Екстракция на алкалоиди с висок добив чрез ултразвукови сонди
Извличайте алкалоиди от растителни суровини по-бързо, по-пълно и с прецизен контрол на процеса. Ултразвуковите устройства със сонда на Hielscher използват акустична кавитация, за да разрушават растителните клетки и да интензифицират масопреноса, като ви помагат да постигнете висок добив на алкалоиди за минути вместо за часове.
Независимо дали обработвате листа, корени, кора, семена или друг растителен материал, ултразвуковите екстрактори на Hielscher осигуряват възпроизводима екстракция от лабораторните изпитвания до пилотните партиди и промишленото производство в непрекъснат поток.
Защо да изберете ултразвукова екстракция на алкалоиди?
- По-високи добиви при екстракция благодарение на ефективното разрушаване на клетките и подобреното проникване на разтворителя
- По-кратко време за обработка в сравнение с мацерация, приготвяне на отвари, запарване или екстракция по Сокслет
- По-малък разход на разтворител при използване на вода, воден етанол, метанол или други подходящи разтворители
- Контролирано качество на екстракта чрез регулируеми амплитуда, температура, време и интензивност
- Лесно мащабиране от малки проби до непрекъсната промишлена екстракция
- Надеждна документация с автоматично записване на данните за процеса за повторяемост и осигуряване на качеството
Разкажете ни за вашата растителна суровина, разтворител, размер на партидата и целево съединение. Нашите специалисти по приложенията ще ви помогнат да изберете лабораторна, пилотна или промишлена ултразвукова система за ефективна екстракция на алкалоиди.
Ултразвуково устройство UP400St за екстракция на алкалоиди от растителен материал.
Високоефективна екстракция на алкалоиди чрез мощен ултразвук
Как ултразвуковата екстракция подпомага изолирането на алкалоиди?
Ултразвуковата екстракция използва нискочестотни ултразвукови вълни (напр. с честота 20–26kHz) и ефекта на акустична кавитация, предизвикан от ултразвука. Ултразвуковите вълни с висока интензивност създават кавитационни мехурчета, които колапсират, като генерират локални разлики в налягането и температурата с висока енергийна плътност, както и мощни сили на срязване, които перфорират и разкъсват стените на растителните клетки и растителната тъкан. Движението на течността, породено от кавитацията, подпомага масопреноса между вътреклетъчната матрица и околния разтворител, така че алкалоидите се освобождават ефективно. За ултразвукова екстракция на алкалоиди растителният материал (напр. смлени изсушени листа) се поставя в разтворител, който обикновено представлява смес от вода и органичен разтворител, например воден етанол. Установено е, че полярните разтворители като метанол и етанол са най-ефективни за постигане на висок добив на алкалоиди. След кратка ултразвукова обработка на суспензията – състояща се от растителен материал и разтворител – алкалоидите се освобождават от растителните клетки и преминават в разтворителя, откъдето могат да бъдат изолирани и пречистени (напр. с помощта на ротационен изпарител).
Основни предимства на ултразвуковата екстракция на алкалоиди
Ултразвуковата екстракция се счита за превъзхождаща техника за изолиране на алкалоиди от растителни материали, тъй като предлага няколко предимства, включително:
- Повишена ефективност на екстракцията: Ултразвуковата екстракция може да увеличи добива на алкалоиди с повече от 200% в сравнение с традиционните методи за екстракция.
- Съкратено време за екстракция: Ултразвуковата екстракция може значително да съкрати времето за екстракция, което позволява по-бърза и по-ефективна обработка на големи обеми растителен материал.
- По-нисък разход на разтворител: Ултразвуковата екстракция може да намали необходимото за екстракцията количество разтворител, което води до по-нисък разход на разтворител и намалено въздействие върху околната среда.
- Селективна екстракция: Ултразвуковата екстракция може да се използва за селективно извличане на определени алкалоиди чрез избор на подходящ разтворител, параметри на процеса и температура на екстракция. Тъй като нежеланите съединения остават неизвлечени, чистотата на крайния продукт се подобрява.
- Лесно мащабиране: Ултразвуковата екстракция може лесно да се мащабира за обработка на по-големи обеми растителен материал, което я прави подходяща за търговско производство. Ултразвуковите процеси могат да се мащабират линейно, което улеснява внедряването им в промишлен мащаб.
Като цяло ултразвуковата екстракция предлага по-бърз, по-ефективен и по-щадящ околната среда подход за изолиране на алкалоиди от растителни материали.
Ултразвукова екстракция на алкалоиди от листата на дървото гравиола
Nolasco-González et al. (2022) изследват резултатността и ефективността на ултразвуковата екстракция на биоактивни съединения, включително фенолни съединения, алкалоиди и ацетогенини (всички с висок антиоксидантен капацитет), от листата на растителния вид Annona muricata (дървото гравиола). За ултразвуковата екстракция те използват ултразвуковото устройство със сонда UP400S при следните условия: 80% амплитуда, импулсен цикъл 0,7 s, в продължение на 4,54 min. Общите разтворими феноли (TSP) са извлечени с използване на 0,5 g прах от изсушени листа и 20 mL ацетон: вода (80:20 v/v). Полученият чрез ултразвук екстракт съдържа 178,48 mg/100 mL разтворими феноли, 20,18 mg/100 mL общи флавоноиди, 27,81 mg/100 mL хидролизируеми полифеноли, 167,07 mg/100 mL кондензирани танини, 30,44 mg/100 mL общи алкалоиди и 14,62 mg/100 mL общи ацетогенини. Екстрактът, изолиран с ултразвуковото устройство със сонда U400S (вижте снимката вляво), показва висок антиоксидантен капацитет и от ~6 до ~927 пъти по-високо съдържание на биоактивни съединения в сравнение с отвара или запарка, в зависимост от вида на съединението. В пробите са идентифицирани двадесет и четири различни фенолни съединения, като ултразвуково изолираният екстракт дава най-високата концентрация.
[срв. Nolasco-González et al., 2022]
Антиоксидантен капацитет на екстракти, получени при оптимални условия на ултразвуково подпомагана екстракция (UAE), приготвяне на отвара и запарване. Ултразвуковите екстракти последователно показват значително по-висок антиоксидантен капацитет.
(Изследване и графика: ©Nolasco-González et al., 2022)
HPLC хроматограма на фенолни съединения от екстракт от листа на Annona muricata, изолиран чрез ултразвук с помощта на ултразвуковото устройство UP400S.
(1) шикимова киселина, (2) галова киселина, (3) протокатехова киселина, (4) неохлорогенова киселина,
(5) 3,4-dihydroxyphenylacetic, (6) 4-hydroxybenzoic acid, (7) хлорогенова киселина, (8) 4-hydroxyphenyl acetic, (9) ванилова киселина, (10) сирингова киселина, (11) 3-hydroxybenzoic acid, (12) кафеена киселина, (13) 4-hydroxybenzaldehyde, (14) хомованилова киселина, (15) 3-(4-hydroxyphenyl), (16) p-кумарова киселина, (17) транс-ферулова киселина, (18) транс-канелена киселина, (19) галокатехин, (20) епигалокатехин, (21) катехин,(22) епикатехин, (23) рутин, (24) елагова киселина.
(Изследване и графика: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) потвърждават сходни резултати, като съобщават за 2,3 пъти повече алкалоиди от листа на A. muricata, извлечени чрез ултразвукова обработка (340 W, 56◦C, 30 min), в сравнение с екстракция по Сокслет (7 h, 80◦C).
Ултразвуков екстрактор UIP1000hdT с бъркалка за екстракция на алкалоиди в партиден режим.
Екстракция на индолови алкалоиди от коренова кора на мимоза и аяуаска с ултразвуково устройство
Кореновата кора на мимоза, както и листата на аяуаска, съдържат алкалоида N,N-диметилтриптамин (DMT). Понастоящем диметилтриптаминът (DMT) се изследва в клинични изпитвания заради халюциногенните му ефекти и съответно като потенциално лекарство за лечение на депресия и посттравматични стресови разстройства (PTSD). Ултразвуковата обработка ефективно подпомага освобождаването и изолирането на алкалоида от корените на Mimosa hostilis и листата на Psychotria viridis (аяуаска). Ултразвуковата екстракция на DMT осигурява висок добив за много кратко време. Съвместими с почти всеки разтворител, ултразвуковите устройства със сонда на Hielscher се използват за производство на биоактивни съединения с фармацевтично качество за употреба в изследователски и медицински условия, както и за подготовка на проби преди аналитично изпитване на качеството и активността. Следователно ултразвуковите устройства на Hielscher могат да улеснят медицинските изследвания на DMT и изследванията на растения по множество начини.
Най-разпространеният източник на индоловия алкалоид N,N-диметилтриптамин (DMT) е дървото журема, като алкалоидът се получава от корените на Mimosa hostilis (известна като jurema preta). Аяуаска е традиционното наименование на друг растителен вид, при който листата на храста Psychotria viridis са богати на DMT.
Както кореновата кора на мимоза (също mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; съкр. MHRB), така и листата на аяуаска съдържат различни биоактивни съединения, които понастоящем се изследват в клинични изпитвания за потенциала им като терапевтично лекарство. Кореновата кора на мимоза съдържа танини, сапонини, триптамини, алкалоиди, липиди, фитоиндоли, ксилоза, фитостероли, глюкозиди, рамноза, арабиноза, метоксихалкони, лупеол и кукулканини. Тези биоактивни съединения могат ефективно да бъдат извлечени от кореновата кора с помощта на ултразвукови устройства със сонда. Ултразвуковата екстракция е превъзхождащата техника за изолиране на целеви вещества като алкалоиди от растителен материал като коренова кора на мимоза и листа на аяуаска. Ултразвуковата обработка се отличава с висок добив за много кратко време на екстракция. Щадящите условия на процеса осигуряват най-високо качество на екстракта, като предотвратяват нежеланото разграждане на активните молекули.
Екстракционна установка за изолиране на вещества от растения: Ултразвуково устройство със сонда UP400St, вакуумен филтър Büchi и ротационен изпарител за екстракция на фитохимикали като алкалоиди и феноли.
Ултразвуков екстрактор UIP2000hdT с реактор за периодична работа от неръждаема стомана с фармацевтично качество за промишлено производство на алкалоидни екстракти.
Разкажете ни за вашата растителна суровина, разтворител, размер на партидата и целево съединение. Нашите специалисти по приложенията ще ви помогнат да изберете лабораторна, пилотна или промишлена ултразвукова система за ефективна екстракция на алкалоиди.
Ултразвукови устройства на Hielscher за ефективна екстракция на алкалоиди
Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високопроизводителни ултразвукови екстрактори, които се използват за научни изследвания, както и за производство на екстракти с фармацевтично качество.
Превъзходна ефективност на екстракцията:Ултразвуково подпомаганата екстракция е научно доказана техника с изключително висока ефективност при извличането на биоактивни съединения от растения. Докато традиционните методи често отнемат много време (от няколко часа до дни), ултразвуковата екстракция от растения отнема само няколко минути.
Висок добив при екстракция и превъзходно качество на екстракта с ултразвуковите устройства на Hielscher
Екстракцията чрез ултразвук позволява пълното освобождаване на биоактивните съединения от растителния материал. Ултразвуковата кавитация разрушава клетъчната матрица и ефективно освобождава биоактивните молекули в околния разтворител. Сравнителни изследвания показват, че ултразвуковата обработка дава по-висок добив на екстракт от други техники за екстракция (напр. Сокслет, мацерация, приготвяне на отвари, запарване). Ултразвуковата екстракция е съвместима с всеки разтворител и по този начин позволява използването и на много щадящи разтворители като вода или воден етанол. Според конкретните изисквания за екстракция могат да бъдат избрани полярни и неполярни разтворители, като преминаването от един разтворител към друг не представлява проблем. Прецизният контрол на параметрите на процеса (напр. амплитуда), използването на щадящи разтворители и точният контрол на температурата предотвратяват разграждането и замърсяването на биоактивните съединения (напр. алкалоиди, полифеноли, флавоноиди, канабиноиди и др.) по време на ултразвуковата екстракция.
Многостранно приложение на ултразвуковите устройства на Hielscher
Докато алтернативните техники за екстракция (напр. свръхкритичен CO2, екстракция с разтворител, перколация и др.) често са приложими само за извличане на конкретни молекули в зависимост от молекулната маса, разтворимостта и чувствителността към топлина, екстракцията с високопроизводителните ултразвукови устройства на Hielscher позволява многостранно извличане на всяко растително съединение. Ултразвуково подпомаганата екстракция може надеждно да се прилага за получаване на широкоспектърни екстракти, съдържащи биоактивни съединения като полифеноли, алкалоиди, антрахинони, флавоноиди, гликозиди, липиди, пектин и полизахариди.
Отлична енергийна ефективност и щадящо отношение към околната среда
Потреблението на енергия при ултразвуково подпомаганата екстракция е значително по-ниско от това при традиционните методи за извличане на лечебни съединения от растения.
Надеждност благодарение на стандартизацията на процесите с Hielscher Ultrasonics
Ултразвуковите устройства на Hielscher позволяват прецизен контрол на всички параметри на ултразвуковия процес, като амплитуда, интензивност, продължителност и температура. Параметрите на процеса се контролират лесно и се наблюдават непрекъснато. Освен това всички параметри на процеса се записват автоматично като CSV файл на вградена SD карта. Това позволява на оператора да преглежда циклите на ултразвукова обработка, да оптимизира процеса на екстракция и да осигурява постоянно качество на екстракта. Ултразвуковите устройства на Hielscher дават възможност на производителите да произвеждат растителни екстракти с превъзходно качество и улесняват спазването на Добрата производствена практика (GMP).
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови устройства:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | по-голям | клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за приложения за смесване, диспергиране, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и промишлен мащаб.
Полезни факти
Как ултразвуковата екстракция подобрява добива на алкалоиди в сравнение с традиционните методи?
Ултразвуковата екстракция използва нискочестотни ултразвукови вълни (20–26kHz), за да създаде акустични кавитационни мехурчета, които колапсират и генерират мощни сили на срязване. Този процес перфорира стените на растителните клетки и подпомага масопреноса между вътреклетъчната матрица и разтворителя. Според изследванията ултразвуковата екстракция може да увеличи добива на алкалоиди с повече от 200% в сравнение с традиционните методи за екстракция. Например изследвания върху листа на Annona muricata показват 2,3 пъти повече алкалоиди, извлечени чрез ултразвукова обработка, в сравнение с екстракция по Сокслет.
Какви алкалоиди могат да се извличат с ултразвуковите устройства на Hielscher?
Ултразвуковите устройства със сонда на Hielscher могат ефективно да извличат широк набор от алкалоиди, включително:
- Кофеин от кафеени зърна
- Никотин от тютюневи листа
- DMT (N,N-диметилтриптамин) от Mimosa hostilis и Psychotria viridis
- Митрагинин от кратом
- Пиперин от черен пипер
- Капсаицин от люти чушки
- Псилоцибин от гъби
- DMT и бета-карболини от Banisteriopsis caapi (аяуаска)
Оборудването е съвместимо с почти всеки разтворител, което го прави универсално за различни видове алкалоиди.
Какви са основните предимства на ултразвуковата екстракция на алкалоиди?
Ключовите предимства включват:
- Повишена ефективност на екстракцията: До 200% по-висок добив в сравнение с традиционните методи
- Съкратено време за екстракция: Екстракцията отнема минути вместо часове
- По-нисък разход на разтворител: Намалява разходите и въздействието върху околната среда
- Селективна екстракция: Изберете подходящи разтворители и параметри за целевите съединения
- Лесно мащабиране: Линейно мащабиране от лабораторията до промишленото производство
- Превъзходно качество на екстракта: Щадящите условия на процеса предотвратяват разграждането на биоактивните съединения
Кое ултразвуково устройство на Hielscher е най-подходящо за екстракция на алкалоиди?
Гамата от ултразвукови устройства на Hielscher предлага подходяща ултразвукова сонда за всеки обем. Ултразвуковото устройство UP400St с мощност 400 вата е идеално за средни по размер лабораторни партиди, докато мощното промишлено ултразвуково устройство UIP2000hdT с мощност 2000 вата обслужва производството в промишлен мащаб.
Кои разтворители са най-подходящи за екстракция на алкалоиди чрез ултразвукова обработка?
Установено е, че полярните разтворители като метанол и етанол са най-ефективни за постигане на висок добив на алкалоиди. Често използвана смес е водният етанол (вода и етанол). Предимството на ултразвуковата екстракция е съвместимостта с почти всеки разтворител, включително щадящи варианти като вода или воден етанол, което спомага за запазването на чувствителните биоактивни съединения.
Безопасна ли е ултразвуковата екстракция за чувствителни към топлина алкалоиди?
Да. Ултразвуковата екстракция протича при умерени температури (обикновено 56°C или по-ниски) и с кратка продължителност (30 минути или по-малко). Прецизният контрол на параметрите на процеса, включително амплитуда, интензивност, продължителност и температура, предотвратява разграждането на чувствителните към топлина алкалоиди. Това осигурява най-високо качество на екстракта и предотвратява нежеланото разграждане на активните молекули.
Може ли ултразвуковата екстракция да се мащабира за промишлено производство?
Безусловно. Ултразвуковата екстракция може лесно да се мащабира за обработка на по-големи обеми растителен материал, което я прави подходяща за търговско производство. Ултразвуковите процеси могат да се мащабират линейно, което улеснява внедряването им в промишлен мащаб. Hielscher предлага системи от промишлен клас като UIP10000hdT (10 000W) и UIP16000 за мащабна непрекъсната екстракция в поток.
Как се сравнява ултразвуковата екстракция с екстракцията по Сокслет при алкалоиди?
Изследванията показват ясни предимства:
- Време: Ултразвуковата екстракция отнема 30 минути в сравнение със 7 часа при Сокслет
- Температура: Ултразвуковата екстракция използва 56°C в сравнение с 80°C при Сокслет
- Добив: Ултразвуковата екстракция дава 2,3 пъти повече алкалоиди
- Качество: По-ниските температури предотвратяват термичното разграждане
(Срв. Lee et al., 2021)
Какво представляват алкалоидите?
Алкалоидите образуват клас естествено срещащи се азотсъдържащи съединения с ниска молекулна маса, които често се откриват като вторични метаболити в растителното царство. Един алкалоид съдържа поне един азотен атом. Алкалоидите се синтезират биохимично от една от следните три разпространени аминокиселини – лизин, тирозин и триптофан.
В растенията алкалоидите обикновено съществуват като соли на органични киселини, като оцетна, ябълчна, млечна, лимонена, оксалова, винена, танинова и други киселини. Някои слабо основни алкалоиди (като никотина) се срещат в свободна форма в природата. Някои алкалоиди се срещат и като гликозиди на захари като глюкоза, рамноза и галактоза, например алкалоидите от групата Solanum (соланин), като амиди (пиперин) и като естери (атропин, кокаин) на органични киселини (срв. Ramawat et al., 2009).
Много алкалоиди са биоактивни съединения с лечебни или терапевтични ефекти. Например определени видове алкалоиди се използват за лечение на различни заболявания, включително малария, диабет, конкретни видове рак, сърдечна дисфункция, депресия и др.
Тъй като много алкалоиди проявяват силни биоактивни свойства, употребата им като лекарства, наркотични вещества, стимуланти и отрови е или вече възприета, или е предмет на научни изследвания. Морфинът, добре известен алкалоид от мака Papaver somniferum, се използва като лекарство в съвременната медицина. Хининът и кодеинът са два други вида алкалоиди, използвани за медицински цели. Под медицинско наблюдение и в предписани от лекар дози алкалоидите са фармакологично полезни. При неправилна употреба обаче някои алкалоиди могат да бъдат токсични във високи дози. Алкалоидът стрихнин например се използва като високоефективен токсин, прилаган като пестицид срещу малки гръбначни животни.
Примери за някои алкалоиди в растенията
| Compounds | Plant Source | Effects and Applications |
| Morphine | Papaver somniferum | Analgesic |
| Camptothecin | Camptotheca acuminata | Anticancer |
| Atropine | Hyoscyamus niger | Treatment of intestinal spasms, antidote to other poisons |
| Vinblastine | Catharanthus roseus | Anticancer |
| Codeine | Papaver somniferum | Analgesic, antitusive |
| Caffeine | Coffea arabica | Stimulant, natural pesticide |
| Nicotine | Nicotiana tabacum | Stimulant, tranquillizer |
| Cocaine | Erythroxylon coca | Stimulant of the central nervous system, local anesthetic |
| N,N-dimethyltryptamine | Mimosa hostilis, Psychotria viridis | Hallucinogenic, entheogenic |
| Mitragynine | Mitragyna speciosa | Analgesic, psychoactive |
Литература / Източници
- Nolasco-González, Y.; Chacón-López, M.A.; Ortiz-Basurto, R.I.; Aguilera-Aguirre, S.; González-Aguilar, G.A.; Rodríguez-Aguayo, C.; Navarro-Cortez, M.C.; García-Galindo, H.S.; García-Magaña, M.d.L.; Meza-Espinoza, L.; Montalvo-González, E. (2022): Annona muricata Leaves as a Source of Bioactive Compounds: Extraction and Quantification Using Ultrasound. Horticulturae 2022, 8, 560.
- Aguilar-Hernandez, G., Zepeda-Vallejo, L. G., Lourdes Garcia-Magana, M. D., de los Angeles Vivar-Vera, M., Perez-Larios, A., Giron-Perez, M. I., Coria-Tellez, A. V., Rodriguez-Aguayo, C., Montalvo-Gonzalez, E. (2020): Extraction of Alkaloids Using Ultrasound from Pulp and By-Products of Soursop Fruit (Annona muricata L.). Applied Sciences, Vol. 10, No. 14, 15 July 2020.
- Chia Hau Lee, Ting Hun Lee, Pei Ying Ong, Syie Luing Wong, Norfadilah Hamdan, Amal A.M. Elgharbawy, Nurul Alia Azmi (2021): Integrated ultrasound-mechanical stirrer technique for extraction of total alkaloid content from Annona muricata. Process Biochemistry, Volume 109, 2021. 104-116.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лабораторен до промишлен размер.