Estrazione ultrasonica del tabacco

L'estrazione convenzionale del tabacco è un processo lento e lungo, che prevede l'uso di solventi tossici ad alte temperature, rendendo il processo pericoloso. L'estrazione a ultrasuoni degli alcaloidi dal tabacco può essere eseguita utilizzando acqua o solventi leggeri in un processo rapido di pochi minuti. Gli alcaloidi estratti con gli ultrasuoni, come la nicotina dal tabacco, vengono rilasciati con una procedura rapida e altamente efficiente, che fornisce rese elevate di un estratto a spettro completo (contenente nicotina, nornicotina, acido clorogenico, acido 5-caffeoilchinico, rutina, acido caffeico e scopoletina, solanesolo ecc.)

Estrazione ultrasonica del tabacco

L'estrazione assistita da ultrasuoni è un metodo di estrazione rapido, efficace e conveniente, basato sull'applicazione di ultrasuoni di potenza. Le intense onde ultrasoniche generano rapidi micromovimenti e cavitazione acustica nei sistemi solido-liquido (ad esempio materiale vegetale in solvente, ad esempio foglie di tabacco in etanolo), con conseguente aumento del trasferimento di massa e accelerazione del processo di estrazione. Rispetto ad altre tecniche di estrazione avanzate, come l'estrazione con fluidi supercritici e l'estrazione a coppia ionica, l'estrazione assistita da ultrasuoni è significativamente più economica, rispettosa dell'ambiente, più sicura e più facile da usare. Pertanto, l'estrazione a ultrasuoni è la tecnica di estrazione preferita per liberare i composti bioattivi dalle piante.
L'estrazione a ultrasuoni produce un estratto ad ampio spettro, contenente nicotina, che è l'alcaloide primario con il 94-98% del contenuto totale di alcaloidi nel tabacco, oltre agli alcaloidi nornicotina, anabasina, anatabina, cotinina e miosmina.
Per saperne di più sull'estrazione di alcaloidi da materiale vegetale con un ultrasuonatore a sonda!
 

Estrazione del tabacco a ultrasuoni con l'ultrasuonatore UP400St (400W) e la sonda S24d20L2 per una maggiore resa di nicotina in tempi più brevi. L'estrazione del tabacco a ultrasuoni può essere eseguita con solventi delicati ed è quindi un metodo ecologico e rispettoso dell'ambiente.

Estrattore a ultrasuoni UP400ST per l'estrazione della nicotina dalle foglie di tabacco

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Hielscher ultrasonicator UP400St con sonotrodo S24d22L2 per l'estrazione di nicotina e harmala dalle foglie di tabacco.

Sonicator UP400St (400 watt) per l'estrazione di alcaloidi come nicotina, nornicotina, acido clorogenico, ecc. dalle foglie di tabacco.

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Estratti di tabacco a spettro completo con sonicazione

Gli alcaloidi come la nicotina e la nornicotina, l'acido clorogenico, i fenoli, il solanesolo e altri composti bioattivi possono essere isolati in modo rapido, efficiente e sicuro utilizzando l'estrazione a ultrasuoni. L'estrazione convenzionale del tabacco prevede l'uso di solventi tossici come l'eptano ad alte temperature, che rendono il processo di estrazione una procedura pericolosa. L'intero processo di estrazione convenzionale dura circa 24 ore e richiede quindi molto tempo.
L'estrazione ad ultrasuoni può essere eseguita come estrazione con acqua fredda o utilizzando solventi delicati come etanolo o miscela etanolo-acqua a temperatura ambiente o temperature leggermente elevate. La sonicazione richiede alcuni minuti, il che trasforma l'estrazione in una procedura rapida. Inoltre, utilizzando acqua o solventi delicati, il processo è completamente sicuro e conveniente.

Le foglie di tabacco ultrasonicamente esaurite vengono separate dai composti estratti nel solvente.

Gli estratti a spettro completo prodotti con gli ultrasuoni contengono l'alcaloide primario nicotina così come gli alcaloidi secondari o minori come anabasina o 3-(2-piperidinil)piridina, anatabina o 3-(2-1,2,3,6-tetraidropiridil)piridina, cotinina o 1-metil-5-(3-piridil)-2-pirrolidinone), 2,3'-dipiridile o isonicoteina, N-formilnornicotina o 2-(3-piridil)pirrolidinecarbaldeide, miosmina o 3-(1-pirrolin-2-il)piridina, nornicotina o 3-(pirrolidin-2-il)piridina, e beta-nicotirina o 3-(1-metilpirrolo-2-il)piridina.

Il contenuto di questi alcaloidi varia a seconda delle specie di tabacco e dei prodotti del tabacco. Mentre la nicotina è l'alcaloide primario con il 94-98% del contenuto totale di alcaloidi, la nornicotina e l'anatabina sono i due alcaloidi secondari più abbondanti, ognuno dei quali rappresenta dal 2% al 6% circa del contenuto totale di alcaloidi del tabacco.

Vantaggi dell'estrazione ultrasonica del tabacco:

  • maggiore resa
  • Alta qualità
  • Estrazione rapida
  • Processo delicato, non termico
  • Acqua o solvente
  • Semplice & funzionamento sicuro
L'estrazione ad ultrasuoni è ampiamente utilizzata per la produzione di estratti botanici come il CBD dalla cannabis e dalla canapa. L'ecografia è altamente efficiente e rapida.

Estrazione a ultrasuoni di composti bioattivi dalle piante

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Scegliere da un'ampia selezione di solventi

Utilizzando l'estrazione a ultrasuoni, è possibile scegliere tra vari solventi, tra cui acqua, alcol, etanolo, metanolo, miscele etanolo-acqua o solventi forti come l'eptano o l'esano. Tutti i solventi precedentemente nominati sono già stati testati con successo e hanno dimostrato di essere efficaci per l'isolamento di composti bioattivi come alcaloidi, terpenoidi, fenoli e solanesolo da materiali vegetali di tabacco. La sonicazione può essere utilizzata nell'estrazione ad acqua fredda senza solventi (ad esempio per preparare estratti organici) o può essere combinata con un solvente di vostra scelta.
Per saperne di più sui solventi per l'estrazione ad ultrasuoni da piante!
Per saperne di più sull'estrazione esanica intensificata a ultrasuoni!

Estrazione di nicotina a ultrasuoni dalle foglie di tabacco con il sonicatore UP200Ht

Estrazione ad ultrasuoni di nicotina dalle foglie di tabacco utilizzando il sonicatore UP200Ht

Estrattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni

Processore ad ultrasuoni UIP4000hdT (4kW) per l'estrazione di pectine in un processo industriale in linea.Le apparecchiature a ultrasuoni della Hielscher sono comunemente uno strumento di estrazione per l'isolamento dei composti bioattivi dai prodotti botanici. Fornendo estrattori a ultrasuoni per tutte le scale di processo, Hielscher è in grado di consigliarvi il sistema a ultrasuoni più adatto alle vostre esigenze. A partire da estrattori compatti, ma potenti sistemi di laboratorio per analisi e test di fattibilità, Hielscher offre una gamma completa di ultrasuoni da laboratorio e per impianti pilota fino a ultrasuoni completamente industriali reattori. Offrendo l'intera larghezza di banda dei processori a ultrasuoni, Hielscher ha la configurazione ideale per il vostro processo di estrazione. A seconda del volume e dell'obiettivo del vostro processo, l'estrazione a ultrasuoni può essere eseguita in modalità batch o a flusso continuo. Gli accessori del manifold come i sonotrodi, i booster horns, le celle di flusso e i reattori permettono di equipaggiare il processore a ultrasuoni per soddisfare in modo ideale gli obiettivi del processo.
I processori a ultrasuoni Hielscher possono essere controllati con precisione e i dati di processo vengono registrati automaticamente sulla scheda SD integrata dei nostri sistemi digitali a ultrasuoni. Il controllo affidabile dei parametri di processo garantisce una qualità del prodotto sempre elevata. La registrazione automatica dei parametri di processo consente una facile standardizzazione del processo e il rispetto delle buone pratiche di fabbricazione (GMP).
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Il funzionamento facile e sicuro e la manutenzione ridotta fanno dei sistemi a ultrasuoni Hielscher il cavallo di battaglia affidabile della vostra produzione.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batchPortataDispositivi raccomandati
0,5-1,5 mLn.a.VialTweeter
1 - 500mL10 - 200mL/minUP100H
10 - 2000mL20 - 400mL/minUP200Ht, UP400St
0,1 - 20L0,2 - 4L/minUIP2000hdT
10 - 100L2 - 10L/minUIP4000
n.a.10 - 100L/minUIP16000
n.a.più grandecluster di UIP16000

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In questa presentazione vi presentiamo la produzione di estratti botanici. Spiegheremo le sfide della produzione di estratti botanici di alta qualità e come un sonicatore può aiutarvi a superarle. Questa presentazione vi mostrerà come funziona l'estrazione a ultrasuoni. Imparerete quali vantaggi potete aspettarvi utilizzando un sonicatore per l'estrazione e come potete implementare un estrattore a ultrasuoni nella vostra produzione di estratti.

Estrazione botanica a ultrasuoni - Come utilizzare i sonicatori per estrarre i composti botanici

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Hielscher Ultrasonics produce ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni geochimiche.

Processori ad ultrasuoni ad alta potenza da laboratorio a scala pilota e industriale.

L'ultrasonografo industriale UIP2000hdT in uno stand speciale

UIP2000hdTun potente ultrasuonatore ad alte prestazioni da 2kW



Letteratura/riferimenti

Particolarità / Cose da sapere

Perché l'estrazione a ultrasuoni è così efficace?

Ultrasonically-assisted extraction (UAE) si basa sull'accoppiamento di onde ultrasonore altamente intense (onde acustiche) in un liquido o in un impasto. Le onde acustiche creano cicli alternati di alta pressione e bassa pressione, che danno luogo al fenomeno della cavitazione acustica. Il fenomeno della cavitazione ultrasonica o acustica è caratterizzato da condizioni estreme, localmente confinate, di pressioni, temperature e forze di taglio molto elevate. In prossimità delle bolle di cavitazione implodenti, si possono misurare temperature fino a 5000 K, pressioni di 1000 atmosfere, velocità di riscaldamento-raffreddamento superiori a 1010 K/s e getti di liquidi con velocità fino a 280 m/s, che si manifestano come forze di taglio e turbolenze molto elevate nella zona di cavitazione. La combinazione di questi fattori (pressione, calore, taglio e turbolenza) distrugge le cellule (lisi) e intensifica il trasferimento di massa durante il processo di estrazione. In questo modo, si favorisce l'estrazione liquido-solida dei fitocostituenti dalle cellule vegetali. La tecnica di estrazione a ultrasuoni è ampiamente applicata per l'estrazione efficace di flavonoidi, polisaccaridi, alcaloidi, fitosteroli, polifenoli e pigmenti dalle piante.

I perturbatori a ultrasuoni sono utilizzati per l'estrazione da fonti di fitofarmaci (ad esempio piante, alghe, funghi).

Estrazione ultrasonica da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo delle azioni durante l'estrazione ultrasonica dalle cellule (ingrandimento 2000x) [risorsa: Vilkhu et al. 2011].

Tabacco

Diverse piante del genere Nicotiana e della famiglia delle Solanaceae (belladonna) sono note come piante di tabacco. Oltre a essere il termine comunemente usato per la pianta, il tabacco descrive anche i prodotti preparati dalle foglie essiccate della pianta di tabacco. Sebbene la Nicotiana tabacum sia la coltura principale per la produzione di tabacco e nicotina, esistono oltre 70 specie di piante di tabacco. La N. tabacum è la specie dominante utilizzata per i prodotti del tabacco, ma la variante più potente N. rustica si trova in tutto il mondo ed è utilizzata per la produzione di pesticidi. Confrontando il contenuto di nicotina, le foglie di N. rustica hanno un contenuto di nicotina fino al 9%, mentre le foglie di N. tabacum ne contengono dall'1 al 3%.
Il tabacco contiene l'alcaloide stimolante nicotina così come gli alcaloidi harmala. Le foglie di tabacco essiccate e curate sono usate principalmente per fumare in sigarette, sigari, pipe, shisha e sigarette elettroniche, sigari elettronici, pipe elettroniche e vaporizzatori. In alternativa, possono essere consumati come tabacco da fiuto, tabacco da masticare, tabacco da immersione e snus.

La famiglia delle piante di tabacco contiene varie (sotto)specie, che mostrano diversi profili di alcaloidi e sapori.
Il tabacco orientale (Nicotiana tabacum L.) è una specie di tabacco coltivato principalmente in Turchia, Grecia e zone limitrofe, che viene utilizzato per la produzione commerciale di sigarette, sigari e tabacco da masticare. Ha un forte sapore caratteristico, è relativamente basso in nicotina e alto in zuccheri riduttori, acidi e olio aromatico volatile, che dà ai prodotti del tabacco un aroma intenso.

Si conoscono 67 specie naturali di tabacco. Di seguito sono elencate le specie più comuni:

  • Nicotiana acuminata (Graham) Hook. - tabacco millefiori
  • Nicotiana africana Merxm.
  • Nicotiana alata Collegamento & Otto - tabacco alato, tabacco al gelsomino, tanbaku (persiano)
  • Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson - tabacco coyote
  • Nicotiana benthamiana Domin
  • Nicotiana clevelandii A. Gray
  • Nicotiana glauca Graham - tabacco da albero, tabacco da albero brasiliano, tabacco da arbusto, senape
  • Nicotiana glutinosa L.
  • Nicotiana langsdorffii Weinm.
  • Nicotiana longiflora Cav.
  • Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
  • Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti - tabacco del deserto, punche, “tabaquillo”
  • Nicotiana otophora Griseb.
  • Nicotiana plumbaginifolia Viv.
  • Nicotiana quadrivalvis Pursh
  • Nicotiana rustica L. - Tabacco azteco, mapacho
  • Nicotiana suaveolens Lehm. - Tabacco australiano
  • Nicotiana sylvestris Speg. & Viene - tabacco sudamericano, tabacco di bosco
  • Nicotiana tabacum L. - tabacco commerciale coltivato per la produzione di sigarette, sigari, tabacco da masticare, ecc.
  • Nicotiana tomentosiformis Goodsp.

Le tre specie che seguono sono ibridi creati dall'uomo:

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

Tipi di tabacco
La concia e il successivo processo di invecchiamento delle foglie di tabacco inducono una lenta ossidazione e degradazione dei carotenoidi presenti nella foglia di tabacco. A causa dell'ossidazione, nelle foglie di tabacco vengono sintetizzati alcuni composti che danno luogo a sapori dolci di fieno, tè, olio di rosa o aromatici fruttati, che contribuiscono alla “scorrevolezza” del fumo. Gli amidi sono convertiti in zuccheri, che successivamente glicano le proteine e sono ossidati in prodotti finali di glicazione avanzata (AGE). Questo è un processo di caramellizzazione che dà al fumo anche il suo sapore.
Il metodo di preparazione e stagionatura del tabacco influenza le sue caratteristiche finali di aroma. La stagionatura può essere ottenuta tramite aria, fuoco, canna fumaria e sole. Per esempio, il tabacco flue-cured (ad esempio dalla Francia) contiene solo bassi livelli di alcaloidi, mentre il tabacco Burley air-cured (ad esempio proveniente dal Guatemala) è noto per il suo alto contenuto di alcaloidi.

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