Ultrazvočna ekstrakcija tobaka

Konvencionalna ekstrakcija tobaka je počasen, dolgotrajen postopek, ki vključuje uporabo strupenih topil pri visokih temperaturah, zaradi česar je postopek nevaren. Ultrazvočno podprto ekstrakcijo alkaloidov iz tobaka je mogoče izvajati z vodo ali blagimi topili v hitrem postopku, ki traja nekaj minut. Alkaloidi iz tobaka, kot je nikotin, se pri ultrazvočni ekstrakciji sproščajo v hitrem in zelo učinkovitem postopku, ki zagotavlja visoke izkoristke ekstrakta s celotnim spektrom spojin (ki vsebuje nikotin, nornikotin, klorogensko kislino, 5-kafeoilkininsko kislino, rutin, kavno kislino in skopoletin, solanesol itd.).

Ultrazvočna ekstrakcija tobaka

Ultrazvočno podprta ekstrakcija je hitra, učinkovita in priročna metoda ekstrakcije, ki temelji na uporabi ultrazvoka visoke moči. Intenzivni ultrazvočni valovi povzročajo hitro mikrogibanje in akustično kavitacijo v sistemih trdno–tekoče (npr. rastlinski material v topilu, npr. tobačni listi v etanolu), kar poveča prenos snovi in pospeši postopek ekstrakcije. V primerjavi z drugimi naprednimi tehnikami ekstrakcije, kot sta ekstrakcija s superkritičnimi fluidi in ekstrakcija ionskih parov, je ultrazvočno podprta ekstrakcija bistveno bolj ekonomična, okolju prijaznejša, varnejša in enostavnejša za uporabo. Zato je ultrazvočna ekstrakcija prednostna tehnika za sproščanje bioaktivnih spojin iz rastlinskega materiala.
Z ultrazvočno ekstrakcijo pridobimo ekstrakt s širokim spektrom spojin, ki vsebuje nikotin, primarni alkaloid s 94–98% skupne vsebnosti alkaloidov v tobaku, ter alkaloide nornikotin, anabazin, anatabin, kotinin in miozmin.
Preberite več o ekstrakciji alkaloidov iz rastlinskega materiala z ultrazvočno napravo s sondo!

Ultrazvočna ekstrakcija tobaka s sonikatorjem UP400St (400W) in sondo S24d20L2 za večji izkoristek nikotina v krajšem času obdelave. Ultrazvočno ekstrakcijo tobaka je mogoče izvajati z blagimi topili, zato je to zelena, okolju prijazna metoda.

Tobačni ekstrakti s celotnim spektrom spojin s sonikacijo

Alkaloide, kot sta nikotin in nornikotin, klorogensko kislino, fenolne spojine, solanesol in druge bioaktivne spojine je mogoče hitro, učinkovito in varno izolirati z ultrazvočno ekstrakcijo. Konvencionalna ekstrakcija tobaka vključuje uporabo strupenih topil, kot je heptan, pri visokih temperaturah, zaradi česar postane ekstrakcija nevaren postopek. Celoten konvencionalni postopek ekstrakcije traja približno 24h in je zato zelo dolgotrajen.
Ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče izvajati kot ekstrakcijo s hladno vodo ali z blagimi topili, kot sta etanol ali mešanica etanola in vode, pri sobni temperaturi ali nekoliko povišanih temperaturah. Sonikacija traja nekaj minut, zato je ekstrakcija hiter postopek. Poleg tega je postopek ob uporabi vode ali blagih topil popolnoma varen in priročen.

Ultrazvočno pridobljeni ekstrakti s celotnim spektrom spojin vsebujejo primarni alkaloid nikotin ter sekundarne alkaloide oziroma alkaloide, prisotne v manjših količinah, kot so anabazin ali 3-(2-piperidinyl)pyridine, anatabin ali 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine, kotinin ali 1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinone), 2,3’-dipyridyl ali izonikotein, N-formilnornikotin ali 2-(3-pyridyl)pyrrolidinecarbaldehyde, miozmin ali 3-(1-pyrrolin-2-yl)pyridine, nornikotin ali 3-(pyrrolidin-2-yl)pyridine in beta-nikotirin ali 3-(1-methylpyrrol-2-yl)pyridine.

Vsebnost teh alkaloidov se razlikuje glede na vrsto tobaka in tobačne izdelke. Medtem ko je nikotin primarni alkaloid s 94–98% skupne vsebnosti alkaloidov, sta nornikotin in anatabin najbolj zastopana sekundarna alkaloida, pri čemer vsak predstavlja približno 2% do 6% skupne vsebnosti alkaloidov v tobaku.

Prednosti ultrazvočne ekstrakcije tobaka:

Višji izkoristek
Visoka kakovost
Hitra ekstrakcija
Blag, netoplotni postopek
Voda ali topilo
Enostavno in varno upravljanje

Ultrazvočna ekstrakcija se pogosto uporablja za pridobivanje rastlinskih izvlečkov, kot je CBD iz indijske in industrijske konoplje. Ultrazvočna obdelava je zelo učinkovita in hitra.

Izbirajte med širokim naborom topil

Pri ultrazvočni ekstrakciji lahko izbirate med različnimi topili, vključno z vodo, alkoholom, etanolom, metanolom, mešanicami etanola in vode ali močnimi topili, kot sta heptan ali heksan. Vsa prej navedena topila so bila že uspešno preizkušena in so se izkazala za učinkovita pri izolaciji bioaktivnih spojin, kot so alkaloidi, terpenoidi, fenolne spojine in solanesol, iz rastlinskega materiala tobaka. Sonikacijo je mogoče uporabiti pri ekstrakciji s hladno vodo brez topil (npr. za pripravo ekoloških ekstraktov) ali jo kombinirati s topilom po vaši izbiri.
Izvedite več o topilih za ultrazvočno ekstrakcijo iz rastlinskega materiala!
Izvedite več o ultrazvočno intenzivirani ekstrakciji s heksanom!

Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji

Ultrazvočna oprema Hielscher je pogosto uporabljeno orodje za ekstrakcijo pri izolaciji bioaktivnih spojin iz rastlinskega materiala. Hielscher dobavlja ultrazvočne ekstraktorje za vse obsege procesov in vam lahko priporoči ultrazvočni sistem, ki je najprimernejši za vaše potrebe. Začenši s kompaktnimi, a zmogljivimi laboratorijskimi sistemi za analize in preizkuse izvedljivosti, Hielscher ponuja celoten nabor od laboratorijskih in pilotnih ultrazvočnih naprav do povsem industrijskih ultrazvočnih reaktorjev. Hielscher s celotnim naborom ultrazvočnih procesorjev ponuja idealno konfiguracijo za vaš postopek ekstrakcije. Glede na obseg in cilj vašega procesa je mogoče ultrazvočno ekstrakcijo izvajati šaržno ali v načinu neprekinjenega pretoka. Različni dodatki, kot so sonotrode, ojačevalniki amplitude, pretočne celice in reaktorji, omogočajo opremljanje ultrazvočnega procesorja za optimalno doseganje procesnih ciljev.
Ultrazvočne procesorje Hielscher je mogoče natančno krmiliti, procesni podatki pa se samodejno zapisujejo na vgrajeno kartico SD naših digitalnih ultrazvočnih sistemov. Zanesljiv nadzor procesnih parametrov zagotavlja stalno visoko kakovost izdelkov. Samodejno beleženje procesnih parametrov omogoča enostavno standardizacijo procesa in izpolnjevanje zahtev dobre proizvodne prakse (GMP).
Robustnost ultrazvočne opreme Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih. Zaradi enostavnega in varnega upravljanja ter majhnih potreb po vzdrževanju so ultrazvočni sistemi Hielscher zanesljivi delovni stroji v vaši proizvodnji.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:

Prostornina šarže	Pretok	Priporočene naprave
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.	večji	sklop naprav UIP16000

Za dodatne informacije nas kontaktirajte zdaj! Naše dobro usposobljeno osebje se bo z veseljem pogovorilo z vami o vašem postopku ekstrakcije!

Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!

V tej predstavitvi vam predstavljamo proizvodnjo rastlinskih izvlečkov. Pojasnjujemo izzive pri proizvodnji visokokakovostnih rastlinskih izvlečkov in kako vam jih lahko sonikator pomaga premagati. Predstavitev prikazuje delovanje ultrazvočne ekstrakcije. Spoznali boste prednosti uporabe sonikatorja za ekstrakcijo in načine vključitve ultrazvočnega ekstraktorja v proizvodnjo izvlečkov.

Sorodne teme

Literatura/viri

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.

Koristna dejstva

Zakaj je ultrazvočna ekstrakcija tako učinkovita?

Ultrasonically-assisted extraction (UAE) temelji na sklapljanju zelo intenzivnih ultrazvočnih valov (akustičnih valov) v tekočino ali suspenzijo. Akustični valovi ustvarjajo izmenjujoče se cikle visokega / nizkega tlaka, ki povzročajo pojav akustične kavitacije. Za pojav ultrazvočne ali akustične kavitacije so značilne skrajne, lokalno omejene razmere z zelo visokimi tlaki, temperaturami in strižnimi silami. V bližini implodirajočih kavitacijskih mehurčkov je mogoče izmeriti temperature do 5000K, tlake 1000 atmosfer, hitrost segrevanja in ohlajanja nad 1010 K/s ter curke tekočine s hitrostjo do 280m/s, ki se v kavitacijskem območju kažejo kot zelo velika strižna sila in turbulenca. Kombinacija teh dejavnikov (tlaka, toplote, striga in turbulence) razgrajuje celice (liza) in intenzivira prenos snovi med postopkom ekstrakcije. S tem se spodbuja ekstrakcija rastlinskih sestavin iz rastlinskih celic v sistemu tekoče–trdno. Tehnika ultrazvočne ekstrakcije se široko uporablja za uspešno in učinkovito ekstrakcijo flavonoidov, polisaharidov, alkaloidov, fitosterolov, polifenolov in pigmentov iz rastlin.

Ultrazvočne naprave za razgradnjo celic se uporabljajo za ekstrakcije iz rastlinskih virov (npr. rastlin, alg, gliv)

Ultrazvočna ekstrakcija iz rastlinskih celic: mikroskopski prečni prerez (TS) prikazuje mehanizem delovanja med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x) [vir: Vilkhu et al. 2011]

Tobak

Različne rastline iz rodu Nicotiana in družine Solanaceae (razhudnikovke) so znane kot tobačne rastline. Poleg splošno uporabljanega poimenovanja za rastlino tobak označuje tudi izdelke, pripravljene iz posušenih listov tobačne rastline. Čeprav je Nicotiana tabacum glavna gojena rastlina za proizvodnjo tobaka in nikotina, obstaja več kot 70 rastlinskih vrst tobaka. N. tabacum je prevladujoča vrsta za tobačne izdelke, vendar je močnejšo različico N. rustica mogoče najti po vsem svetu in se uporablja za proizvodnjo pesticidov. Če primerjamo vsebnost nikotina, imajo listi N. rustica vsebnost nikotina kar 9%, medtem ko listi N. tabacum vsebujejo približno 1 do 3%.
Tobak vsebuje stimulativni alkaloid nikotin ter alkaloide harmala. Posušeni in s postopkom sušenja obdelani tobačni listi se uporabljajo predvsem za kajenje v cigaretah, cigarah, pipah, vodnih pipah ter e-cigaretah, e-cigarah, e-pipah in uparjalnikih. Uživajo se lahko tudi kot njuhanec, tobak za žvečenje, tobak za uporabo pod ustnico in snus.

Družina tobačnih rastlin vsebuje različne (pod)vrste, ki imajo različne alkaloidne in aromatske profile.
Orientalski tobak (Nicotiana tabacum L.) je vrsta tobaka, ki jo gojijo predvsem v Turčiji, Grčiji in sosednjih območjih ter se uporablja za komercialno proizvodnjo cigaret, cigar in tobaka za žvečenje. Ima močan značilen okus, razmeroma nizko vsebnost nikotina ter visoko vsebnost reducirajočih sladkorjev, kislin in hlapnega aromatičnega olja, kar daje tobačnim izdelkom intenzivno aromo.

Znanih je 67 naravnih vrst tobaka. Spodaj so navedene najpogostejše vrste:

Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – mnogocvetni tobak
Nicotiana africana Merxm.
Nicotiana alata Link & Otto – krilati tobak, jasminov tobak, tanbaku (perzijsko)
Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – kojotov tobak
Nicotiana benthamiana Domin
Nicotiana clevelandii A. Gray
Nicotiana glauca Graham – drevesasti tobak, brazilski drevesasti tobak, grmičasti tobak, gorčično drevo
Nicotiana glutinosa L.
Nicotiana langsdorffii Weinm.
Nicotiana longiflora Cav.
Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – puščavski tobak, punche, “tabaquillo”
Nicotiana otophora Griseb.
Nicotiana plumbaginifolia Viv.
Nicotiana quadrivalvis Pursh
Nicotiana rustica L. – azteški tobak, mapacho
Nicotiana suaveolens Lehm. – avstralski tobak
Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – južnoameriški tobak, gozdni tobak
Nicotiana tabacum L. – komercialni tobak, gojen za proizvodnjo cigaret, cigar, tobaka za žvečenje itd.
Nicotiana tomentosiformis Goodsp.

Spodnje tri vrste so hibridi, ki jih je ustvaril človek:

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

Vrste tobaka
Postopek sušenja in poznejšega staranja tobačnih listov povzroča počasno oksidacijo in razgradnjo karotenoidov, prisotnih v tobačnem listu. Zaradi oksidacije se v tobačnih listih sintetizirajo določene spojine, ki ustvarjajo sladke aromatične okuse sena, čaja, vrtničnega olja ali sadja ter prispevajo k “blagosti” dima. Škrobi se pretvorijo v sladkorje, ki nato glikirajo beljakovine in se oksidirajo v končne produkte napredovale glikacije (AGEs). To je postopek karamelizacije, ki dimu prav tako daje okus.
Način priprave in sušenja tobaka vpliva na njegove končne aromatske značilnosti. Sušenje je mogoče izvajati na zraku, nad ognjem, s posrednim dovajanjem toplote skozi cevi in na soncu. Na primer, tobak, sušen s posrednim dovajanjem toplote skozi cevi (npr. iz Francije), vsebuje le nizke ravni alkaloidov, medtem ko je na zraku sušen tobak Burley (npr. iz Gvatemale) znan po visoki vsebnosti alkaloidov.

Ultrazvočna ekstrakcija tobaka