Tupakan ultraääniuutto

Perinteinen tupakan uutto on hidas ja aikaa vievä prosessi, jossa käytetään myrkyllisiä liuottimia korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee prosessista vaarallisen. Alkaloidien ultraääniavusteinen uutto tupakasta voidaan toteuttaa vedellä tai miedoilla liuottimilla nopeana, muutaman minuutin prosessina. Tupakasta ultraäänellä uutettavat alkaloidit, kuten nikotiini, vapautuvat nopeassa ja erittäin tehokkaassa menetelmässä, joka tuottaa suuren saannon täyden kirjon uutetta (sisältää nikotiinia, nornikotiinia, klorogeenihappoa, 5-kofeoyylikiinihappoa, rutiinia, kofeiinihappoa ja skopoletiinia, solanesolia jne.).

Tupakan uutto ultraäänellä

Ultraääniavusteinen uutto on nopea, tehokas ja helppokäyttöinen uuttomenetelmä, joka perustuu tehoultraäänen käyttöön. Voimakkaat ultraääniaallot synnyttävät nopeaa mikroliikettä ja akustista kavitaatiota kiinteän aineen ja nesteen muodostamissa järjestelmissä (esim. kasvimateriaali liuottimessa, kuten tupakanlehdet etanolissa), mikä tehostaa aineensiirtoa ja nopeuttaa uuttamista. Muihin edistyneisiin uuttotekniikoihin, kuten ylikriittiseen nesteuuttoon ja ionipariuuttoon, verrattuna ultraääniavusteinen uutto on huomattavasti taloudellisempi, ympäristöystävällisempi, turvallisempi ja helpompi käyttää. Siksi ultraääniuutto on ensisijainen uuttotekniikka bioaktiivisten yhdisteiden vapauttamiseen kasvimateriaaleista.
Ultraääniuutto tuottaa laajan kirjon uutteen, joka sisältää nikotiinia, tupakan pääalkaloidia, jonka osuus alkaloidien kokonaismäärästä on 94–98 %, sekä nornikotiini-, anabasiini-, anatabiini-, kotiniini- ja myosmiinialkaloideja.
Lue lisää alkaloidien uuttamisesta kasvimateriaalista anturityyppisellä ultraäänilaitteella!

Tupakan ultraääniuutto UP400St-ultraäänilaitteella (400W) ja S24d20L2-anturilla tuottaa suuremman nikotiinisaannon lyhyemmässä käsittelyajassa. Tupakan ultraääniuutossa voidaan käyttää mietoja liuottimia, joten menetelmä on ekologinen ja ympäristöystävällinen.

Täyden kirjon tupakkauutteet ultraäänikäsittelyllä

Alkaloidit, kuten nikotiini ja nornikotiini, klorogeenihappo, fenoliset yhdisteet, solanesoli ja muut bioaktiiviset yhdisteet voidaan eristää nopeasti, tehokkaasti ja turvallisesti ultraääniuutolla. Perinteisessä tupakan uutossa käytetään myrkyllisiä liuottimia, kuten heptaania, korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee uuttamisesta vaarallista. Koko perinteinen uuttoprosessi kestää noin 24 h ja on siten erittäin aikaa vievä.
Ultraääniuutto voidaan toteuttaa kylmävesiuuttona tai miedoilla liuottimilla, kuten etanolilla tai etanoli-vesiseoksella, huoneenlämmössä tai hieman korkeammissa lämpötiloissa. Ultraäänikäsittely kestää muutaman minuutin, mikä tekee uuttamisesta nopeaa. Lisäksi vettä tai mietoja liuottimia käytettäessä prosessi on täysin turvallinen ja helppokäyttöinen.

Ultraäänellä tuotetut täyden kirjon uutteet sisältävät pääalkaloidia nikotiinia sekä sekundaarisia tai vähäisinä määrinä esiintyviä alkaloideja, kuten anabasiinia eli 3-(2-piperidinyl)pyridine, anatabiinia eli 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine, kotiniinia eli 1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinone), 2,3’-dipyridyl eli isonikoteiinia, N-formylnornicotine eli 2-(3-pyridyl)pyrrolidinecarbaldehyde, myosmiinia eli 3-(1-pyrrolin-2-yl)pyridine, nornikotiinia eli 3-(pyrrolidin-2-yl)pyridine ja beta-nicotyrine eli 3-(1-methylpyrrol-2-yl)pyridine.

Näiden alkaloidien pitoisuudet vaihtelevat tupakkalajin ja tupakkatuotteen mukaan. Nikotiini on pääalkaloidi, jonka osuus alkaloidien kokonaismäärästä on 94–98 %, kun taas nornikotiini ja anatabiini ovat kaksi runsaimmin esiintyvää sekundaarista alkaloidia, joista kummankin osuus tupakan alkaloidien kokonaismäärästä on noin 2 %:n ja 6 %:n välillä.

Tupakan ultraääniuuton edut:

Suurempi saanto
Korkea laatu
Nopea uutto
Mieto, ei-terminen prosessi
Vesi tai liuotin
Helppo ja turvallinen käyttö

Ultraääniuuttoa käytetään laajalti kasviuutteiden, kuten kannabiksesta ja hampusta saatavan CBD:n, valmistukseen. Ultraäänikäsittely on erittäin tehokasta ja nopeaa.

Valitse laajasta liuotinvalikoimasta

Ultraääniuutossa voit valita erilaisia liuottimia, kuten vettä, alkoholia, etanolia, metanolia, etanoli-vesiseoksia tai voimakkaita liuottimia, kuten heptaania tai heksaania. Kaikkia edellä mainittuja liuottimia on jo testattu onnistuneesti, ja niiden on osoitettu soveltuvan tehokkaasti bioaktiivisten yhdisteiden, kuten alkaloidien, terpenoidien, fenolisten yhdisteiden ja solanesolin, eristämiseen tupakkakasvin materiaaleista. Ultraäänikäsittelyä voidaan käyttää liuottimettomassa kylmävesiuutossa (esim. luomu-uutteiden valmistukseen), tai se voidaan yhdistää valitsemaasi liuottimeen.
Lue lisää kasvimateriaalien ultraääniuuttoon soveltuvista liuottimista!
Lue lisää ultraäänellä tehostetusta heksaaniuutosta!

Tehokkaat ultraääniuuttolaitteet

Hielscherin ultraäänilaitteet ovat yleisesti käytettyjä uuttolaitteita bioaktiivisten yhdisteiden eristämiseen kasvimateriaaleista. Hielscher toimittaa ultraääniuuttolaitteita kaikkiin prosessimittakaavoihin ja voi suositella tarpeisiisi parhaiten sopivaa ultraäänijärjestelmää. Valikoima alkaa kompakteista mutta tehokkaista laboratoriojärjestelmistä analysointiin ja toteutettavuuden testaamiseen, ja Hielscher tarjoaa koko valikoiman laboratorio- ja pilottilaitosten ultraäänilaitteista aina täysin teollisen mittakaavan ultraäänitekniikkaa käyttäviin reaktoreihin. Kattavan ultraääniprosessorivalikoimansa ansiosta Hielscher tarjoaa ihanteellisen laitekokoonpanon uuttoprosessiisi. Prosessisi tilavuudesta ja tavoitteesta riippuen ultraääniuutto voidaan toteuttaa eräprosessina tai jatkuvassa virtauksessa. Monipuoliset lisävarusteet, kuten sonotrodit, amplitudivahvistimet, virtauskennot ja reaktorit, mahdollistavat ultraääniprosessorin varustamisen siten, että prosessin tavoitteet saavutetaan ihanteellisesti.
Hielscher-ultraääniprosessoreita voidaan ohjata tarkasti, ja prosessitiedot tallentuvat automaattisesti digitaalisten ultraäänijärjestelmiemme sisäiselle SD-kortille. Prosessiparametrien luotettava hallinta takaa tasaisen korkean tuotelaadun. Prosessiparametrien automaattinen tallennus helpottaa prosessin standardointia ja hyvien tuotantotapojen (GMP) noudattamista.
Hielscher-ultraäänilaitteiden vankka rakenne mahdollistaa käytön 24/7 raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä. Helppo ja turvallinen käyttö sekä vähäinen huoltotarve tekevät Hielscher-ultraäänijärjestelmistä tuotantosi luotettavia työjuhtia.

Alla oleva taulukko antaa suuntaa ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Erätilavuus	Tilavuusvirta	Suositellut laitteet
0,5–1,5 mL	n.a.	VialTweeter
1–500 mL	10–200 mL/min	UP100H
10–2 000 mL	20–400 mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20 L	0,2–4 L/min	UIP2000hdT
10–100 L	2–10 L/min	UIP4000
n.a.	10–100 L/min	UIP16000
n.a.	suurempi	laiteryhmä: UIP16000

Ota meihin yhteyttä nyt saadaksesi lisätietoja! Hyvin koulutettu henkilökuntamme keskustelee mielellään kanssasi uuttoprosessistasi!

Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!

Tässä esityksessä tutustutaan kasviuutteiden valmistukseen. Selitämme laadukkaiden kasviuutteiden valmistuksen haasteet ja sen, miten ultraäänilaite auttaa ratkaisemaan ne. Esityksessä näytetään, miten ultraääniuutto toimii. Opit, mitä hyötyjä ultraäänilaitteen käytöstä uuttamisessa voi odottaa ja miten ultraääniuutin voidaan ottaa käyttöön uutetuotannossa.

Liittyvät aiheet

Kirjallisuus/lähteet

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.

Hyödyllistä tietoa

Miksi ultraääniuutto on niin tehokasta?

Ultrasonically-assisted extraction (UAE) perustuu erittäin voimakkaiden ultraääniaaltojen (akustisten aaltojen) kytkemiseen nesteeseen tai lietteeseen. Akustiset aallot synnyttävät vuorottelevia korkean ja matalan paineen jaksoja, jotka aiheuttavat akustisen kavitaation. Ultraääni- eli akustiselle kavitaatiolle ovat ominaisia äärimmäiset, paikallisesti rajatut olosuhteet, joissa paineet, lämpötilat ja leikkausvoimat ovat erittäin suuria. Kokoon luhistuvien kavitaatiokuplien läheisyydessä voidaan mitata jopa 5 000 K:n lämpötiloja, 1 000 ilmakehän paineita, yli 1 010 K/s:n kuumenemis- ja jäähtymisnopeuksia sekä nestesuihkuja, joiden nopeus on jopa 280 m/s ja jotka ilmenevät erittäin suurina leikkausvoimina ja turbulenssina kavitaatiovyöhykkeellä. Näiden tekijöiden (paineen, lämmön, leikkauksen ja turbulenssin) yhdistelmä hajottaa soluja (lyysi) ja tehostaa aineensiirtoa uuttoprosessin aikana. Näin edistetään kasviperäisten ainesosien neste-kiinteäuuttoa kasvisoluista. Ultraääniuuttotekniikkaa käytetään laajalti flavonoidien, polysakkaridien, alkaloidien, fytosterolien, polyfenolien ja pigmenttien onnistuneeseen ja tehokkaaseen uuttamiseen kasveista.

Ultraäänihajottimia käytetään uuttoihin kasviperäisistä lähteistä (esim. kasveista, levistä ja sienistä)

Ultraääniuutto kasvisoluista: mikroskooppinen poikkileikkaus (TS) näyttää solujen ultraääniuuton toimintamekanismin (suurennus 2000x) [lähde: Vilkhu et al. 2011]

Tupakka

Useita Nicotiana-suvun ja Solanaceae-heimon (koisokasvit) kasveja kutsutaan tupakkakasveiksi. Sen lisäksi, että tupakka on yleisesti käytetty kasvin nimitys, sillä tarkoitetaan myös tupakkakasvin kuivatuista ja käsitellyistä lehdistä valmistettuja tuotteita. Vaikka Nicotiana tabacum on tärkein tupakan ja nikotiinin tuotantoon viljelty kasvi, tupakkakasvilajeja on yli 70. N. tabacum on tupakkatuotteissa pääasiassa käytetty laji, mutta voimakkaampaa muunnosta N. rustica tavataan kaikkialla maailmassa, ja sitä käytetään torjunta-aineiden tuotantoon. Nikotiinipitoisuuksia verrattaessa N. rustican lehtien nikotiinipitoisuus on jopa 9 %, kun taas N. tabacumin lehdet sisältävät noin 1–3 % nikotiinia.
Tupakka sisältää stimuloivaa nikotiinialkaloidia sekä harmala-alkaloideja. Kuivattuja ja käsiteltyjä tupakanlehtiä käytetään pääasiassa polttamiseen savukkeissa, sikareissa, piipuissa ja vesipiipuissa sekä sähkösavukkeissa, sähkösikareissa, sähköpiipuissa ja höyrystimissä. Vaihtoehtoisesti niitä voidaan käyttää nenänuuskana, purutupakkana, irtonaisena suunuuskana ja nuuskana.

Tupakkakasvien heimossa on useita lajeja ja alalajeja, joilla on erilaiset alkaloidi- ja makuprofiilit.
Itämainen tupakka (Nicotiana tabacum L.) on pääasiassa Turkissa, Kreikassa ja niiden lähialueilla viljelty tupakkalaji, jota käytetään savukkeiden, sikarien ja purutupakan kaupalliseen tuotantoon. Sillä on voimakas ominaismaku, sen nikotiinipitoisuus on suhteellisen alhainen, ja se sisältää runsaasti pelkistäviä sokereita, happoja ja haihtuvaa aromiöljyä, mikä antaa tupakkatuotteille voimakkaan aromin.

Tunnettuja luonnonvaraisia tupakkalajeja on 67. Alla on lueteltu yleisimmät lajit:

Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – monikukkainen tupakka
Nicotiana africana Merxm.
Nicotiana alata Link & Otto – siipitupakka, jasmiinitupakka, tanbaku (persiaksi)
Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – kojoottitupakka
Nicotiana benthamiana Domin
Nicotiana clevelandii A. Gray
Nicotiana glauca Graham – puutupakka, brasilialainen puutupakka, pensastupakka, sinappipuu
Nicotiana glutinosa L.
Nicotiana langsdorffii Weinm.
Nicotiana longiflora Cav.
Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – aavikkotupakka, punche, ”tabaquillo”
Nicotiana otophora Griseb.
Nicotiana plumbaginifolia Viv.
Nicotiana quadrivalvis Pursh
Nicotiana rustica L. – atsteekkitupakka, mapacho
Nicotiana suaveolens Lehm. – australialainen tupakka
Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – eteläamerikkalainen tupakka, metsätupakka
Nicotiana tabacum L. – kaupallinen tupakka, jota viljellään savukkeiden, sikarien, purutupakan jne. tuotantoon
Nicotiana tomentosiformis Goodsp.

Seuraavat kolme lajia ovat ihmisen aikaansaamia risteymiä:

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

Tupakkatyypit
Tupakanlehtien kuivaus- ja käsittelyprosessi sekä sitä seuraava kypsytys aiheuttavat lehdissä olevien karotenoidien hidasta hapettumista ja hajoamista. Hapettumisen seurauksena tupakanlehdissä syntetisoituu tiettyjä yhdisteitä, jotka tuottavat makeita heinän, teen, ruusuöljyn tai hedelmien aromeja ja edistävät savun ”pehmeyttä”. Tärkkelykset muuttuvat sokereiksi, jotka myöhemmin glykoivat proteiineja ja hapettuvat pitkälle edenneen glykaation lopputuotteiksi (AGEs). Tämä on karamellisoitumisprosessi, joka antaa myös savulle sen maun.
Tupakan valmistus- ja kuivausmenetelmä vaikuttaa sen lopullisiin aromiominaisuuksiin. Kuivaus voidaan toteuttaa ilmalla, tulella, savukaasujen välillisellä lämmöllä tai auringossa. Esimerkiksi savukaasujen välillisellä lämmöllä kuivattu tupakka (esim. Ranskasta) sisältää vain vähän alkaloideja, kun taas ilmakuivattu Burley-tupakka (esim. Guatemalasta) tunnetaan korkeasta alkaloidipitoisuudestaan.