Chiết xuất thuốc lá bằng siêu âm
Chiết xuất thuốc lá theo phương pháp thông thường là một quá trình chậm, tốn thời gian, sử dụng dung môi độc hại ở nhiệt độ cao, khiến quá trình này trở nên nguy hiểm. Việc chiết xuất alkaloid từ thuốc lá có hỗ trợ siêu âm có thể được thực hiện bằng nước hoặc dung môi dịu nhẹ trong một quá trình nhanh chóng chỉ mất vài phút. Các alkaloid như nicotine được giải phóng từ thuốc lá bằng siêu âm theo một quy trình nhanh chóng và hiệu quả cao, mang lại hiệu suất thu hồi cao đối với dịch chiết toàn phổ (chứa nicotine, nornicotine, axit chlorogenic, axit 5-caffeoylquinic, rutin, axit caffeic và scopoletin, solanesol, v.v.).
Chiết xuất thuốc lá bằng siêu âm
Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm là phương pháp chiết xuất nhanh chóng, hiệu quả và thuận tiện, dựa trên việc ứng dụng siêu âm công suất cao. Sóng siêu âm cường độ cao tạo ra các chuyển động vi mô nhanh và hiện tượng xâm thực âm trong hệ rắn–lỏng (ví dụ: nguyên liệu thực vật trong dung môi, chẳng hạn như lá thuốc lá trong ethanol), giúp tăng cường truyền khối cũng như đẩy nhanh quá trình chiết xuất. So với các kỹ thuật chiết xuất tiên tiến khác như chiết xuất bằng lưu chất siêu tới hạn và chiết xuất cặp ion, chiết xuất có hỗ trợ siêu âm tiết kiệm hơn đáng kể, thân thiện hơn với môi trường, an toàn hơn và dễ sử dụng hơn. Vì vậy, chiết xuất bằng siêu âm là kỹ thuật được ưu tiên để giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật.
Chiết xuất bằng siêu âm tạo ra dịch chiết phổ rộng, chứa nicotine, là alkaloid chính chiếm 94–98% tổng hàm lượng alkaloid trong thuốc lá, cùng với các alkaloid nornicotine, anabasine, anatabine, cotinine và myosmine.
Đọc thêm về chiết xuất alkaloid từ nguyên liệu thực vật bằng thiết bị siêu âm dạng đầu dò!
Thiết bị siêu âm UP400St (400 oát) để chiết xuất các alkaloid như nicotine, nornicotine, axit chlorogenic, v.v. từ lá thuốc lá.
Dịch chiết thuốc lá toàn phổ bằng xử lý siêu âm
Các alkaloid như nicotine và nornicotine, axit chlorogenic, các hợp chất phenolic, solanesol và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác có thể được phân lập nhanh chóng, hiệu quả và an toàn bằng phương pháp chiết xuất siêu âm. Chiết xuất thuốc lá theo phương pháp thông thường sử dụng các dung môi độc hại như heptane ở nhiệt độ cao, khiến quá trình chiết xuất trở thành một quy trình nguy hiểm. Toàn bộ quá trình chiết xuất thông thường mất khoảng 24h và do đó rất tốn thời gian.
Chiết xuất bằng siêu âm có thể được thực hiện bằng nước lạnh hoặc sử dụng các dung môi dịu nhẹ như ethanol hay hỗn hợp ethanol–nước ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao hơn một chút. Quá trình xử lý siêu âm chỉ mất vài phút, giúp việc chiết xuất diễn ra nhanh chóng. Hơn nữa, khi sử dụng nước hoặc dung môi dịu nhẹ, quá trình này hoàn toàn an toàn và thuận tiện.
Các dịch chiết toàn phổ được tạo ra bằng siêu âm chứa alkaloid chính là nicotine cùng với các alkaloid thứ cấp hoặc có hàm lượng thấp như anabasine hay 3-(2-piperidinyl)pyridine, anatabine hay 3-(2-1,2,3,6-tetrahydropyridyl)pyridine, cotinine hay 1-methyl-5-(3-pyridyl)-2-pyrrolidinone), 2,3’-dipyridyl hay isonicoteine, N-formylnornicotine hay 2-(3-pyridyl)pyrrolidinecarbaldehyde, myosmine hay 3-(1-pyrrolin-2-yl)pyridine, nornicotine hay 3-(pyrrolidin-2-yl)pyridine, và beta-nicotyrine hay 3-(1-methylpyrrol-2-yl)pyridine.
Hàm lượng các alkaloid này thay đổi tùy theo loài thuốc lá và sản phẩm thuốc lá. Trong khi nicotine là alkaloid chính chiếm 94–98% tổng hàm lượng alkaloid, nornicotine và anatabine là hai alkaloid thứ cấp có hàm lượng cao nhất, mỗi chất chiếm khoảng 2% đến 6% tổng hàm lượng alkaloid của thuốc lá.
- Hiệu suất thu hồi cao hơn
- Chất lượng cao
- Chiết xuất nhanh chóng
- Quá trình dịu nhẹ, không dùng nhiệt
- Nước hoặc dung môi
- Vận hành đơn giản và an toàn
Lựa chọn từ nhiều loại dung môi
Với phương pháp chiết xuất bằng siêu âm, bạn có thể lựa chọn nhiều dung môi khác nhau, bao gồm nước, cồn, ethanol, methanol, hỗn hợp ethanol–nước hoặc các dung môi mạnh như heptane hay hexane. Tất cả các dung môi kể trên đều đã được thử nghiệm thành công và cho thấy hiệu quả trong việc phân lập các hợp chất có hoạt tính sinh học như alkaloid, terpenoid, các hợp chất phenolic và solanesol từ nguyên liệu cây thuốc lá. Có thể sử dụng siêu âm để chiết xuất bằng nước lạnh không dùng dung môi (ví dụ: để điều chế dịch chiết hữu cơ) hoặc kết hợp với dung môi do bạn lựa chọn.
Tìm hiểu thêm về dung môi dùng trong chiết xuất thực vật bằng siêu âm!
Tìm hiểu thêm về chiết xuất bằng hexane được tăng cường bằng siêu âm!
Chiết xuất nicotine từ lá thuốc lá bằng siêu âm sử dụng thiết bị siêu âm UP200Ht
Thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu suất cao
Thiết bị siêu âm của Hielscher là công cụ chiết xuất thường được sử dụng để phân lập các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật. Với các thiết bị chiết xuất siêu âm cho mọi quy mô quy trình, Hielscher có thể đề xuất hệ thống siêu âm phù hợp nhất với nhu cầu của bạn. Bắt đầu với các hệ thống nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ dành cho phòng thí nghiệm để phân tích và thử nghiệm tính khả thi, Hielscher cung cấp đầy đủ các thiết bị từ thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm và quy mô thí điểm cho đến các thiết bị phản ứng siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp . Với đầy đủ các dòng thiết bị xử lý siêu âm, Hielscher có cấu hình lý tưởng cho quy trình chiết xuất của bạn. Tùy thuộc vào thể tích xử lý và mục tiêu của quy trình, có thể thực hiện chiết xuất bằng siêu âm ở chế độ theo mẻ hoặc dòng chảy liên tục. Các phụ kiện đa dạng như đầu dò siêu âm, bộ khuếch đại biên độ, buồng dòng chảy và thiết bị phản ứng cho phép trang bị thiết bị xử lý siêu âm để đáp ứng tối ưu các mục tiêu của quy trình.
Có thể điều khiển chính xác các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher và dữ liệu quy trình được tự động ghi lại trên thẻ SD tích hợp trong các hệ thống siêu âm kỹ thuật số của chúng tôi. Khả năng kiểm soát đáng tin cậy các thông số quy trình đảm bảo chất lượng sản phẩm luôn ở mức cao. Việc tự động ghi lại dữ liệu thông số quy trình giúp dễ dàng tiêu chuẩn hóa quy trình và đáp ứng Thực hành sản xuất tốt (GMP).
Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 với tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt. Khả năng vận hành dễ dàng, an toàn cùng nhu cầu bảo trì thấp giúp các hệ thống siêu âm Hielscher trở thành thiết bị chủ lực đáng tin cậy trong hoạt động sản xuất của bạn.
Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 0,5 đến 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Liên hệ ngay với chúng tôi để biết thêm thông tin! Đội ngũ nhân viên được đào tạo bài bản của chúng tôi rất sẵn lòng trao đổi với bạn về quy trình chiết xuất của bạn!
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Các thiết bị xử lý siêu âm công suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô thí điểm và công nghiệp.
UIP2000hdT, một thiết bị siêu âm hiệu suất cao, mạnh mẽ với công suất 2kW
Tài liệu/Tài liệu tham khảo
- 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.
Những điều đáng biết
Tại sao chiết xuất bằng siêu âm lại hiệu quả đến vậy?
Ultrasonically-assisted extraction (UAE) dựa trên việc ghép truyền các sóng siêu âm cường độ rất cao (sóng âm) vào chất lỏng hoặc huyền phù. Các sóng âm tạo ra các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp luân phiên, dẫn đến hiện tượng xâm thực âm. Hiện tượng xâm thực siêu âm hay xâm thực âm có đặc trưng là các điều kiện cực hạn, giới hạn cục bộ, với áp suất, nhiệt độ và lực cắt rất cao. Ở gần các bọt xâm thực đang sụp đổ, có thể đo được nhiệt độ lên đến 5000K, áp suất 1000 átmốtphe, tốc độ gia nhiệt–làm nguội trên 1010 K/s và các tia chất lỏng có vận tốc lên đến 280m/s, biểu hiện dưới dạng lực cắt rất cao và dòng chảy rối trong vùng xâm thực. Sự kết hợp của các yếu tố này (áp suất, nhiệt, lực cắt và dòng chảy rối) phá vỡ tế bào (ly giải) và tăng cường truyền khối trong quá trình chiết xuất. Nhờ đó, quá trình chiết rắn–lỏng các thành phần thực vật từ tế bào thực vật được thúc đẩy. Kỹ thuật chiết xuất siêu âm được ứng dụng rộng rãi để chiết xuất thành công và hiệu quả flavonoid, polysaccharide, alkaloid, phytosterol, polyphenol và các sắc tố từ thực vật.
Chiết xuất siêu âm từ tế bào thực vật: lát cắt ngang (TS) quan sát dưới kính hiển vi cho thấy cơ chế tác động trong quá trình chiết xuất siêu âm từ tế bào (độ phóng đại 2000x) [nguồn: Vilkhu và cộng sự 2011]
Thuốc lá
Nhiều loài thực vật thuộc chi Nicotiana và họ Solanaceae (họ Cà) được gọi là cây thuốc lá. Ngoài việc là tên gọi thông dụng của cây, thuốc lá còn chỉ các sản phẩm được chế biến từ lá thuốc lá đã qua quá trình làm khô và ủ. Trong khi Nicotiana tabacum là cây trồng chính được sử dụng để sản xuất thuốc lá và nicotine, có hơn 70 loài cây thuốc lá. N. tabacum là loài chủ yếu được sử dụng cho các sản phẩm thuốc lá, tuy nhiên biến thể có hoạt tính mạnh hơn là N. rustica có thể được tìm thấy trên khắp thế giới và được sử dụng để sản xuất thuốc trừ dịch hại. Khi so sánh hàm lượng nicotine, lá N. rustica có hàm lượng nicotine cao tới 9%, trong khi lá N. tabacum chứa khoảng 1 đến 3%.
Thuốc lá chứa nicotine, một alkaloid có tác dụng kích thích, cũng như các alkaloid harmala. Lá thuốc lá được phơi khô và xử lý chủ yếu được dùng để hút dưới dạng thuốc lá điếu, xì gà, tẩu, shisha cũng như thuốc lá điện tử, xì gà điện tử, tẩu điện tử và thiết bị hóa hơi. Ngoài ra, chúng có thể được sử dụng dưới dạng thuốc lá hít, thuốc lá nhai, thuốc lá ngậm và snus.
Họ cây thuốc lá bao gồm nhiều loài và phân loài có thành phần alkaloid và đặc tính hương vị khác nhau.
Thuốc lá phương Đông (Nicotiana tabacum L.) là một loài thuốc lá được trồng chủ yếu ở Thổ Nhĩ Kỳ, Hy Lạp và các khu vực lân cận, được sử dụng để sản xuất thương mại thuốc lá điếu, xì gà và thuốc lá nhai. Loài này có hương vị đặc trưng đậm, hàm lượng nicotine tương đối thấp và hàm lượng đường khử, axit cùng tinh dầu tạo hương dễ bay hơi cao, mang lại hương thơm đậm cho các sản phẩm thuốc lá.
Có 67 loài thuốc lá tự nhiên đã được biết đến. Các loài phổ biến nhất được liệt kê dưới đây:
- Nicotiana acuminata (Graham) Hook. – thuốc lá nhiều hoa
- Nicotiana africana Merxm.
- Nicotiana alata Link & Otto – thuốc lá có cánh, thuốc lá hoa nhài, tanbaku (tiếng Ba Tư)
- Nicotiana attenuata Torrey ex S. Watson – thuốc lá sói đồng cỏ
- Nicotiana benthamiana Domin
- Nicotiana clevelandii A. Gray
- Nicotiana glauca Graham – thuốc lá thân gỗ, thuốc lá thân gỗ Brazil, thuốc lá dạng bụi, cây mù tạt
- Nicotiana glutinosa L.
- Nicotiana langsdorffii Weinm.
- Nicotiana longiflora Cav.
- Nicotiana occidentalis H.-M. Wheeler
- Nicotiana obtusifolia M. Martens & Galeotti – thuốc lá sa mạc, punche, “tabaquillo”
- Nicotiana otophora Griseb.
- Nicotiana plumbaginifolia Viv.
- Nicotiana quadrivalvis Pursh
- Nicotiana rustica L. – thuốc lá Aztec, mapacho
- Nicotiana suaveolens Lehm. – thuốc lá Úc
- Nicotiana sylvestris Speg. & Comes – thuốc lá Nam Mỹ, thuốc lá rừng
- Nicotiana tabacum L. – thuốc lá thương mại được trồng để sản xuất thuốc lá điếu, xì gà, thuốc lá nhai, v.v.
- Nicotiana tomentosiformis Goodsp.
Ba loài dưới đây là các giống lai nhân tạo:
- Nicotiana × didepta N. debneyi × N. tabacum
- Nicotiana × digluta N. glutinosa × N. tabacum
- Nicotiana × sanderae Hort. ex Wats. N. alata × N. forgetiana
Các loại thuốc lá
Quá trình làm khô và ủ lá thuốc lá sau đó gây ra sự oxy hóa và phân hủy chậm các carotenoid có trong lá thuốc lá. Do sự oxy hóa, một số hợp chất trong lá thuốc lá được tổng hợp, tạo nên hương cỏ khô ngọt, trà, tinh dầu hoa hồng hoặc trái cây, góp phần tạo nên độ “êm dịu” của khói thuốc. Tinh bột được chuyển hóa thành đường, sau đó các đường này glycat hóa protein và bị oxy hóa thành các sản phẩm glycat hóa cuối cùng (AGEs). Đây là một quá trình caramen hóa cũng tạo nên hương vị cho khói thuốc.
Phương pháp sơ chế và làm khô thuốc lá ảnh hưởng đến các đặc tính hương thơm cuối cùng của thuốc lá. Có thể làm khô bằng cách hong gió, sấy bằng lửa, sấy gián tiếp qua ống dẫn nhiệt và phơi nắng. Ví dụ, thuốc lá được sấy gián tiếp qua ống dẫn nhiệt (ví dụ từ Pháp) chỉ chứa hàm lượng alkaloid thấp, trong khi thuốc lá Burley được hong gió (ví dụ có nguồn gốc từ Guatemala) được biết đến với hàm lượng alkaloid cao.