Ultrazvučna ekstrakcija duhana

Konvencionalna ekstrakcija duhana spor je i dugotrajan proces koji uključuje uporabu toksičnih otapala pri visokim temperaturama, što ga čini opasnim. Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija alkaloida iz duhana može se provoditi uz uporabu vode ili blagih otapala u brzom postupku koji traje nekoliko minuta. Ultrazvučno ekstrahirani alkaloidi iz duhana, poput nikotina, oslobađaju se brzim i vrlo učinkovitim postupkom kojim se postižu visoki prinosi ekstrakta punog spektra (koji sadrži nikotin, nornikotin, klorogensku kiselinu, 5-kafeoilkininsku kiselinu, rutin, kafeinsku kiselinu i skopoletin, solanesol itd.).

Ultrazvučna ekstrakcija duhana

Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija brza je, učinkovita i praktična metoda ekstrakcije koja se temelji na primjeni ultrazvuka velike snage. Intenzivni ultrazvučni valovi stvaraju brza mikrogibanja i akustičnu kavitaciju u sustavima kruto–tekuće (npr. biljni materijal u otapalu, poput listova duhana u etanolu), što rezultira povećanim prijenosom tvari i ubrzanim procesom ekstrakcije. U usporedbi s drugim naprednim tehnikama ekstrakcije, poput ekstrakcije superkritičnim fluidom i ekstrakcije ionskim parovima, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija znatno je ekonomičnija, prihvatljivija za okoliš, sigurnija i jednostavnija za primjenu. Stoga je ultrazvučna ekstrakcija preferirana tehnika ekstrakcije za oslobađanje bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala.
Ultrazvučnom ekstrakcijom dobiva se ekstrakt širokog spektra koji sadrži nikotin, glavni alkaloid koji čini 94–98% ukupnog sadržaja alkaloida u duhanu, kao i alkaloide nornikotin, anabazin, anatabin, kotinin i miozmin.
Pročitajte više o ekstrakciji alkaloida iz biljnog materijala ultrazvučnim uređajem sa sondom!

Ultrazvučna ekstrakcija duhana ultrazvučnim uređajem UP400St (400W) i sondom S24d20L2 za veći prinos nikotina uz kraće vrijeme obrade. Ultrazvučna ekstrakcija duhana može se provoditi s blagim otapalima te je stoga zelena, ekološki prihvatljiva metoda.

Ekstrakti duhana punog spektra dobiveni sonikacijom

Alkaloidi poput nikotina i nornikotina, klorogenska kiselina, fenolni spojevi, solanesol i drugi bioaktivni spojevi mogu se brzo, učinkovito i sigurno izolirati ultrazvučnom ekstrakcijom. Konvencionalna ekstrakcija duhana uključuje uporabu toksičnih otapala poput heptana pri visokim temperaturama, što postupak ekstrakcije čini opasnim. Cijeli konvencionalni proces ekstrakcije traje približno 24h te je stoga vrlo dugotrajan.
Ultrazvučna ekstrakcija može se provoditi kao ekstrakcija hladnom vodom ili uz uporabu blagih otapala poput etanola ili smjese etanola i vode pri sobnoj temperaturi ili blago povišenim temperaturama. Sonikacija traje nekoliko minuta, što ekstrakciju čini brzim postupkom. Nadalje, uz uporabu vode ili blagih otapala postupak je potpuno siguran i praktičan.

Ultrazvučno proizvedeni ekstrakti punog spektra sadrže glavni alkaloid nikotin, kao i sekundarne ili manje zastupljene alkaloide poput anabazina ili 3-(2-piperidinyl)pyridine, anatabina ili 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine, kotinina ili 1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinone), 2,3’-dipyridyl ili izonikoteina, N-formilnornikotina ili 2-(3-pyridyl)pyrrolidinecarbaldehyde, miozmina ili 3-(1-pyrrolin-2-yl)pyridine, nornikotina ili 3-(pyrrolidin-2-yl)pyridine te beta-nikotirina ili 3-(1-methylpyrrol-2-yl)pyridine.

Sadržaj tih alkaloida varira ovisno o vrsti duhana i duhanskim proizvodima. Dok je nikotin glavni alkaloid s udjelom od 94–98% ukupnog sadržaja alkaloida, nornikotin i anatabin dva su najzastupljenija sekundarna alkaloida, od kojih svaki čini približno 2% do 6% ukupnog sadržaja alkaloida u duhanu.

Prednosti ultrazvučne ekstrakcije duhana:

Veći prinos
Visoka kvaliteta
Brza ekstrakcija
Blag, netoplinski postupak
Voda ili otapalo
Jednostavan i siguran rad

Ultrazvučna ekstrakcija široko se primjenjuje za proizvodnju biljnih ekstrakata kao što je CBD iz kanabisa i konoplje. Ultrazvučna obrada vrlo je učinkovita i brza.

Odaberite iz široke ponude otapala

Pri ultrazvučnoj ekstrakciji možete birati između različitih otapala, uključujući vodu, alkohol, etanol, metanol, smjese etanola i vode ili jaka otapala poput heptana ili heksana. Sva prethodno navedena otapala već su uspješno ispitana i pokazala su se učinkovitima za izolaciju bioaktivnih spojeva poput alkaloida, terpenoida, fenolnih spojeva i solanesola iz biljnog materijala duhana. Sonikacija se može primjenjivati pri ekstrakciji hladnom vodom bez otapala (npr. za pripremu ekoloških ekstrakata) ili se može kombinirati s otapalom po vašem izboru.
Saznajte više o otapalima za ultrazvučnu ekstrakciju iz biljnog materijala!
Saznajte više o ekstrakciji heksanom intenziviranoj ultrazvukom!

Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi

Ultrazvučna oprema tvrtke Hielscher često je korišten alat za ekstrakciju pri izolaciji bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala. Budući da isporučuje ultrazvučne ekstraktore za sve razmjere procesa, Hielscher vam može preporučiti ultrazvučni sustav koji najbolje odgovara vašim potrebama. Počevši od kompaktnih, ali snažnih laboratorijskih sustava za analizu i ispitivanje izvedivosti, Hielscher nudi cjelokupan raspon od laboratorijskih i pilotnih sonikatora do potpuno industrijskih ultrazvučnih reaktora. Zahvaljujući cjelokupnom rasponu ultrazvučnih procesora, Hielscher ima idealnu konfiguraciju za vaš proces ekstrakcije. Ovisno o volumenu i cilju vašeg procesa, ultrazvučna ekstrakcija može se provoditi šaržno ili u kontinuiranom protoku. Raznovrsna dodatna oprema poput sonotroda, pojačivača amplitude, protočnih ćelija i reaktora omogućuje opremanje ultrazvučnog procesora tako da idealno ispuni ciljeve procesa.
Ultrazvučnim procesorima tvrtke Hielscher može se precizno upravljati, a procesni podaci automatski se bilježe na ugrađenu SD karticu naših digitalnih ultrazvučnih sustava. Pouzdana kontrola procesnih parametara osigurava dosljedno visoku kvalitetu proizvoda. Automatsko bilježenje procesnih parametara omogućuje jednostavnu standardizaciju procesa i ispunjavanje zahtjeva dobre proizvođačke prakse (GMP).
Robusnost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima. Jednostavan i siguran rad te mali zahtjevi za održavanjem čine ultrazvučne sustave tvrtke Hielscher pouzdanim osloncem vaše proizvodnje.

Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših sonikatora:

Volumen šarže	Protok	Preporučeni uređaji
0,5 do 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 do 500mL	10 do 200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 do 20L	0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
10 do 100L	2 do 10L/min	UIP4000
n.a.	10 do 100L/min	UIP16000
n.a.	veći	skupina uređaja UIP16000

Obratite nam se sada za dodatne informacije! Naše dobro obučeno osoblje rado će s vama razgovarati o vašem procesu ekstrakcije!

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

U ovoj prezentaciji upoznajemo Vas s proizvodnjom biljnih ekstrakata. Objašnjavamo izazove proizvodnje visokokvalitetnih biljnih ekstrakata i kako Vam sonikator može pomoći da ih prevladate. Prezentacija prikazuje kako funkcionira ultrazvučna ekstrakcija. Saznat ćete koje prednosti možete očekivati pri uporabi sonikatora za ekstrakciju i kako ultrazvučni ekstraktor možete uključiti u proizvodnju svojih ekstrakata.

Povezane teme

Literatura / Reference

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.

Činjenice koje vrijedi znati

Zašto je ultrazvučna ekstrakcija toliko učinkovita?

Ultrasonically-assisted extraction (UAE) temelji se na uvođenju ultrazvučnih valova vrlo visokog intenziteta (akustičnih valova) u tekućinu ili suspenziju. Akustični valovi stvaraju izmjenične cikluse visokog i niskog tlaka, koji dovode do pojave akustične kavitacije. Pojavu ultrazvučne ili akustične kavitacije obilježavaju ekstremni, lokalno ograničeni uvjeti vrlo visokih tlakova, temperatura i smičnih sila. U blizini implodirajućih kavitacijskih mjehurića mogu se izmjeriti temperature do 5000K, tlakovi od 1000 atmosfera, brzina zagrijavanja i hlađenja veća od 1010 K/s te mlazovi tekućine brzine do 280m/s, koji se očituju kao vrlo visoke smične sile i turbulencije u kavitacijskoj zoni. Kombinacija tih čimbenika (tlaka, topline, smicanja i turbulencije) razara stanice (liza) i pojačava prijenos mase tijekom procesa ekstrakcije. Time se potiče ekstrakcija biljnih sastojaka iz biljnih stanica u sustavu tekuće–kruto. Tehnika ultrazvučne ekstrakcije široko se primjenjuje za uspješnu i učinkovitu ekstrakciju flavonoida, polisaharida, alkaloida, fitosterola, polifenola i pigmenata iz biljaka.

Ultrazvučni uređaji za razaranje stanica upotrebljavaju se za ekstrakciju iz biljnih i srodnih izvora (npr. biljaka, algi, gljiva)

Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih stanica: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tijekom ultrazvučne ekstrakcije iz stanica (povećanje 2000x) [izvor: Vilkhu i sur. 2011]

Duhan

Različite biljke iz roda Nicotiana i porodice Solanaceae (pomoćnice) poznate su kao biljke duhana. Osim što je uobičajen naziv za biljku, duhan označava i proizvode pripremljene od obrađenih listova biljke duhana. Iako je Nicotiana tabacum glavna kultura koja se koristi za proizvodnju duhana i nikotina, postoji više od 70 biljnih vrsta duhana. N. tabacum prevladavajuća je vrsta koja se koristi za duhanske proizvode, no snažnija varijanta N. rustica može se pronaći diljem svijeta i koristi se za proizvodnju pesticida. Usporedi li se sadržaj nikotina, listovi N. rustica imaju sadržaj nikotina čak 9%, dok listovi N. tabacum sadrže oko 1 do 3%.
Duhan sadrži stimulirajući alkaloid nikotin, kao i alkaloide harmale. Osušeni i obrađeni listovi duhana uglavnom se koriste za pušenje u cigaretama, cigarama, lulama, nargilama te e-cigaretama, e-cigarama, e-lulama i isparivačima. Alternativno se mogu konzumirati kao burmut, duhan za žvakanje, duhan za stavljanje između usnice i desni te snus.

Porodica biljaka duhana obuhvaća različite vrste i podvrste koje imaju različite alkaloidne profile i profile okusa.
Orijentalni duhan (Nicotiana tabacum L.) vrsta je duhana koja se uzgaja uglavnom u Turskoj, Grčkoj i susjednim područjima, a koristi se za komercijalnu proizvodnju cigareta, cigara i duhana za žvakanje. Ima snažan karakterističan okus, relativno nizak sadržaj nikotina te visok sadržaj reducirajućih šećera, kiselina i hlapljivog aromatičnog ulja, što duhanskim proizvodima daje intenzivnu aromu.

Poznato je 67 prirodnih vrsta duhana. U nastavku su navedene najčešće vrste:

Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – mnogocvjetni duhan
Nicotiana africana Merxm.
Nicotiana alata Link & Otto – krilati duhan, jasminov duhan, tanbaku (perzijski)
Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – kojotov duhan
Nicotiana benthamiana Domin
Nicotiana clevelandii A. Gray
Nicotiana glauca Graham – drvenasti duhan, brazilski drvenasti duhan, grmoliki duhan, stablo gorušice
Nicotiana glutinosa L.
Nicotiana langsdorffii Weinm.
Nicotiana longiflora Cav.
Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – pustinjski duhan, punche, “tabaquillo”
Nicotiana otophora Griseb.
Nicotiana plumbaginifolia Viv.
Nicotiana quadrivalvis Pursh
Nicotiana rustica L. – astečki duhan, mapacho
Nicotiana suaveolens Lehm. – australski duhan
Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – južnoamerički duhan, šumski duhan
Nicotiana tabacum L. – komercijalni duhan koji se uzgaja za proizvodnju cigareta, cigara, duhana za žvakanje itd.
Nicotiana tomentosiformis Goodsp.

Tri vrste navedene u nastavku hibridi su koje je stvorio čovjek:

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

Vrste duhana
Proces sušenja i naknadnog odležavanja listova duhana izaziva sporu oksidaciju i razgradnju karotenoida prisutnih u listu duhana. Uslijed oksidacije u listovima duhana sintetiziraju se određeni spojevi koji stvaraju arome slatkog sijena, čaja, ružina ulja ili voća, koje doprinose „blagosti” dima. Škrob se pretvara u šećere, koji potom glikiraju proteine i oksidiraju u krajnje produkte uznapredovale glikacije (AGEs). To je proces karamelizacije koji dimu također daje okus.
Način pripreme i sušenja duhana utječe na njegova konačna aromatska svojstva. Sušenje se može provoditi na zraku, nad vatrom, toplim zrakom i na suncu. Primjerice, duhan sušen toplim zrakom (npr. iz Francuske) sadrži samo niske razine alkaloida, dok je duhan Burley sušen na zraku (npr. podrijetlom iz Gvatemale) poznat po visokom sadržaju alkaloida.

Ultrazvučna ekstrakcija duhana