استخراج فراصوتی تنباکو
استخراج متداول تنباکو فرایندی کند و زمان‌بر است که در آن از حلال‌های سمی در دماهای بالا استفاده می‌شود و همین امر فرایند را خطرناک می‌کند. استخراج آلکالوئیدها از تنباکو به کمک فراصوت را می‌توان با استفاده از آب یا حلال‌های ملایم، طی فرایندی سریع و چنددقیقه‌ای انجام داد. آلکالوئیدهایی مانند نیکوتین در استخراج فراصوتی از تنباکو، طی روشی سریع و بسیار کارآمد آزاد می‌شوند که عصاره‌ای با طیف کامل و بازده بالا به دست می‌دهد (حاوی نیکوتین، نورنیکوتین، اسید کلروژنیک، اسید 5-کافئوئیل‌کینیک، روتین، اسید کافئیک و اسکوپولتین، سولانسول و غیره).
استخراج فراصوتی از تنباکو
استخراج به کمک فراصوت روشی سریع، مؤثر و آسان برای استخراج است که بر کاربرد فراصوت پرتوان تکیه دارد. امواج فراصوت شدید در سامانه‌های جامد–مایع (برای مثال مواد گیاهی در حلال، مانند برگ‌های تنباکو در اتانول) ریزحرکت‌های سریع و کاویتاسیون آکوستیکی ایجاد می‌کنند که موجب افزایش انتقال جرم و تسریع فرایند استخراج می‌شود. در مقایسه با سایر فنون پیشرفتهٔ استخراج، مانند استخراج با سیال فوق‌بحرانی و استخراج جفت‌یونی، استخراج به کمک فراصوت به‌مراتب اقتصادی‌تر، سازگارتر با محیط‌زیست، ایمن‌تر و آسان‌تر است. بنابراین، استخراج فراصوتی فن ترجیحی برای آزادسازی ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی است.
استخراج فراصوتی عصاره‌ای با طیف گسترده به دست می‌دهد که حاوی نیکوتین، آلکالوئید اصلی با سهم 94–98% از کل محتوای آلکالوئیدی تنباکو، و نیز آلکالوئیدهای نورنیکوتین، آنابازین، آناتابین، کوتینین و میوسمین است.
دربارهٔ استخراج آلکالوئید از مواد گیاهی با استفاده از سونیکاتور پروبی بیشتر بخوانید!
سونیکاتور UP400St (400 وات) برای استخراج آلکالوئیدهایی مانند نیکوتین، نورنیکوتین، اسید کلروژنیک و غیره از برگ‌های تنباکو.
عصاره‌های طیف کامل تنباکو با فراصوت‌دهی
با استفاده از استخراج فراصوتی می‌توان آلکالوئیدهایی مانند نیکوتین و نورنیکوتین، اسید کلروژنیک، ترکیبات فنولی، سولانسول و سایر ترکیبات زیست‌فعال را به‌سرعت، با کارایی بالا و به‌طور ایمن جداسازی کرد. در استخراج متداول تنباکو از حلال‌های سمی مانند هپتان در دماهای بالا استفاده می‌شود که فرایند استخراج را به روشی خطرناک تبدیل می‌کند. کل فرایند استخراج متداول حدود 24h طول می‌کشد و در نتیجه بسیار زمان‌بر است.
استخراج فراصوتی را می‌توان به‌صورت استخراج با آب سرد یا با استفاده از حلال‌های ملایمی مانند اتانول یا مخلوط اتانول–آب، در دمای اتاق یا دماهای کمی بالاتر انجام داد. فراصوت‌دهی چند دقیقه طول می‌کشد و به این ترتیب استخراج را به روشی سریع تبدیل می‌کند. افزون بر این، با استفاده از آب یا حلال‌های ملایم، فرایند کاملاً ایمن و آسان است.
عصاره‌های طیف کامل تولیدشده با فراصوت، حاوی آلکالوئید اصلی نیکوتین و نیز آلکالوئیدهای ثانویه یا کم‌مقدار، مانند آنابازین یا 3-(2-piperidinyl)pyridine، آناتابین یا 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine، کوتینین یا 1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinone)، 2,3’-dipyridyl یا ایزونیکوتئین، N-فرمیل‌نورنیکوتین یا 2-(3-pyridyl)pyrrolidinecarbaldehyde، میوسمین یا 3-(1-pyrrolin-2-yl)pyridine، نورنیکوتین یا 3-(pyrrolidin-2-yl)pyridine، و بتا-نیکوتیرین یا 3-(1-methylpyrrol-2-yl)pyridine هستند.
مقدار این آلکالوئیدها بسته به گونهٔ تنباکو و محصولات تنباکویی متفاوت است. در حالی که نیکوتین آلکالوئید اصلی با سهم 94–98% از کل محتوای آلکالوئیدی است، نورنیکوتین و آناتابین دو آلکالوئید ثانویهٔ فراوان‌تر هستند که هرکدام حدود 2% تا 6% از کل محتوای آلکالوئیدی تنباکو را تشکیل می‌دهند.
- بازده بالاتر
- کیفیت بالا
- استخراج سریع
- فرایند ملایم و غیرحرارتی
- آب یا حلال
- کاربری ساده و ایمن
از میان طیف گسترده‌ای از حلال‌ها انتخاب کنید
با استفاده از استخراج فراصوتی می‌توانید از میان حلال‌های گوناگون، از جمله آب، الکل، اتانول، متانول، مخلوط‌های اتانول–آب یا حلال‌های قوی مانند هپتان یا هگزان انتخاب کنید. همهٔ حلال‌های نام‌برده پیش‌تر با موفقیت آزمایش شده‌اند و مؤثر بودن آن‌ها برای جداسازی ترکیبات زیست‌فعال مانند آلکالوئیدها، ترپنوئیدها، ترکیبات فنولی و سولانسول از مواد گیاه تنباکو نشان داده شده است. فراصوت‌دهی را می‌توان در استخراج با آب سرد بدون حلال (برای مثال برای تهیهٔ عصاره‌های ارگانیک) به کار برد یا با حلال دلخواه ترکیب کرد.
دربارهٔ حلال‌های مورد استفاده برای استخراج فراصوتی از مواد گیاهی بیشتر بدانید!
دربارهٔ استخراج با هگزان تقویت‌شده به کمک فراصوت بیشتر بدانید!
استخراج فراصوتی نیکوتین از برگ‌های تنباکو با استفاده از سونیکاتور UP200Ht
دستگاه‌های استخراج فراصوتی با عملکرد بالا
تجهیزات فراصوتی Hielscher ابزاری رایج برای استخراج و جداسازی ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی هستند. Hielscher با عرضهٔ دستگاه‌های استخراج فراصوتی برای تمام مقیاس‌های فرایندی، می‌تواند مناسب‌ترین سامانهٔ فراصوتی را برای نیازهای شما پیشنهاد کند. این مجموعه از سامانه‌های جمع‌وجور و در عین حال قدرتمند آزمایشگاهی برای آنالیز و آزمون‌های امکان‌سنجی آغاز می‌شود و Hielscher طیف کاملی از سونیکاتورهای آزمایشگاهی و پایلوت تا راکتورهای فراصوتی کاملاً صنعتی را ارائه می‌دهد. Hielscher با ارائهٔ طیف کامل پردازشگرهای فراصوتی، پیکربندی ایدئالی برای فرایند استخراج شما دارد. بسته به حجم و هدف فرایند، استخراج فراصوتی را می‌توان به‌صورت ناپیوسته یا با جریان پیوسته انجام داد. لوازم جانبی متنوعی مانند سونوتْرودها، هورن‌های تقویت‌کننده، سلول‌های جریان و راکتورها امکان تجهیز پردازشگر فراصوتی را برای دستیابی مطلوب به اهداف فرایند فراهم می‌کنند.
پردازشگرهای فراصوتی Hielscher را می‌توان با دقت کنترل کرد و داده‌های فرایند به‌طور خودکار روی کارت SD تعبیه‌شده در سامانه‌های فراصوتی دیجیتال ما ثبت می‌شوند. کنترل قابل‌اعتماد پارامترهای فرایند، کیفیت بالای یکنواخت محصول را تضمین می‌کند. ثبت خودکار داده‌های پارامترهای فرایند، استانداردسازی آسان فرایند و رعایت اصول صحیح تولید (GMP) را امکان‌پذیر می‌سازد.
استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher امکان کارکرد 24/7 را تحت بار کاری سنگین و در محیط‌های دشوار فراهم می‌کند. کاربری آسان و ایمن و نیاز اندک به نگهداری، سامانه‌های فراصوتی Hielscher را به تجهیزاتی قابل‌اتکا برای کار مداوم در تولید شما تبدیل می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 0٫5 تا 1٫5mL | قابل اعمال نیست | VialTweeter |
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000 |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
برای اطلاعات بیشتر همین حالا با ما تماس بگیرید! کارکنان آموزش‌دیدهٔ ما با کمال میل دربارهٔ فرایند استخراج شما با شما گفت‌وگو خواهند کرد!
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
پردازشگرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی.
UIP2000hdT، سونیکاتوری قدرتمند با توان 2kW و عملکرد بالا
منابع و مراجع
- 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.
دانستنی‌ها
چرا استخراج فراصوتی تا این اندازه مؤثر است؟
Ultrasonically-assisted extraction (UAE) بر انتقال انرژی امواج فراصوت با شدت بسیار بالا (امواج آکوستیکی) به درون مایع یا دوغاب استوار است. امواج آکوستیکی چرخه‌های متناوب فشار بالا / فشار پایین ایجاد می‌کنند که به پدیدهٔ کاویتاسیون آکوستیکی می‌انجامد. ویژگی پدیدهٔ کاویتاسیون فراصوتی یا آکوستیکی، شرایط حدی و محدود به ناحیه‌ای موضعی با فشارها، دماها و نیروهای برشی بسیار بالا است. در نزدیکی حباب‌های کاویتاسیون که به درون فرومی‌پاشند، می‌توان دماهایی تا 5000K، فشارهای 1000 atmosphere، نرخ گرم‌شدن و سردشدن بالاتر از 1010 K/s و جت‌های مایع با سرعتی تا 280m/s را اندازه‌گیری کرد که در ناحیهٔ کاویتاسیون به‌صورت نیروی برشی بسیار بالا و آشفتگی بروز می‌کنند. ترکیب این عوامل (فشار، گرما، برش و آشفتگی) موجب تخریب سلول‌ها (لیز) و تشدید انتقال جرم طی فرایند استخراج می‌شود. در نتیجه، استخراج مایع–جامدِ ترکیبات گیاهی از سلول‌های گیاه تسهیل می‌شود. فن استخراج فراصوتی به‌طور گسترده برای استخراج موفق و کارآمد فلاونوئیدها، پلی‌ساکاریدها، آلکالوئیدها، فیتواسترول‌ها، پلی‌فنول‌ها و رنگدانه‌ها از گیاهان به کار می‌رود.
استخراج فراصوتی از سلول‌های گیاهی: مقطع عرضی میکروسکوپی (TS) سازوکارهای عمل را طی استخراج فراصوتی از سلول‌ها نشان می‌دهد (بزرگ‌نمایی 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]
تنباکو
گیاهان مختلفی از سردهٔ Nicotiana و خانوادهٔ Solanaceae (بادنجانیان) به‌عنوان گیاهان تنباکو شناخته می‌شوند. تنباکو علاوه بر اینکه نام رایج این گیاه است، به محصولات تهیه‌شده از برگ‌های عمل‌آوری‌شدهٔ آن نیز گفته می‌شود. اگرچه Nicotiana tabacum گیاه زراعی اصلی برای تولید تنباکو و نیکوتین است، بیش از 70 گونهٔ گیاهی تنباکو وجود دارد. N. tabacum گونهٔ غالب مورد استفاده در محصولات تنباکویی است؛ با این حال، نوع قوی‌تر N. rustica در سراسر جهان یافت می‌شود و برای تولید آفت‌کش‌ها به کار می‌رود. از نظر محتوای نیکوتین، برگ‌های N. rustica تا 9% نیکوتین دارند، در حالی که برگ‌های N. tabacum حاوی حدود 1 تا 3% نیکوتین هستند.
تنباکو حاوی آلکالوئید محرک نیکوتین و نیز آلکالوئیدهای هارمالا است. برگ‌های خشک و عمل‌آوری‌شدهٔ تنباکو عمدتاً برای استعمال در سیگار، سیگار برگ، پیپ، قلیان و همچنین سیگار الکترونیکی، سیگار برگ الکترونیکی، پیپ الکترونیکی و دستگاه‌های بخارساز استفاده می‌شوند. همچنین می‌توان آن‌ها را به‌صورت انفیه، تنباکوی جویدنی، تنباکوی زیرلبی و اسنوس مصرف کرد.
خانوادهٔ گیاه تنباکو شامل گونه‌ها و زیرگونه‌های مختلفی است که ترکیب آلکالوئیدی و ویژگی‌های طعمی متفاوتی دارند.
تنباکوی شرقی (Nicotiana tabacum L.) گونه‌ای از تنباکو است که عمدتاً در ترکیه، یونان و مناطق همسایه کشت می‌شود و برای تولید تجاری سیگار، سیگار برگ و تنباکوی جویدنی به کار می‌رود. این تنباکو طعمی قوی و مشخص دارد، نیکوتین آن نسبتاً کم است و مقدار زیادی قندهای احیاکننده، اسیدها و روغن معطر فرّار دارد که به محصولات تنباکویی عطری قوی می‌بخشد.
67 گونهٔ طبیعی تنباکو شناخته شده است. رایج‌ترین گونه‌ها در زیر فهرست شده‌اند:
- Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – تنباکوی پُرگل
- Nicotiana africana Merxm.
- Nicotiana alata Link & Otto – تنباکوی بال‌دار، تنباکوی یاس، تنباکو (فارسی)
- Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – تنباکوی کایوت
- Nicotiana benthamiana Domin
- Nicotiana clevelandii A. Gray
- Nicotiana glauca Graham – تنباکوی درختی، تنباکوی درختی برزیلی، تنباکوی درختچه‌ای، درخت خردل
- Nicotiana glutinosa L.
- Nicotiana langsdorffii Weinm.
- Nicotiana longiflora Cav.
- Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
- Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – تنباکوی بیابانی، پونچه، «تاباکییو»
- Nicotiana otophora Griseb.
- Nicotiana plumbaginifolia Viv.
- Nicotiana quadrivalvis Pursh
- Nicotiana rustica L. – تنباکوی آزتک، ماپاچو
- Nicotiana suaveolens Lehm. – تنباکوی استرالیایی
- Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – تنباکوی آمریکای جنوبی، تنباکوی جنگلی
- Nicotiana tabacum L. – تنباکوی تجاری که برای تولید سیگار، سیگار برگ، تنباکوی جویدنی و غیره کشت می‌شود.
- Nicotiana tomentosiformis Goodsp.
سه گونهٔ زیر دورگه‌های ایجادشده به دست انسان هستند:
- Nicotiana × didepta N. debneyi × N. tabacum
- Nicotiana × digluta N. glutinosa × N. tabacum
- Nicotiana × sanderae Hort. ex Wats. N. alata × N. forgetiana
انواع تنباکو
فرایند عمل‌آوری برگ‌های تنباکو و سپس کهنه‌سازی آن‌ها، موجب اکسیداسیون و تجزیهٔ آهستهٔ کاروتنوئیدهای موجود در برگ تنباکو می‌شود. در اثر اکسیداسیون، ترکیبات خاصی در برگ‌های تنباکو ساخته می‌شوند که نت‌های معطر علف خشکِ شیرین، چای، روغن گل سرخ یا میوه‌ای ایجاد می‌کنند و به «ملایمت» دود کمک می‌کنند. نشاسته‌ها به قند تبدیل می‌شوند؛ این قندها سپس پروتئین‌ها را گلیکاسیون می‌کنند و با اکسیدشدن به محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته (AGEs) تبدیل می‌شوند. این یک فرایند کاراملی‌شدن است که به دود نیز طعم می‌بخشد.
روش آماده‌سازی و عمل‌آوری تنباکو بر ویژگی‌های عطر نهایی آن تأثیر می‌گذارد. عمل‌آوری را می‌توان با هوا، آتش، گرمای غیرمستقیم دودکش و آفتاب انجام داد. برای مثال، تنباکوی عمل‌آوری‌شده با گرمای غیرمستقیم دودکش (برای مثال از فرانسه) تنها مقادیر کمی آلکالوئید دارد، در حالی که تنباکوی برلیِ عمل‌آوری‌شده با هوا (برای مثال تهیه‌شده از گواتمالا) به محتوای بالای آلکالوئید معروف است.