Високоефективна екстракция на артемизинин чрез ултразвукова обработка

Артемизининът може да бъде извлечен ефективно чрез високопроизводителна ултразвукова обработка. Ултразвуковата екстракция осигурява много високи добиви на артемизинин с използване на щадящи разтворители. Прилагането на ултразвук ускорява драстично процеса на екстракция. Условията на обработка в ултразвуковите екстрактори могат да се контролират прецизно, което позволява да се предотврати разграждането на чувствителната към топлина биомолекула артемизинин.

Екстракция на артемизинин

Артемизининът е биоактивна молекула, съдържаща се в жлезистите трихоми на растението Artemisia annua, която се използва като лекарство срещу малария и показва висок потенциал като лекарство за лечение на няколко други заболявания, включително рак и SARS-CoV-2. Традиционният метод за екстракция използва токсични разтворители и представлява скъп, неоптимален процес. За да се произвежда артемизинин в голям мащаб при екологично и икономически благоприятни условия, е необходима ефективна и екологична техника за екстракция. Ултразвуковата екстракция е широко утвърден метод за екстракция, който може да се използва в комбинация с вода или етанол като нетоксични разтворители. Вече е доказано, че ултразвуковата екстракция осигурява високи добиви на артемизинин, така че производството на артемизинин може бързо да се разшири до големи обеми. Ултразвуково оборудване за екстракция за периодична обработка и обработка в поточна линия в промишлен мащаб е леснодостъпно.

Ултразвукова екстракция на артемизинин от Artemisia annua

Използването на мощен ултразвук за екстракция превъзхожда другите методи за екстракция по различни основни показатели, включително добив, време за екстракция, екологичност и икономическа ефективност.

Недостатъци на традиционната екстракция на артемизинин

Традиционните методи за екстракция на артемизинин отнемат много време, могат да увредят биоактивните молекули на артемизинина поради прилаганите високи температури и имат значително въздействие върху околната среда поради органичните разтворители, използвани при високи температури. Освен това на следващия етап от процеса е необходимо обстойно пречистване, за да се отстранят примесите от суровия екстракт.

Предимства на ултразвуковата екстракция на артемизинин

Прилагането на мощен ултразвук за екстракция има няколко положителни ефекта, които интензифицират процеса на екстракция: високопроизводителният ултразвук създава акустична кавитация. Тази акустична кавитация подпомага екстракцията от растителни материали чрез разрушаване на клетките, така че задържаните биомолекули се освобождават от клетъчната матрица на растението. Освен това кавитационните сили интензифицират масопреноса, като пренасят ефективно биомолекулите, като артемизинин, в околния разтворител. Принципът на действие на ултразвуковата екстракция може да се обясни с чисто механичните сили на кавитацията. Това означава, че ултразвуковата обработка е нетермична, нехимична техника за екстракция. Нетермичният характер на ултразвуковата екстракция я прави особено благоприятна, тъй като артемизининът е термочувствително съединение, което означава, че по-високите температури (напр. 70°C) ще предизвикат неговото разлагане. Следователно Artemisia annua L. не може да се вари в гореща вода за получаване на артемизинин.

Екологични разтворители за ултразвукова екстракция на артемизинин

Класическите разтворители за екстракция, използвани за производството на артемизинин, включват хексан, петролев етер или дихлорометан. Екстракцията чрез ултразвук е съвместима с всеки разтворител, включително щадящи, екологични разтворители като етанол или вода. Ултразвуковата екстракция на артемизинин с етанол е също толкова ефективна, колкото екстракцията с агресивни разтворители. Тъй като артемизининът има ниска разтворимост във вода, могат да се използват циклодекстрини за подобряване на ултразвуковата екстракция на артемизинин със студена вода.

Какво прави ултразвуковата екстракция на артемизинин толкова ефективна?

За да се разберат предимствата на екстракцията с помощта на ултразвук, трябва да се разбере принципът на действие на мощния ултразвук. Механизмът, чрез който мощният ултразвук интензифицира екстракцията, се свързва основно с явлението акустична кавитация. Ултразвуковата кавитация предизвиква сблъсъци между частиците на растителната биомаса (като листа на Artemisia annua L.), което води до раздробяване вследствие на сблъсъците между частиците и намаляване на размера им. Когато кавитационните мехурчета колабират върху повърхността на твърдите растителни частици, ерозията и сонопорацията допълнително увеличават повърхността на частиците. Така интензифицираният масопренос улеснява освобождаването на молекули като протеини, липиди, захари, витамини, антиоксиданти, фитохимични вещества (напр. артемизинин) и хранителни влакнини. Генерираните чрез ултразвук сили на срязване подобряват проникването на разтворителя в клетъчната матрица на растителния материал и съответно подобряват пропускливостта на клетъчните мембрани. Тези механизми на мощния ултразвук са отговорни за значителната интензификация на процеса, постигната при прилагане на ултразвукова обработка за екстракция от растителни материали.

Мощните ултразвукови вълни разрушават клетъчната структура на растителните материали, освобождават биоактивните съединения и подпомагат масопреноса между растителния материал и разтворителя (напр. етанол).

Научно доказани резултати от ултразвуковата екстракция на артемизинин

Проведени са няколко научни изследвания за проучване на ефективността и практическата приложимост на ултразвуковата екстракция на артемизинин от листа на Artemisia annua.

Briars и Paniwnyk показват, „че ултразвукът при ниски температури увеличава добива на артемизинин, извлечен от A. annua, с около 58%, а екстрактите изглеждат по-чисти в сравнение с конвенционалното накисване; следователно използването на ултразвук по време на екстракцията има потенциал за създаване на по-евтини лечения на основата на артемизинин.“ (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang и съавт. (2017) изследват ултразвукова екстракция на артемизинин с използване на метилов етер на пропиленгликол (PGME) като разтворител. Полученият чрез ултразвук екстракт от артемизинин е анализиран с ултрависокоефективна течна хроматография (UPLC). Резултатите от анализа потвърждават качеството на екстракта. Благодарение на добрата повторяемост на процеса и стабилността на извлечения артемизинин, екстракцията с помощта на ултразвук, използваща екологичния и ефективен моноетер метилов етер на пропиленгликол (PGME) като разтворител, показва големи перспективи за извличането и разделянето на биоактивни молекули от растителни материали. Ултразвуковата екстракция с използване на метилов етер на пропиленгликол (PGME) като разтворител води до висока обща ефективност на екстракцията и високи добиви на артемизинин. (вж. Zhang et al., 2017)

В друго изследване Zhang и съавт. (2020) представят ултразвуковата екстракция на артемизинин с използване на хидроксипропил-β-циклодекстрин. Добавянето на циклодекстрин подобрява освобождаването на слабо разтворимото във вода съединение артемизинин и позволява използването на вода като разтворител при добри добиви от екстракцията. Ултразвуковата екстракция в комбинация с циклодекстрин увеличава количеството артемизинин до 8,66 mg/g, което е значително повече от съответното количество от 1,70 mg/g, получено във вода.

Високопроизводителни ултразвукови екстрактори за производство на артемизинин

Високопроизводителните системи за ултразвукова екстракция на Hielscher Ultrasonics се използват по целия свят за научноизследователска и развойна дейност, както и за производство в малък, среден и изцяло търговски мащаб в различни отрасли, като производството на храни, хранителни добавки и фармацевтични продукти. Високопроизводителните ултразвукови екстрактори интензифицират процеса на екстракция и увеличават добива, като по този начин подобряват общата ефективност на производството на висококачествени екстракти. Hielscher Ultrasonics предлага оборудване за екстракция за всякакъв обем / капацитет на процеса. С повече от 25 години опит в екстракцията от растителни материали, Hielscher Ultrasonics е вашият надежден партньор за високопроизводителна ултразвукова екстракция от Artemisia annua!

Високопроизводителни ултразвукови апарати с най-съвременна технология

Интелигентните функции на ултразвуковите апарати Hielscher са проектирани да гарантират надеждна работа, възпроизводими резултати и удобство за потребителя. Работните настройки са леснодостъпни и могат лесно да се задават чрез интуитивно меню, достъпно чрез цифров цветен сензорен дисплей и дистанционно управление през браузър. Затова всички условия на обработка, като нетна енергия, обща енергия, амплитуда, време, налягане и температура, се записват автоматично на вградена SD карта. Това ви позволява да преглеждате и сравнявате предишни цикли на ултразвукова обработка и да оптимизирате процеса на екстракция на артемизинин за постигане на най-висока ефективност.
Системите на Hielscher Ultrasonics се използват по целия свят за производството на висококачествени растителни екстракти. Промишлените ултразвукови апарати Hielscher могат лесно да работят при високи амплитуди в непрекъснат режим (24/7/365). Амплитуди до 200µm могат лесно да се генерират непрекъснато със стандартни сонотроди (ултразвукови сонди / рогове). За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка. Благодарение на своята здравина и ниските изисквания за поддръжка нашите системи за ултразвукова екстракция често се инсталират за приложения с голямо натоварване и в тежки работни условия.

Свържете се с нас сега, за да научите повече за ултразвуковата екстракция на артемизинин от растението Artemisia annua. С удоволствие ще ви изпратим информация за нашите системи за ултразвукова екстракция и цените им! Нашият опитен персонал с удоволствие ще обсъди с вас вашето приложение и изискванията ви към обработката!
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати: