タバコの超音波抽出
従来のタバコ抽出は、進行が遅く時間のかかるプロセスであり、高温で有毒な溶媒を使用するため、危険を伴います。タバコからのアルカロイドの超音波支援抽出は、水または穏やかな溶媒を使用して、数分間の迅速なプロセスで実施できます。タバコから超音波抽出されるニコチンなどのアルカロイドは、迅速かつ非常に効率的な手順で放出され、フルスペクトラム抽出物（ニコチン、ノルニコチン、クロロゲン酸、5-caffeoylquinic acid、ルチン、カフェ酸、スコポレチン、ソラネソールなどを含む）が高収量で得られます。
タバコの超音波抽出
超音波支援抽出は、高出力超音波の応用に基づく、迅速で効果的かつ使いやすい抽出方法です。強力な超音波は、固液系（例えば、溶媒中の植物材料、具体的にはエタノール中のタバコ葉）に急速な微小運動と音響キャビテーションを発生させ、物質移動を増大させるとともに抽出プロセスを加速します。超臨界流体抽出やイオン対抽出など、ほかの先進的な抽出技術と比較して、超音波支援抽出は大幅に経済的で、環境に優しく、安全で使いやすい方法です。そのため、超音波抽出は、植物原料から生理活性化合物を放出させるために優先的に選ばれる抽出技術です。
超音波抽出では、タバコの総アルカロイド含有量の94–98%を占める主要アルカロイドであるニコチンに加え、ノルニコチン、アナバシン、アナタビン、コチニン、ミオスミンなどのアルカロイドを含む、幅広い成分の抽出物が得られます。
プローブ型超音波装置を使用した植物材料からのアルカロイド抽出について、詳しくはこちらをご覧ください！
超音波装置UP400St（400ワット） は、タバコ葉からニコチン、ノルニコチン、クロロゲン酸などのアルカロイドを抽出するために使用します。
超音波処理によるタバコのフルスペクトラム抽出物
ニコチンやノルニコチンなどのアルカロイド、クロロゲン酸、フェノール性化合物、ソラネソール、その他の生理活性化合物は、超音波抽出を使用して迅速、効率的かつ安全に分離できます。従来のタバコ抽出では、ヘプタンなどの有毒な溶媒を高温で使用するため、抽出プロセスは危険を伴う手順となります。従来の抽出プロセス全体には約24hかかるため、非常に時間がかかります。
超音波抽出は、冷水抽出として、またはエタノールやエタノールと水の混合液などの穏やかな溶媒を使用して、室温あるいは室温よりやや高い温度で実施できます。超音波処理は数分で済むため、抽出は迅速な手順となります。さらに、水または穏やかな溶媒を使用すれば、プロセスは完全に安全で使いやすいものとなります。
超音波で生成したフルスペクトラム抽出物には、主要アルカロイドであるニコチンに加え、アナバシンまたは3-(2-piperidinyl)pyridine、アナタビンまたは3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine、コチニンまたは1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinone)、2,3’-dipyridylまたはイソニコテイン、N-ホルミルノルニコチンまたは2-(3-pyridyl)pyrrolidinecarbaldehyde、ミオスミンまたは3-(1-pyrrolin-2-yl)pyridine、ノルニコチンまたは3-(pyrrolidin-2-yl)pyridine、β-ニコチリンまたは3-(1-methylpyrrol-2-yl)pyridineなどの二次的または微量のアルカロイドが含まれます。
これらのアルカロイドの含有量は、タバコの種およびタバコ製品によって異なります。ニコチンが総アルカロイド含有量の94–98%を占める主要アルカロイドである一方、ノルニコチンとアナタビンは二次的なアルカロイドの中で最も多く存在する二つであり、それぞれタバコの総アルカロイド含有量の約2%から6%を占めます。
- より高い収量
- 高品質
- 迅速な抽出
- 穏やかな非加熱プロセス
- 水または溶媒
- 簡単で安全な操作
幅広い溶媒から選択
超音波抽出では、水、アルコール、エタノール、メタノール、エタノールと水の混合液、あるいはヘプタンやヘキサンなどの強力な溶媒を含む、さまざまな溶媒から選択できます。上述の溶媒はすべて、すでに試験で成功を収めており、タバコ植物材料からアルカロイド、テルペノイド、フェノール性化合物、ソラネソールなどの生理活性化合物を分離するのに有効であることが示されています。超音波処理は、溶媒を使用しない冷水抽出（例えば、有機抽出物の調製）に使用することも、お好みの溶媒と組み合わせることもできます。
植物原料の超音波抽出に使用する溶媒について、詳しくはこちらをご覧ください！
超音波で強化したヘキサン抽出について、詳しくはこちらをご覧ください！
タバコ葉からのニコチンの超音波抽出に使用する 超音波装置UP200Ht
高性能超音波抽出装置
Hielscherの超音波機器は、植物原料から生理活性化合物を分離するために広く使用される抽出ツールです。Hielscherは、あらゆるプロセス規模に対応する超音波抽出装置を提供しており、お客様のニーズに最も適した超音波システムをご提案できます。コンパクトながら強力な 実験室用システム を分析と実現可能性試験に用いる構成を起点に、Hielscherは、実験室用およびパイロットプラント用の超音波装置から 完全な産業用超音波 リアクターまでの全範囲を提供しています。超音波プロセッサーの全範囲を取りそろえるHielscherは、お客様の抽出プロセスに最適な構成を提供します。処理量と目的に応じて、超音波抽出はバッチモードまたは連続フローモードで実施できます。ソノトロード、ブースターホーン、フローセル、リアクターなどの多様なアクセサリーにより、プロセス目標を理想的に満たすように超音波プロセッサーを構成できます。
Hielscherの超音波プロセッサーは精密に制御でき、プロセスデータは当社のデジタル超音波システムに内蔵されたSDカードに自動記録されます。プロセスパラメーターを確実に制御することで、一貫した高い製品品質が保証されます。プロセスパラメーターの自動記録により、プロセスの標準化と適正製造規範（GMP）への適合が容易になります。
Hielscherの超音波機器は堅牢であるため、高負荷かつ厳しい環境でも24/7の運転が可能です。簡単で安全な操作と少ないメンテナンスにより、Hielscherの超音波システムは生産現場で頼れる主力機器となります。
以下の表に、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示します。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 0.5–1.5mL | 該当なし | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| 該当なし | 10–100L/min | UIP16000 |
| 該当なし | さらに大きい流量 | クラスター構成の UIP16000 |
詳しい情報については、今すぐお問い合わせください！十分な研修を受けた当社のスタッフが、お客様の抽出プロセスについて喜んでご相談に応じます！
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実験室からパイロット規模、産業規模まで対応する高出力超音波プロセッサー。
UIP2000hdTは、2kWの強力な高性能超音波装置です。
文献・参考資料
- 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.
知っておきたい知識
超音波抽出はなぜこれほど効果的なのか？
Ultrasonically-assisted extraction (UAE) は、非常に強力な超音波（音響波）を液体またはスラリーに結合することに基づいています。音響波は、高圧と低圧が交互に現れる周期を生み出し、音響キャビテーションという現象を引き起こします。超音波キャビテーション、すなわち音響キャビテーションは、非常に高い圧力、温度、せん断力が局所に限定されて生じる極端な条件を特徴とします。崩壊するキャビテーション気泡の近傍では、最大5000Kの温度、1000気圧の圧力、1010 K/sを超える加熱・冷却速度、および最大280m/sの速度の液体ジェットを測定でき、これらはキャビテーション領域内で非常に強いせん断力と乱流として現れます。これらの要因（圧力、熱、せん断、乱流）の組み合わせが細胞を破砕（溶解）し、抽出プロセス中の物質移動を強化します。これにより、植物細胞からの植物成分の固液抽出が促進されます。超音波抽出技術は、植物からフラボノイド、多糖類、アルカロイド、植物ステロール、ポリフェノール、色素を効果的かつ効率的に抽出するために広く応用されています。
植物細胞からの超音波抽出：顕微鏡横断面（TS）は、細胞からの超音波抽出時の作用機構を示しています（倍率2000x）［出典：Vilkhu et al. 2011］
タバコ
Nicotiana属およびSolanaceae（ナス）科のさまざまな植物が、タバコ植物として知られています。タバコという語は、植物を指す一般的な名称であるだけでなく、タバコ植物の乾燥処理した葉から作られる製品も指します。Nicotiana tabacumはタバコとニコチンの生産に使用される主要作物ですが、タバコには70を超える植物種があります。N. tabacumはタバコ製品に使用される主な種ですが、より強力な変種であるN. rusticaは世界各地で見られ、農薬の製造に使用されます。ニコチン含有量を比較すると、N. rusticaの葉には最大9%のニコチンが含まれるのに対し、N. tabacumの葉の含有量は約1–3%です。
タバコには、刺激作用のあるアルカロイドであるニコチンに加え、ハルマラアルカロイドが含まれています。乾燥させ、乾燥処理を施したタバコ葉は、主に紙巻きタバコ、葉巻、パイプ、水タバコ、ならびに電子タバコ、電子葉巻、電子パイプ、ヴェポライザーでの喫煙に使用されます。また、嗅ぎタバコ、噛みタバコ、ディッピングタバコ、スヌースとして摂取することもできます。
タバコ植物の仲間には、アルカロイド組成と風味特性が異なるさまざまな種および亜種があります。
オリエンタルタバコ（Nicotiana tabacum L.）は、主にトルコ、ギリシャおよび近隣地域で栽培されるタバコの種で、紙巻きタバコ、葉巻、噛みタバコの商業生産に使用されます。強い特徴的な風味を持ち、ニコチンが比較的少なく、還元糖、酸、揮発性の香味油が多いため、タバコ製品に強い芳香をもたらします。
タバコには67の天然種が知られています。以下に、最も一般的な種を示します。
- Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – 多花タバコ
- Nicotiana africana Merxm.
- Nicotiana alata Link & Otto – 翼状タバコ、ジャスミンタバコ、タンバク（ペルシャ語）
- Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – コヨーテタバコ
- Nicotiana benthamiana Domin
- Nicotiana clevelandii A. Gray
- Nicotiana glauca Graham – 樹木タバコ、ブラジル樹木タバコ、低木タバコ、マスタードツリー
- Nicotiana glutinosa L.
- Nicotiana langsdorffii Weinm.
- Nicotiana longiflora Cav.
- Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
- Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – 砂漠タバコ、プンチェ、「タバキーヨ」
- Nicotiana otophora Griseb.
- Nicotiana plumbaginifolia Viv.
- Nicotiana quadrivalvis Pursh
- Nicotiana rustica L. – アステカタバコ、マパチョ
- Nicotiana suaveolens Lehm. – オーストラリアタバコ
- Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – 南米タバコ、森林タバコ
- Nicotiana tabacum L. – 紙巻きタバコ、葉巻、噛みタバコなどの生産のために栽培される商業用タバコ
- Nicotiana tomentosiformis Goodsp.
以下の三種は人工交雑種です。
- Nicotiana × didepta N. debneyi × N. tabacum
- Nicotiana × digluta N. glutinosa × N. tabacum
- Nicotiana × sanderae Hort. ex Wats. N. alata × N. forgetiana
タバコの種類
タバコ葉の乾燥処理とその後の熟成プロセスは、葉に存在するカロテノイドの緩やかな酸化と分解を引き起こします。酸化により、タバコ葉中で特定の化合物が合成され、甘い干し草、茶、ローズオイル、果実のような芳香を生み出し、煙の「まろやかさ」に寄与します。デンプンは糖に変換され、その糖が続いてタンパク質を糖化し、酸化されて終末糖化産物（AGEs）となります。これは、煙に風味を与えるカラメル化プロセスでもあります。
タバコの調製方法と乾燥処理方法は、最終的な香りの特性に影響します。乾燥処理には、空気乾燥、火力乾燥、熱風乾燥、天日乾燥があります。例えば、熱風乾燥したタバコ（フランス産など）はアルカロイド含有量が低い一方、空気乾燥したバーレータバコ（グアテマラ産など）はアルカロイド含有量が高いことで知られています。