Alkaloidna ekstrakcija pomoću sonde ultrazvučnika

Alkaloidi su bioaktivna jedinjenja, koja se mogu efikasno ekstrahovati iz biljaka ultrazvučnošću. Alkaloidi ispoljavaju širok spektar bioloških efekata i stoga se koriste kao farmaceutski i terapeutski. Ultrazvučna ekstrakcija je poželjna tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih alkaloidnih ekstrakata iz biljnog materijala. Ultrazvučna ekstrakcija rezultira vrlo visokim prinosima alkaloida, dok je vrijeme ekstrakcije kratko, a ultrazvučna oprema sigurna i jednostavna za rukovanje.

Visoko efikasna alkaloidna ekstrakcija pomoću ultrazvuka snage

Kako ultrazvučna ekstrakcija podstiče izolaciju alkaloida?
Ultrazvučna ekstrakcija koristi niskofrekventne ultrazvučne talase (npr. frekvencija 20-26kHz) i ultrazvučni efekat akustične kavitacije. Ultrazvučni talasi visokog intenziteta stvaraju mehuriće kavitacije koji kolabiraju, stvarajući lokalno energetski gust pritisak i temperaturne diferencijale, kao i moćne sile smicanja, koje perforiraju i razbijaju zidove biljnih ćelija i otvaranje biljnog tkiva. Protok tečnosti koji nastaje kavitacijom promoviše prenos mase između unutarćelijskog matriksa i okolnog rastvarača, tako da se alkaloidi efikasno oslobađaju. Za ultrazvučnu ekstrakciju alkaloida, biljni materijal (npr. mljeveno sušeno lišće) se stavlja u rastvarač, koji je obično mješavina vode i organskog rastvarača kao što je vodeni etanol. Utvrđeno je da su polarni rastvarači kao što su metanol i etanol najefikasniji za visoke alkaloidne prinose. Nakon kratkog ultrazvučnog tretmana gnojnice – Sastoji se od biljnog materijala i rastvarača – alkaloidi se oslobađaju iz biljnih celija i prisutni su u otapalu , odakle se mogu izolirati i procistiti ( npr. pomocu rotor-isparivača ) .

Prednosti ultrazvučne alkaloidne ekstrakcije

Ultrazvučna ekstrakcija se smatra superiornom tehnikom ekstrakcije za izolaciju alkaloida od biljnih materijala jer nudi nekoliko prednosti, uključujući:

1. Povećana efikasnost ekstrakcije: Ultrazvučna ekstrakcija može povećati prinos alkaloida za više od 200% u poređenju sa tradicionalnim metodama ekstrakcije.
2. Smanjeno vrijeme izvlačenja: Ultrazvučna ekstrakcija može značajno smanjiti vreme ekstrakcije, omogućavajući bržu i efikasniju obradu velikih količina biljnog materijala.
3. Manja potrošnja rastvarača: Ultrazvučna ekstrakcija može smanjiti količinu rastvarača potrebnog za ekstrakciju, što rezultira smanjenom potrošnjom rastvarača i smanjenim uticajem na životnu sredinu.
4. Selektivna ekstrakcija: Ultrazvučna ekstrakcija se može koristiti za selektivno izdvajanje određenih alkaloida odabirom odgovarajućeg rastvarača, parametara procesa i temperature ekstrakcije. Kako se neželjena jedinjenja zaostaju, poboljšava se čistoća finalnog proizvoda.
5. Jednostavan za nadogradnju: Ultrazvučna ekstrakcija se može lako skalirati za rukovanje većim količinama biljnog materijala, što ga čini pogodnim za komercijalnu proizvodnju. Ultrazvučni procesi mogu se linearno skalirati, što olakšava implementaciju na industrijskom nivou.

Sve u svemu, ultrazvučna ekstrakcija nudi brži, efikasniji i ekološki prihvatljiviji pristup izolaciji alkaloida od biljnih materijala.

Ultrazvučna alkaloidna ekstrakcija iz lišća drveta Soursop

Nolasco-González et al. (2022) istraživali su efikasnost ultrazvučne ekstrakcije bioaktivnih jedinjenja, uključujući fenolna jedinjenja, alkaloide, acetogenine (sve sa visokim antioksidativnim kapacitetom) iz lišća biljne vrste Annona muricata (drvo soursop). Za ultrazvučnu ekstrakciju koristili su ultrazvučni sistem sonde UP400S u sljedećim uvjetima: 80% amplitude, 0,7 s pulsni ciklus, tokom 4,54 min. Ukupni rastvorljivi fenoli (TSP) ekstrahovani su pomoću 0,5 g sušenog lišća u prahu i 20 ml acetona: voda (80:20 v/v). Ultrazvučno proizvedeni ekstrakt sadržavao je 178,48 mg/100 ml topivih fenola, 20,18 mg/100 ml ukupnih flavonoida, 27,81 mg/100 ml hidrolizabilnih polifenola, 167,07 mg/100 ml kondenziranih tanina, 30,44 mg/100 mg/100 ml fluorologena. Ekstrakt izolovan ultrazvučnikom tipa U400S (vidi sliku levo) pokazao je visok antioksidativni kapacitet i veći sadržaj bioaktivnih jedinjenja od ~6 do ~ 927 puta od decoction ili infuzije, u zavisnosti od vrste jedinjenja. U uzorcima su identificirana 24 različita fenolna spoja, a ultrazvučno izolirani ekstrakt proizveo je najveću koncentraciju.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]

Antioksidativni kapacitet ekstrakata dobijenih optimalnim uslovima ultrazvučno potpomognute ekstrakcije (UAE), dekocije i infuzije. Ultrazvučni ekstrakti konzistentno pokazuju značajno veći antioksidativni kapacitet.
(Studija i grafika: ©Nolasco-González et al., 2022)

HPLC hromatogram fenolnih jedinjenja iz ultrazvučno izolovanog ekstrakta listova Annona muricata pomoću ultrazvučnika UP400S.
(1) shikiminska kiselina, (2) galna kiselina, (3) protokatehuinska kiselina, (4) neohlorogena kiselina,
(5) 3,4-dihidroksifenilacetat, (6) 4-hidroksibenzojeva kiselina, (7) hlorogena kiselina, (8) 4-hidroksifenil sirćet, (9) vanilinska kiselina, (10) špriceva kiselina, (11) 3-hidroksibenzojeva kiselina, (12) kofeinska kiselina, (13) 4-hidroksibenzaldehid, (14) homovanilna kiselina, (15) (15) (1) 3-hidroksibenzojeva kiselina, (12) kofeinska kiselina, (13) 4-hidroksibenzaldehid, (14) homovanilna kiselina, (15) (15) 3-hidroksibenzojeva kiselina, (12) kofeinska kiselina, (13) 4-hidroksibenzaldehid, (14) homovanilna kiselina, (15) 3-hidroksibenzojeva kiselina, (12) kofeinska kiselina, (13) 4-hidroksibenzaldehid, (14) homovanilna kiselina, (15) (15) (24) Elaginska kiselina.
(Studija i grafika: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) imali su slične potvrđene rezultate jer su prijavili 2,3 puta više alkaloida iz listova A. muricata ekstrahovanih pod ultrazvučnošću (340 W, 56◦C, 30 min) u poređenju sa Soxhlet ekstrakcijom (7 h, 80◦C).

Indolna alkaloidna ekstrakcija iz kore mimoze i ayahuasca pomoću ultrazvučnika

Mimosa root bark as well as ayahuasca leaves contains the alkaloid N,N-dimethyltryptamine (DMT). Dimethyltryptamine (DMT) is currently researched in clinical trials for its hallucinogenic effects and therefore as a potential drug to treat depression and post-traumatic stress disorders (PTSD). Ultrasonication effectively promotes the release and isolation of the alkaloid from the Mimosa hostilis roots and Psychotria viridis leaves (ayahuasca). Ultrasonic DMT extraction produces high yields within very short time. Compatible with almost any solvent, Hielscher probe-type ultrasonicators are used for the production of pharma-grade bioactive compounds for use under research and medical settings as well as for sample prep before analytical quality and potency testing. Therefore, Hielscher ultrasonicators can facilitate medical DMT and botanical research in numerous ways.
Najčešći izvor indol akaloida N,N-dimetiltriptamina (DMT) u stablu jureme, dolazi iz korijena Mimosa hostilis (obično poznatog kao jurema preta). Ayahuasca je tradicionalni naziv za drugu biljnu vrstu, u kojoj su listovi grma Psychotria viridis bogati DMT-om.
Oboje, kora korena mimoze (takođe mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis korena kore; abbrev. MHRB) i listovi ayahuasca sadrže različita bioaktivna jedinjenja, koja se trenutno istražuju u kliničkim ispitivanjima u vezi sa njihovim potencijalom kao terapijskog leka. Kora korena mimoze sadrži tanine, saponine, triptamine, alkaloide, lipide, fitoindole, ksilozu, fitosterole, glukozide, ramnozu, arabinozu, metoksihalkone, lupeol i kukulkanine. Ovi bioaktivni spojevi mogu se efikasno izdvojiti iz korene kore pomoću ultrazvučnika tipa sonde. Ultrazvučna ekstrakcija je superiorna tehnika za izolaciju ciljnih supstanci kao što su alkaloidi iz botaničkog materijala kao što su kora korena mimoze i lišće ayahuasca. Sonikacija se ističe dajući visoke prinose u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije. Blagi procesni uslovi osiguravaju najviši kvalitet ekstrakta sprečavajući neželjenu degradaciju aktivnih molekula.

Extraction setup for botanical isolation: ultrasonikator tipa sonde UP400StBüchi vakuumski filter i rotor-isparivač za ekstrakciju fitohemikalija kao što su alkaloidi i fenoli.

Hielscher ultrazvučni sistemi za efikasnu ekstrakciju alkaloida

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne ekstrakte visokih performansi, koji se koriste za naučna istraživanja, kao i za proizvodnju ekstrakta farmaceutskog kvaliteta.

Hielscher ultrazvučni sistemi za superiornu efikasnost ekstrakcije

Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija je naučno dokazana tehnika sa izuzetnom visokom efikasnošću u pogledu ekstrakcije bioaktivnih jedinjenja iz biljaka. Iako tradicionalne metode često traju dugo (nekoliko sati do dana), ultrazvučna botanička ekstrakcija traje samo nekoliko minuta.

Visok prinos ekstrakcije i vrhunski kvalitet ekstrakta sa Hielscher ultrazvučnicima

Ultrazvučno vođena ekstrakcija omogućava potpuno oslobađanje bioaktivnih jedinjenja iz biljnog materijala. Ultrazvučna kavitacija razbija ćelijski matriks i efikasno oslobađa bioaktivne molekule u okolni rastvarač. Komparativne studije su pokazale da sonikacija daje veće prinose ekstrakta od drugih tehnika ekstrakcije (npr. sokhlet, maceracija, dekocija, infuzija). Ultrazvučna ekstrakcija je kompatibilna sa bilo kojim rastvaračem i omogućava upotrebu veoma blagih rastvarača kao što su voda ili vodeni etanol. Što se tiče specifičnih zahteva ekstrakcije, polarni i nepolarni rastvarači se mogu odabrati i prebacivanje između rastvarača nije problem. Precizna kontrola parametara procesa (npr. amplituda), upotreba blagih rastvarača i tačna kontrola temperature sprečavaju razgradnju i kontaminaciju bioaktivnih jedinjenja (npr. alkaloida, polifenola, flavonoida, kanabinoida itd.) tokom ultrazvučne ekstrakcije.

Primjena Hielscher ultrazvučnika

Dok su alternativne tehnike ekstrakcije (npr. superkritični CO2, ekstrakcija rastvarača, perkolacija itd.) često primenljive samo na ekstrakciju specifičnih molekula u zavisnosti od molekularne težine, rastvorljivosti i osetljivosti na toplotu, ekstrakcija Hielscherovim ultrazvučnicima visokih performansi omogućava svestranu ekstrakciju bilo kog botaničkog jedinjenja. Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija može se pouzdano primijeniti za ekstrakciju ekstrakata širokog spektra koji sadrže bioaktivna jedinjenja kao što su polifenoli, alkaloidi, antrakinoni, flavonoidi, glikozidi, lipidi, pektin i polisaharidi.

Odlična energetska efikasnost i ekološka prihvatljivost

Potrošnja energije ultrazvučno potpomognute ekstrakcije je daleko manja od tradicionalnih metoda u ekstrakciji ljekovitih spojeva iz biljaka.

Pouzdanost zbog standardizacije procesa sa Hielscher ultrazvukom

Hielscher ultrazvučni sistemi omogućavaju preciznu kontrolu svih parametara ultrazvučnog procesa kao što su amplituda, intenzitet, trajanje i temperatura. Parametri procesa se mogu lako kontrolisati i kontinuirano pratiti. Pored toga, svi parametri procesa se automatski protokoliraju kao CSV datoteka na ugrađenoj SD-kartici. Ovo omogućava operateru da revidira sonične radove, optimizuje proces ekstrakcije i obezbedi konzistentan kvalitet ekstrakta. Hielscher ultrazvučni sistemi omogućavaju proizvođačima da proizvode botaničke ekstrakte vrhunskog kvaliteta i olakšaju ispunjenje dobre proizvođačke prakse (GMP).

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators: