Ultrazvuková extrakcia tabaku
Konvenčná extrakcia tabaku je pomalý, časovo náročný proces, ktorý zahŕňa používanie toxických rozpúšťadiel pri vysokých teplotách, čo robí tento proces nebezpečným. Ultrazvukom asistovanú extrakciu alkaloidov z tabaku možno vykonávať s použitím vody alebo miernych rozpúšťadiel v rýchlom procese trvajúcom niekoľko minút. Alkaloidy, ako je nikotín, sa pri ultrazvukovej extrakcii z tabaku uvoľňujú rýchlym a vysoko účinným postupom, ktorý poskytuje vysoké výťažky plnospektrálneho extraktu (obsahujúceho nikotín, nornikotín, kyselinu chlorogénovú, kyselinu 5-kafeoylchinovú, rutín, kyselinu kávovú a skopoletín, solanesol atď.).
Ultrazvuková extrakcia tabaku
Ultrazvukom asistovaná extrakcia je rýchla, účinná a praktická extrakčná metóda založená na použití výkonového ultrazvuku. Intenzívne ultrazvukové vlny vytvárajú rýchle mikropohyby a akustickú kavitáciu v systémoch tuhá látka – kvapalina (napr. rastlinný materiál v rozpúšťadle, napr. tabakové listy v etanole), čo vedie k zvýšenému prenosu hmoty aj k zrýchleniu extrakčného procesu. V porovnaní s inými pokročilými extrakčnými technikami, ako sú extrakcia superkritickou tekutinou a extrakcia iónových párov, je ultrazvukom asistovaná extrakcia výrazne hospodárnejšia, šetrnejšia k životnému prostrediu, bezpečnejšia a jednoduchšia na používanie. Preto je ultrazvuková extrakcia preferovanou extrakčnou technikou na uvoľňovanie bioaktívnych zlúčenín z rastlinných materiálov.
Výsledkom ultrazvukovej extrakcie je širokospektrálny extrakt obsahujúci nikotín, ktorý je hlavným alkaloidom a tvorí 94–98% celkového obsahu alkaloidov v tabaku, ako aj alkaloidy nornikotín, anabazín, anatabín, kotinín a myozmín.
Prečítajte si viac o extrakcii alkaloidov z rastlinného materiálu pomocou sondového ultrazvukového prístroja!
Sonikátor UP400St (400 wattov) na extrakciu alkaloidov, ako sú nikotín, nornikotín, kyselina chlorogénová atď., z tabakových listov.
Plnospektrálne tabakové extrakty pomocou sonikácie
Alkaloidy, ako sú nikotín a nornikotín, kyselinu chlorogénovú, fenolové zlúčeniny, solanesol a ďalšie bioaktívne zlúčeniny možno pomocou ultrazvukovej extrakcie izolovať rýchlo, účinne a bezpečne. Konvenčná extrakcia tabaku zahŕňa používanie toxických rozpúšťadiel, ako je heptán, pri vysokých teplotách, čo mení extrakčný proces na nebezpečný postup. Celý konvenčný extrakčný proces trvá približne 24h, a preto je veľmi časovo náročný.
Ultrazvukovú extrakciu možno vykonávať ako extrakciu studenou vodou alebo s použitím miernych rozpúšťadiel, ako je etanol alebo zmes etanolu a vody, pri izbovej alebo mierne zvýšenej teplote. Sonikácia trvá niekoľko minút, vďaka čomu je extrakcia rýchlym postupom. Navyše je pri použití vody alebo miernych rozpúšťadiel tento proces úplne bezpečný a praktický.
Plnospektrálne extrakty vyrobené ultrazvukom obsahujú hlavný alkaloid nikotín, ako aj sekundárne alebo minoritné alkaloidy, ako sú anabazín alebo 3-(2-piperidinyl)pyridín, anatabín alebo 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridín, kotinín alebo 1-metyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrolidinón), 2,3’-dipyridyl alebo izonikoteín, N-formylnornikotín alebo 2-(3-pyridyl)pyrolidínkarbaldehyd, myozmín alebo 3-(1-pyrolín-2-yl)pyridín, nornikotín alebo 3-(pyrolidín-2-yl)pyridín a beta-nikotyrín alebo 3-(1-metylpyrol-2-yl)pyridín.
Obsah týchto alkaloidov sa líši v závislosti od druhu tabaku a tabakových výrobkov. Zatiaľ čo nikotín je hlavným alkaloidom a tvorí 94–98% celkového obsahu alkaloidov, nornikotín a anatabín sú dva najviac zastúpené sekundárne alkaloidy, pričom každý z nich predstavuje približne 2% až 6% celkového obsahu alkaloidov v tabaku.
- Vyšší výťažok
- Vysoká kvalita
- Rýchla extrakcia
- Šetrný, netepelný proces
- Voda alebo rozpúšťadlo
- Jednoduchá a bezpečná obsluha
Vyberte si zo širokej ponuky rozpúšťadiel
Pri ultrazvukovej extrakcii si môžete vybrať z rôznych rozpúšťadiel vrátane vody, alkoholu, etanolu, metanolu, zmesí etanolu a vody alebo silných rozpúšťadiel, ako sú heptán alebo hexán. Všetky uvedené rozpúšťadlá už boli úspešne otestované a preukázala sa ich účinnosť pri izolácii bioaktívnych zlúčenín, ako sú alkaloidy, terpenoidy, fenolové zlúčeniny a solanesol, z tabakového rastlinného materiálu. Sonikáciu možno použiť pri extrakcii studenou vodou bez rozpúšťadiel (napr. na prípravu ekologických extraktov) alebo ju možno kombinovať s rozpúšťadlom podľa vášho výberu.
Zistite viac o rozpúšťadlách na ultrazvukovú extrakciu z rastlinných materiálov!
Zistite viac o extrakcii hexánom zintenzívnenej ultrazvukom!
Ultrazvuková extrakcia nikotínu z tabakových listov pomocou sonikátora UP200Ht
Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory
Ultrazvukové zariadenia Hielscher sú bežne používaným nástrojom na extrakciu pri izolácii bioaktívnych zlúčenín z rastlinných materiálov. Spoločnosť Hielscher dodáva ultrazvukové extraktory pre všetky rozsahy procesov, a preto vám dokáže odporučiť najvhodnejší ultrazvukový systém pre vaše potreby. Počnúc kompaktnými, no výkonnými laboratórnymi systémami na analýzu a testovanie uskutočniteľnosti ponúka Hielscher kompletný sortiment od laboratórnych a poloprevádzkových sonikátorov až po plne priemyselné ultrazvukové reaktory. Vďaka kompletnému sortimentu ultrazvukových procesorov má Hielscher ideálnu zostavu pre váš extrakčný proces. V závislosti od spracovávaného objemu a cieľa procesu možno ultrazvukovú extrakciu vykonávať vo vsádzkovom režime alebo v režime kontinuálneho prietoku. Rozmanité príslušenstvo, ako sú sonotródy, zosilňovače amplitúdy, prietokové cely a reaktory, umožňuje vybaviť ultrazvukový procesor tak, aby ideálne spĺňal ciele procesu.
Ultrazvukové procesory Hielscher možno presne riadiť a procesné údaje sa automaticky zaznamenávajú na integrovanú SD kartu našich digitálnych ultrazvukových systémov. Spoľahlivá kontrola procesných parametrov zabezpečuje trvalo vysokú kvalitu produktu. Automatický záznam procesných parametrov umožňuje jednoduchú štandardizáciu procesu a dodržiavanie správnej výrobnej praxe (GMP).
Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach. Jednoduchá a bezpečná obsluha, ako aj nízke nároky na údržbu robia z ultrazvukových systémov Hielscher spoľahlivého pomocníka vo vašej výrobe.
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich sonikátorov:
| Objem vsádzky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 0,5 až 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zostava zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás teraz a získajte ďalšie informácie! Naši dôkladne vyškolení pracovníci s vami radi prediskutujú váš extrakčný proces!
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Ultrazvukové procesory s vysokým výkonom od laboratórneho cez poloprevádzkový až po priemyselný rozsah.
UIP2000hdT, vysokovýkonný sonikátor s výkonom 2kW
Literatúra/Referencie
- 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.
Užitočné fakty
Prečo je ultrazvuková extrakcia taká účinná?
Ultrasonically-assisted extraction (UAE) je založená na vnášaní ultrazvukových vĺn s veľmi vysokou intenzitou (akustických vĺn) do kvapaliny alebo suspenzie. Akustické vlny vytvárajú striedajúce sa cykly vysokého a nízkeho tlaku, ktoré vedú k javu akustickej kavitácie. Jav ultrazvukovej alebo akustickej kavitácie sa vyznačuje extrémnymi, lokálne ohraničenými podmienkami veľmi vysokých tlakov, teplôt a šmykových síl. V blízkosti implodujúcich kavitačných bublín možno namerať teploty až 5000K, tlaky 1000 atmosfér, rýchlosť ohrevu a ochladzovania nad 1010 K/s a prúdy kvapaliny s rýchlosťou až 280m/s, ktoré sa v kavitačnej zóne prejavujú ako veľmi vysoká šmyková sila a turbulencie. Kombinácia týchto faktorov (tlaku, tepla, šmyku a turbulencie) narúša bunky (lýza) a zintenzívňuje prenos hmoty počas extrakčného procesu. Tým sa podporuje extrakcia rastlinných zložiek z rastlinných buniek v systéme kvapalina–tuhá látka. Technika ultrazvukovej extrakcie sa široko využíva na úspešnú a účinnú extrakciu flavonoidov, polysacharidov, alkaloidov, fytosterolov, polyfenolov a pigmentov z rastlín.
Ultrazvuková extrakcia z rastlinných buniek: mikroskopický priečny rez (TS) ukazuje mechanizmus pôsobenia pri ultrazvukovej extrakcii z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Tabak
Ako tabakové rastliny sa označujú rôzne rastliny rodu Nicotiana z čeľade Solanaceae (ľuľkovité). Okrem bežného označenia rastliny sa výraz tabak používa aj pre výrobky pripravené z tabakových listov spracovaných sušením. Hoci je Nicotiana tabacum hlavnou plodinou používanou na výrobu tabaku a nikotínu, existuje viac ako 70 rastlinných druhov tabaku. N. tabacum je dominantným druhom používaným na tabakové výrobky, avšak účinnejší variant N. rustica sa vyskytuje po celom svete a používa sa na výrobu pesticídov. Pri porovnaní obsahu nikotínu dosahuje obsah nikotínu v listoch N. rustica až 9%, zatiaľ čo listy N. tabacum obsahujú približne 1 až 3%.
Tabak obsahuje stimulačný alkaloid nikotín aj harmalové alkaloidy. Sušené a sušením konzervované tabakové listy sa používajú najmä na fajčenie v cigaretách, cigarách, fajkách a vodných fajkách, ako aj v elektronických cigaretách, elektronických cigarách, elektronických fajkách a vaporizéroch. Alternatívne sa môžu konzumovať ako šnupací tabak, žuvací tabak, tabak vkladaný medzi peru a ďasno a snus.
Čeľaď tabakových rastlín zahŕňa rôzne druhy a poddruhy, ktoré sa vyznačujú odlišnými alkaloidovými a chuťovými profilmi.
Orientálny tabak (Nicotiana tabacum L.) je druh tabaku pestovaný najmä v Turecku, Grécku a susedných oblastiach, ktorý sa používa na komerčnú výrobu cigariet, cigár a žuvacieho tabaku. Má výraznú charakteristickú chuť, relatívne nízky obsah nikotínu a vysoký obsah redukujúcich cukrov, kyselín a prchavého aromatického oleja, ktorý dodáva tabakovým výrobkom intenzívnu arómu.
Je známych 67 prírodných druhov tabaku. Nižšie sú uvedené najbežnejšie druhy:
- Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – mnohokvetý tabak
- Nicotiana africana Merxm.
- Nicotiana alata Link & Otto – krídlatý tabak, jazmínový tabak, tanbaku (po perzsky)
- Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – kojotí tabak
- Nicotiana benthamiana Domin
- Nicotiana clevelandii A. Gray
- Nicotiana glauca Graham – stromový tabak, brazílsky stromový tabak, krovitý tabak, horčicový strom
- Nicotiana glutinosa L.
- Nicotiana langsdorffii Weinm.
- Nicotiana longiflora Cav.
- Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
- Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – púštny tabak, punche, „tabaquillo“
- Nicotiana otophora Griseb.
- Nicotiana plumbaginifolia Viv.
- Nicotiana quadrivalvis Pursh
- Nicotiana rustica L. – aztécky tabak, mapacho
- Nicotiana suaveolens Lehm. – austrálsky tabak
- Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – juhoamerický tabak, lesný tabak
- Nicotiana tabacum L. – komerčne pestovaný tabak na výrobu cigariet, cigár, žuvacieho tabaku atď.
- Nicotiana tomentosiformis Goodsp.
Tri nižšie uvedené druhy sú umelo vytvorené hybridy:
- Nicotiana × didepta N. debneyi × N. tabacum
- Nicotiana × digluta N. glutinosa × N. tabacum
- Nicotiana × sanderae Hort. ex Wats. N. alata × N. forgetiana
Typy tabaku
Proces sušenia a následného zrenia tabakových listov vyvoláva pomalú oxidáciu a degradáciu karotenoidov prítomných v tabakovom liste. V dôsledku oxidácie sa v tabakových listoch syntetizujú určité zlúčeniny, ktoré vytvárajú sladké aromatické tóny sena, čaju, ružového oleja alebo ovocia a prispievajú k „jemnosti“ dymu. Škroby sa premieňajú na cukry, ktoré následne glykujú proteíny a oxidujú sa na konečné produkty pokročilej glykácie (AGEs). Ide o proces karamelizácie, ktorý dymu dodáva aj chuť.
Spôsob prípravy a sušenia tabaku ovplyvňuje jeho konečné aromatické vlastnosti. Tabak možno sušiť vzduchom, nad ohňom, nepriamym ohrevom a na slnku. Napríklad tabak sušený nepriamym ohrevom (napr. z Francúzska) obsahuje iba nízke množstvá alkaloidov, zatiaľ čo tabak Burley sušený vzduchom (napr. pochádzajúci z Guatemaly) je známy vysokým obsahom alkaloidov.