Estrazione del tabacco a ultrasuoni
L’estrazione convenzionale del tabacco è un processo lento e dispendioso in termini di tempo, che comporta l’uso di solventi tossici ad alte temperature, rendendo il processo pericoloso. L’estrazione assistita da ultrasuoni degli alcaloidi dal tabacco può essere effettuata utilizzando acqua o solventi blandi, con un processo rapido della durata di pochi minuti. Gli alcaloidi del tabacco, come la nicotina, vengono estratti mediante ultrasuoni con una procedura rapida e altamente efficiente, che consente di ottenere rese elevate di un estratto a spettro completo (contenente nicotina, nornicotina, acido clorogenico, acido 5-caffeoilchinico, rutina, acido caffeico e scopoletina, solanesolo ecc.).
Estrazione del tabacco a ultrasuoni
L’estrazione assistita da ultrasuoni è un metodo di estrazione rapido, efficace e pratico, 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 un solvente, come foglie di tabacco in etanolo), aumentando il trasferimento di massa e accelerando il processo di estrazione. Rispetto ad altre tecniche di estrazione avanzate, come l’estrazione con fluidi supercritici e l’estrazione a coppie ioniche, l’estrazione assistita da ultrasuoni è significativamente più economica, più rispettosa dell’ambiente, più sicura e più facile da utilizzare. Pertanto, l’estrazione a ultrasuoni è la tecnica preferita per liberare composti bioattivi dalle materie prime vegetali.
L’estrazione a ultrasuoni produce un estratto ad ampio spettro contenente nicotina, l’alcaloide principale che rappresenta il 94–98% del contenuto totale di alcaloidi nel tabacco, oltre agli alcaloidi nornicotina, anabasina, anatabina, cotinina e miosmina.
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Sonicatore UP400St (400 watt) per l’estrazione di alcaloidi come nicotina, nornicotina, acido clorogenico ecc. dalle foglie di tabacco.
Estratti di tabacco a spettro completo mediante sonicazione
Alcaloidi come nicotina e nornicotina, acido clorogenico, composti fenolici, solanesolo e altri composti bioattivi possono essere isolati in modo rapido, efficiente e sicuro mediante estrazione a ultrasuoni. L’estrazione convenzionale del tabacco comporta l’uso di solventi tossici, come l’eptano, ad alte temperature, rendendo il processo di estrazione una procedura pericolosa. L’intero processo di estrazione convenzionale richiede circa 24h ed è quindi molto dispendioso in termini di tempo.
L’estrazione a ultrasuoni può essere effettuata con acqua fredda oppure utilizzando solventi blandi, come etanolo o una miscela di etanolo e acqua, a temperatura ambiente o a temperature leggermente elevate. La sonicazione richiede pochi minuti, rendendo l’estrazione una procedura rapida. Inoltre, utilizzando acqua o solventi blandi, il processo è completamente sicuro e pratico.
Gli estratti a spettro completo prodotti mediante ultrasuoni contengono l’alcaloide principale nicotina, oltre agli 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)pirrolidinacarbaldeide, miosmina o 3-(1-pirrolin-2-il)piridina, nornicotina o 3-(pirrolidin-2-il)piridina e beta-nicotirina o 3-(1-metilpirrol-2-il)piridina.
Il contenuto di questi alcaloidi varia a seconda della specie di tabacco e dei prodotti del tabacco. Mentre la nicotina è l’alcaloide principale e rappresenta il 94–98% del contenuto totale di alcaloidi, nornicotina e anatabina sono i due alcaloidi secondari più abbondanti, ciascuno dei quali rappresenta circa il 2%–6% del contenuto totale di alcaloidi del tabacco.
- Resa più elevata
- Alta qualità
- Estrazione rapida
- Processo blando e non termico
- Acqua o solvente
- Funzionamento semplice e sicuro
Scegli tra un’ampia gamma di solventi
Con l’estrazione a ultrasuoni puoi scegliere tra diversi solventi, tra cui acqua, alcol, etanolo, metanolo, miscele di etanolo e acqua oppure solventi forti come eptano o esano. Tutti i solventi menzionati sono già stati testati con successo e si sono dimostrati efficaci per isolare composti bioattivi come alcaloidi, terpenoidi, composti fenolici e solanesolo dal materiale vegetale del tabacco. La sonicazione può essere utilizzata nell’estrazione con acqua fredda senza solventi (ad esempio per preparare estratti biologici) oppure può essere combinata con un solvente a scelta.
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Estrazione della nicotina dalle foglie di tabacco mediante ultrasuoni utilizzando il sonicatore UP200Ht
Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni
Le apparecchiature a ultrasuoni Hielscher sono strumenti di estrazione comunemente utilizzati per isolare composti bioattivi dalle materie prime vegetali. Fornendo estrattori a ultrasuoni per ogni scala di processo, Hielscher è in grado di consigliarti il sistema a ultrasuoni più adatto alle tue esigenze. A partire da compatti ma potenti sistemi da laboratorio per analisi e prove di fattibilità, Hielscher offre una gamma completa che va dai sonicatori da laboratorio e per impianti pilota fino ai reattori a ultrasuoni interamente industriali . Grazie alla gamma completa di processori a ultrasuoni, Hielscher dispone della configurazione ideale per il tuo processo di estrazione. A seconda del volume e dell’obiettivo del processo, l’estrazione a ultrasuoni può essere effettuata in modalità batch o a flusso continuo. Numerosi accessori, come sonotrodi, amplificatori di ampiezza, celle di flusso e reattori, consentono di equipaggiare il processore a ultrasuoni per soddisfare al meglio 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 nei nostri sistemi a ultrasuoni digitali. Il controllo affidabile dei parametri di processo garantisce una qualità del prodotto costantemente 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 il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi. Il funzionamento semplice e sicuro e la ridotta manutenzione rendono i sistemi a ultrasuoni Hielscher strumenti di lavoro affidabili per la tua produzione.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del batch | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| Da 0,5 a 1,5mL | n.d. | VialTweeter |
| Da 1 a 500mL | Da 10 a 200mL/min | UP100H |
| Da 10 a 2000mL | Da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Da 0,1 a 20L | Da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| Da 10 a 100L | Da 2 a 10L/min | UIP4000 |
| n.d. | Da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | superiore | gruppo di UIP16000 |
Contattaci subito per ulteriori informazioni! Il nostro personale qualificato sarà lieto di discutere con te il tuo processo di estrazione!
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Processori a ultrasuoni ad alta potenza dalla scala di laboratorio a quella pilota e industriale.
UIP2000hdT, un potente sonicatore da 2kW ad alte prestazioni
Bibliografia/Riferimenti
- 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.
Informazioni utili
Perché l’estrazione a ultrasuoni è così efficace?
Ultrasonically-assisted extraction (UAE) si basa sull’accoppiamento di onde ultrasoniche ad alta intensità (onde acustiche) in un liquido o in una sospensione. Le onde acustiche creano cicli alternati di alta pressione / bassa pressione, che danno origine al fenomeno della cavitazione acustica. Il fenomeno della cavitazione ultrasonica o acustica è caratterizzato da condizioni estreme e localmente circoscritte di pressioni, temperature e forze di taglio molto elevate. In prossimità delle bolle di cavitazione che implodono, si possono misurare temperature fino a 5000K, pressioni di 1000 atmosfere, velocità di riscaldamento e raffreddamento superiori a 1010 K/s e getti di liquido con velocità fino a 280m/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) disgrega le cellule (lisi) e intensifica il trasferimento di massa durante il processo di estrazione. In questo modo viene favorita l’estrazione liquido-solido dei fitocostituenti dalle cellule vegetali. La tecnica di estrazione a ultrasuoni è ampiamente utilizzata per estrarre con successo ed efficienza flavonoidi, polisaccaridi, alcaloidi, fitosteroli, polifenoli e pigmenti dalle piante.
Estrazione a ultrasuoni dalle cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo d’azione durante l’estrazione a ultrasuoni dalle cellule (ingrandimento 2000x) [fonte: Vilkhu et al. 2011]
Tabacco
Diverse piante del genere Nicotiana e della famiglia Solanaceae (solanacee) sono note come piante di tabacco. Oltre a essere il termine comunemente usato per la pianta, tabacco indica anche i prodotti preparati dalle foglie conciate della pianta di tabacco. Sebbene Nicotiana tabacum sia la principale coltura utilizzata per la produzione di tabacco e nicotina, esistono oltre 70 specie vegetali di tabacco. N. tabacum è la specie dominante utilizzata per i prodotti del tabacco; tuttavia, la variante più potente N. rustica è presente in tutto il mondo e viene utilizzata per la produzione di pesticidi. Confrontando il contenuto di nicotina, le foglie di N. rustica ne contengono fino al 9%, mentre le foglie di N. tabacum ne contengono circa l’1%–3%.
Il tabacco contiene l’alcaloide stimolante nicotina e gli alcaloidi dell’armala. Le foglie di tabacco essiccate e conciate sono utilizzate principalmente per fumare sigarette, sigari, pipe, narghilè, nonché sigarette elettroniche, sigari elettronici, pipe elettroniche e vaporizzatori. In alternativa, possono essere consumate sotto forma di tabacco da fiuto, tabacco da masticare, tabacco umido per uso orale e snus.
La famiglia delle piante di tabacco comprende diverse specie e sottospecie, che presentano differenti profili di alcaloidi e aromi.
Il tabacco orientale (Nicotiana tabacum L.) è una specie di tabacco coltivata principalmente in Turchia, Grecia e nelle aree limitrofe, utilizzata per la produzione commerciale di sigarette, sigari e tabacco da masticare. Ha un sapore intenso e caratteristico, un contenuto relativamente basso di nicotina e un contenuto elevato di zuccheri riducenti, acidi e olio aromatico volatile, che conferisce ai prodotti del tabacco un aroma intenso.
Sono note 67 specie naturali di tabacco. Di seguito sono elencate le specie più comuni:
- Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – tabacco a molti fiori
- Nicotiana africana Merxm.
- Nicotiana alata Link & Otto – tabacco alato, tabacco gelsomino, tanbaku (persiano)
- Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – tabacco del coyote
- Nicotiana benthamiana Domin
- Nicotiana clevelandii A. Gray
- Nicotiana glauca Graham – tabacco arboreo, tabacco arboreo brasiliano, tabacco arbustivo, albero della 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. & Comes – tabacco sudamericano, tabacco dei boschi
- Nicotiana tabacum L. – tabacco commerciale coltivato per la produzione di sigarette, sigari, tabacco da masticare ecc.
- Nicotiana tomentosiformis Goodsp.
Le tre specie seguenti 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
Il processo di concia e il successivo invecchiamento delle foglie di tabacco inducono una lenta ossidazione e degradazione dei carotenoidi presenti nella foglia di tabacco. Per effetto dell’ossidazione, nelle foglie di tabacco vengono sintetizzati determinati composti che producono note aromatiche di fieno dolce, tè, olio di rosa o frutta, contribuendo alla “morbidezza” del fumo. Gli amidi vengono convertiti in zuccheri, che successivamente glicano le proteine e vengono ossidati in prodotti finali della glicazione avanzata (AGEs). Si tratta di un processo di caramellizzazione che conferisce anche al fumo il suo sapore.
Il metodo di preparazione e concia del tabacco ne influenza le caratteristiche aromatiche finali. La concia può essere effettuata all’aria, a fuoco, con aria calda o al sole. Ad esempio, il tabacco conciato con aria calda (ad esempio proveniente dalla Francia) contiene solo bassi livelli di alcaloidi, mentre il tabacco Burley conciato all’aria (ad esempio proveniente dal Guatemala) è noto per il suo elevato contenuto di alcaloidi.