikotiini kuni 9%, N. tabacum lehed sisaldavad aga umbes 1 kuni 3%.
Tubakas sisaldab stimuleerivat alkaloidi nikotiini ning harmala alkaloide. Kuivatatud ja kääritatud tubakalehti kasutatakse peamiselt suitsetamiseks sigarettides, sigarites, piipudes, vesipiipudes ning e-sigarettides, e-sigarites, e-piipudes ja aurustites. Teise võimalusena võib neid tarbida ninatubaka, närimistubaka, huule alla pandava tubaka ja snusina.

Tubakataimede sugukond sisaldab mitmeid (ala)liike, millel on erinevad alkaloidide ja maitse profiilid.
Ida tubakas (Nicotiana tabacum L.) on tubakaliik, mida kasvatatakse peamiselt Türgis, Kreekas ja naaberpiirkondades ning mida kasutatakse sigarettide, sigarite ja närimistubaka tööstuslikuks tootmiseks. Sellel on tugev iseloomulik maitse, see on suhteliselt vähese nikotiinisisaldusega ning rikas redutseerivate suhkrute, hapete ja lenduva maitseõli poolest, mis annab tubakatoodetele intensiivse aroomi.

Teada on 67 looduslikku tubakaliiki. Allpool on loetletud levinumad liigid:

Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – paljuõielinetubakas
Nicotiana africana Merxm.
Nicotiana alata Link & Otto – tiibtubakas, jasmiintubakas, tanbaku (pärsia keeles)
Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – coyote-tubakas
Nicotiana benthamiana Domin
Nicotiana clevelandii A. Gray
Nicotiana glauca Graham – puutubakas, Brasiilia puutubakas, põõsastubakas, sinepipuu
Nicotiana glutinosa L.
Nicotiana langsdorffii Weinm.
Nicotiana longiflora Cav.
Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – kõrbetubakas, punche, “tabaquillo”
Nicotiana otophora Griseb.
Nicotiana plumbaginifolia Viv.
Nicotiana quadrivalvis Pursh
Nicotiana rustica L. – asteegi tubakas, mapacho
Nicotiana suaveolens Lehm. – Austraalia tubakas
Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – Lõuna-Ameerika tubakas, metsatubakas
Nicotiana tabacum L. – kaubanduslik tubakas, mida kasvatatakse sigarettide, sigarite, närimistubaka jms tootmiseks
Nicotiana tomentosiformis Goodsp.

Allpool toodud kolm liiki on inimese loodud hübriidid:

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

Tubaka sordid
Tubakalehtede kuivatamine ja sellele järgnev laagerdamine põhjustab tubakalehes sisalduvate karotenoidide aeglase oksüdeerumise ja lagunemise. Oksüdeerumise tulemusena sünteesitakse tubakalehtedes teatud ühendeid, mis tekitavad magusa heina, tee, roosiõli või puuviljaseid aromaatseid lõhnu ja maitseid, mis aitavad kaasa suitsu „pehmusele“. Tärklis muudetakse suhkruteks, mis seejärel glükeerivad valke ja oksüdeeruvad hiliseteks glükatsiooni lõpp-produktideks (AGE). See on karamelliseerumisprotsess, mis annab suitsule samuti selle maitse.
Tubaka ettevalmistamise ja kuivatamise meetod mõjutab selle lõplikke aroomiomadusi. Kuivatamine võib toimuda õhu-, tule-, kanalsoojus- ja päikesekuivatusena. Näiteks kanalsoojuskuivatatud tubakas (nt Prantsusmaalt) sisaldab alkaloide vaid vähesel määral, õhkkuivatatud Burley tubakas (nt Guatemalast) on aga tuntud oma kõrge alkaloidisisalduse poolest.