Ultrasone tabakextractie
Conventionele tabakextractie is een langzaam, tijdrovend proces waarbij giftige oplosmiddelen bij hoge temperaturen worden gebruikt, wat het proces gevaarlijk maakt. Ultrasoon ondersteunde extractie van alkaloïden uit tabak kan met water of milde oplosmiddelen worden uitgevoerd in een snel proces van enkele minuten. Ultrasoon geëxtraheerde alkaloïden uit tabak, zoals nicotine, komen vrij via een snelle en zeer efficiënte procedure die hoge opbrengsten van een extract met het volledige spectrum oplevert (met nicotine, nornicotine, chlorogeenzuur, 5-caffeoylquinic acid, rutine, cafeïnezuur en scopoletine, solanesol enz.).
Ultrasone extractie van tabak
Ultrasoon ondersteunde extractie is een snelle, effectieve en praktische extractiemethode die is gebaseerd op de toepassing van ultrageluid met hoog vermogen. Intense ultrasone golven veroorzaken snelle microbewegingen en akoestische cavitatie in systemen van vaste stoffen en vloeistoffen (bijv. plantaardig materiaal in een oplosmiddel, zoals tabaksbladeren in ethanol), wat resulteert in een verhoogde massaoverdracht en een versneld extractieproces. In vergelijking met andere geavanceerde extractietechnieken, zoals superkritische vloeistofextractie en ionpaarextractie, is ultrasoon ondersteunde extractie aanzienlijk economischer, milieuvriendelijker, veiliger en eenvoudiger in gebruik. Daarom is ultrasone extractie de extractietechniek die de voorkeur geniet voor het vrijmaken van bioactieve verbindingen uit plantaardig materiaal.
Ultrasone extractie levert een extract met een breed spectrum op dat nicotine bevat, het primaire alkaloïde met 94–98% van het totale alkaloïdengehalte in tabak, evenals de alkaloïden nornicotine, anabasine, anatabine, cotinine en myosmine.
Lees meer over de extractie van alkaloïden uit plantaardig materiaal met een sonicator met sonde!
Sonicator UP400St (400 watt) voor de extractie van alkaloïden zoals nicotine, nornicotine, chlorogeenzuur enz. uit tabaksbladeren.
Tabakextracten met het volledige spectrum door sonicatie
Alkaloïden zoals nicotine en nornicotine, chlorogeenzuur, fenolische verbindingen, solanesol en andere bioactieve verbindingen kunnen met ultrasone extractie snel, efficiënt en veilig worden geïsoleerd. Bij conventionele tabakextractie worden giftige oplosmiddelen zoals heptaan bij hoge temperaturen gebruikt, waardoor het extractieproces een gevaarlijke procedure wordt. Het volledige conventionele extractieproces duurt ongeveer 24h en is daardoor zeer tijdrovend.
Ultrasone extractie kan worden uitgevoerd als extractie met koud water of met milde oplosmiddelen zoals ethanol of een mengsel van ethanol en water bij kamertemperatuur of licht verhoogde temperaturen. De sonicatie duurt enkele minuten, waardoor de extractie een snelle procedure wordt. Bovendien is het proces bij gebruik van water of milde oplosmiddelen volledig veilig en praktisch.
De ultrasoon geproduceerde extracten met het volledige spectrum bevatten het primaire alkaloïde nicotine evenals de secundaire of in kleinere hoeveelheden aanwezige alkaloïden zoals anabasine of 3-(2-piperidinyl)pyridine, anatabine of 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine, cotinine of 1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinon), 2,3’-dipyridyl of isonicoteïne, N-formylnornicotine of 2-(3-pyridyl)pyrrolidinecarbaldehyde, myosmine of 3-(1-pyrrolin-2-yl)pyridine, nornicotine of 3-(pyrrolidin-2-yl)pyridine en bèta-nicotyrine of 3-(1-methylpyrrol-2-yl)pyridine.
Het gehalte aan deze alkaloïden varieert afhankelijk van de tabakssoort en de tabaksproducten. Terwijl nicotine het primaire alkaloïde is met 94–98% van het totale alkaloïdengehalte, zijn nornicotine en anatabine de twee meest voorkomende secundaire alkaloïden, die elk ongeveer 2% tot 6% van het totale alkaloïdengehalte van tabak uitmaken.
- Hogere opbrengst
- Hoge kwaliteit
- Snelle extractie
- Mild, niet-thermisch proces
- Water of oplosmiddel
- Eenvoudige & veilige bediening
Kies uit een breed scala aan oplosmiddelen
Bij ultrasone extractie kunt u kiezen uit verschillende oplosmiddelen, waaronder water, alcohol, ethanol, methanol, mengsels van ethanol en water of sterke oplosmiddelen zoals heptaan of hexaan. Alle eerder genoemde oplosmiddelen zijn al met succes getest en effectief gebleken voor de isolatie van bioactieve verbindingen zoals alkaloïden, terpenoïden, fenolische verbindingen en solanesol uit plantaardig tabaksmateriaal. Sonicatie kan worden gebruikt bij oplosmiddelvrije extractie met koud water (bijv. voor de bereiding van biologische extracten) of worden gecombineerd met een oplosmiddel naar keuze.
Lees meer over oplosmiddelen voor de ultrasone extractie uit plantaardig materiaal!
Lees meer over ultrasoon geïntensiveerde hexaanextractie!
Ultrasone extractie van nicotine uit tabaksbladeren met de sonicator UP200Ht
Ultrasone extractoren met hoge prestaties
De ultrasone apparatuur van Hielscher is een veelgebruikt extractiehulpmiddel voor de isolatie van bioactieve verbindingen uit plantaardig materiaal. Met ultrasone extractoren voor alle processchalen kan Hielscher u het meest geschikte ultrasone systeem voor uw behoeften aanbevelen. Beginnend met compacte maar krachtige laboratoriumsystemen voor analyse en haalbaarheidstests biedt Hielscher het volledige assortiment, van sonicatoren voor laboratoria en proefinstallaties tot volledig industriële ultrasone reactoren. Met het volledige assortiment ultrasone processoren heeft Hielscher de ideale opstelling voor uw extractieproces. Afhankelijk van uw procesvolume en doel kan ultrasone extractie batchgewijs of met een continue doorstroming worden uitgevoerd. Met uiteenlopende accessoires zoals sonotrodes, boosterhoorns, doorstroomcellen en reactoren kan de ultrasone processor zo worden uitgerust dat de procesdoelen optimaal worden bereikt.
De ultrasone processoren van Hielscher kunnen nauwkeurig worden geregeld en procesgegevens worden automatisch vastgelegd op de geïntegreerde SD-kaart van onze digitale ultrasone systemen. De betrouwbare regeling van de procesparameters zorgt voor een consistent hoge productkwaliteit. De automatische registratie van de procesparameters maakt eenvoudige processtandaardisatie en naleving van Good Manufacturing Practices (GMP) mogelijk.
De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7 gebruik onder zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk. De eenvoudige en veilige bediening en de geringe onderhoudsbehoefte maken de ultrasone systemen van Hielscher tot het betrouwbare werkpaard in uw productie.
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0,5 tot 1,5mL | n.v.t. | VialTweeter |
| 1 tot 500mL | 10 tot 200mL/min | UP100H |
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000 |
| n.v.t. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.v.t. | hoger | cluster van UIP16000 |
Neem nu contact met ons op voor meer informatie! Onze goed opgeleide medewerkers bespreken uw extractieproces graag met u!
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Ultrasone processoren met hoog vermogen, van laboratoriumschaal tot proefinstallaties en industriële schaal.
UIP2000hdT, een krachtige sonicator van 2kW met hoge prestaties
Literatuur/Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Waarom is ultrasone extractie zo effectief?
Ultrasonically-assisted extraction (UAE) is gebaseerd op de koppeling van zeer intense ultrasone golven (akoestische golven) in een vloeistof of suspensie. De akoestische golven creëren afwisselende cycli van hoge druk / lage druk, die leiden tot het verschijnsel akoestische cavitatie. Het verschijnsel ultrasone of akoestische cavitatie wordt gekenmerkt door extreme, lokaal begrensde omstandigheden met zeer hoge drukken, temperaturen en afschuifkrachten. In de nabijheid van de imploderende cavitatiebellen kunnen temperaturen tot 5000K, drukken van 1000 atmosfeer, een opwarmings- en afkoelingssnelheid van meer dan 1010 K/s en vloeistofstralen met snelheden tot 280m/s worden gemeten, die zich uiten als zeer hoge afschuifkrachten en turbulentie in de cavitatiezone. De combinatie van deze factoren (druk, warmte, afschuiving en turbulentie) ontsluit cellen (lysis) en intensiveert de massaoverdracht tijdens het extractieproces. Hierdoor wordt de vloeistof-vaste-stofextractie van plantaardige bestanddelen uit plantencellen bevorderd. De ultrasone extractietechniek wordt op grote schaal toegepast voor de succesvolle en efficiënte extractie van flavonoïden, polysachariden, alkaloïden, fytosterolen, polyfenolen en pigmenten uit planten.
Ultrasone extractie uit plantencellen: de microscopische dwarsdoorsnede (TS) toont het werkingsmechanisme tijdens ultrasone extractie uit cellen (vergroting 2000x) [bron: Vilkhu et al. 2011]
Tabak
Verschillende planten van het geslacht Nicotiana en de familie Solanaceae (nachtschadefamilie) staan bekend als tabaksplanten. Tabak is niet alleen de gebruikelijke term voor de plant, maar duidt ook de producten aan die worden bereid uit de gedroogde en gerijpte bladeren van de tabaksplant. Hoewel Nicotiana tabacum het belangrijkste gewas voor de productie van tabak en nicotine is, zijn er meer dan 70 plantensoorten tabak. N. tabacum is de dominante soort die voor tabaksproducten wordt gebruikt, maar de krachtigere variant N. rustica komt wereldwijd voor en wordt gebruikt voor de productie van pesticiden. Bij vergelijking van het nicotinegehalte blijkt dat bladeren van N. rustica een nicotinegehalte van wel 9% hebben, terwijl bladeren van N. tabacum ongeveer 1 tot 3% bevatten.
Tabak bevat het stimulerende alkaloïde nicotine evenals harmala-alkaloïden. Gedroogde en gerijpte tabaksbladeren worden voornamelijk gebruikt om te roken in sigaretten, sigaren, pijpen en waterpijpen, evenals in e-sigaretten, e-sigaren, e-pijpen en verdampers. Als alternatief kunnen ze worden geconsumeerd als snuiftabak, pruimtabak, dippingtabak en snus.
De familie van tabaksplanten omvat verschillende (onder)soorten met uiteenlopende alkaloïden- en smaakprofielen.
Oriëntaalse tabak (Nicotiana tabacum L.) is een tabakssoort die voornamelijk wordt geteeld in Turkije, Griekenland en aangrenzende gebieden en wordt gebruikt voor de commerciële productie van sigaretten, sigaren en pruimtabak. Deze tabak heeft een sterke, karakteristieke smaak, bevat relatief weinig nicotine en veel reducerende suikers, zuren en vluchtige aromaolie, wat de tabaksproducten een intens aroma geeft.
Er zijn 67 natuurlijke tabakssoorten bekend. Hieronder staan de meest voorkomende soorten:
- Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – veelbloemige tabak
- Nicotiana africana Merxm.
- Nicotiana alata Link & Otto – gevleugelde tabak, jasmijntabak, tanbaku (Perzisch)
- Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – coyotetabak
- Nicotiana benthamiana Domin
- Nicotiana clevelandii A. Gray
- Nicotiana glauca Graham – boomtabak, Braziliaanse boomtabak, struiktabak, mosterdboom
- Nicotiana glutinosa L.
- Nicotiana langsdorffii Weinm.
- Nicotiana longiflora Cav.
- Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
- Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – woestijntabak, punche, “tabaquillo”
- Nicotiana otophora Griseb.
- Nicotiana plumbaginifolia Viv.
- Nicotiana quadrivalvis Pursh
- Nicotiana rustica L. – Azteekse tabak, mapacho
- Nicotiana suaveolens Lehm. – Australische tabak
- Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – Zuid-Amerikaanse tabak, bostabak
- Nicotiana tabacum L. – commerciële tabak die wordt geteeld voor de productie van sigaretten, sigaren, pruimtabak enz.
- Nicotiana tomentosiformis Goodsp.
De drie onderstaande soorten zijn door de mens gemaakte hybriden:
- Nicotiana × didepta N. debneyi × N. tabacum
- Nicotiana × digluta N. glutinosa × N. tabacum
- Nicotiana × sanderae Hort. ex Wats. N. alata × N. forgetiana
Tabakstypen
Het droog- en rijpingsproces en de daaropvolgende verdere rijping van tabaksbladeren veroorzaken een langzame oxidatie en afbraak van de carotenoïden die in het tabaksblad aanwezig zijn. Door de oxidatie worden bepaalde verbindingen in de tabaksbladeren gevormd die leiden tot aromatische smaken van zoet hooi, thee, rozenolie of fruit en bijdragen aan de “zachtheid” van de rook. Zetmeel wordt omgezet in suikers, die vervolgens eiwitten glycateren en worden geoxideerd tot geavanceerde glycatie-eindproducten (AGEs). Dit is een karamellisatieproces dat de rook ook zijn smaak geeft.
De bereidingsmethode en de methode voor het drogen en rijpen van tabak beïnvloeden de uiteindelijke aromakenmerken. Het drogen en rijpen kan gebeuren met lucht, vuur, indirect verwarmde lucht of zonlicht. Tabak die met indirect verwarmde lucht is gedroogd en gerijpt (bijv. uit Frankrijk) bevat bijvoorbeeld slechts lage gehalten aan alkaloïden, terwijl Burley-tabak die aan de lucht is gedroogd en gerijpt (bijv. afkomstig uit Guatemala) bekendstaat om zijn hoge alkaloïdengehalte.