Ekstrakcija alkaloida pomoću sonde-ultrasonikatora

Alkaloidi su bioaktivna jedinjenja koja se mogu efikasno ekstrahovati iz biljaka ultrazvukom. Alkaloidi pokazuju široku lepezu bioloških efekata i stoga se koriste kao farmaceutski i terapeutski lekovi. 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 laka za rukovanje.

Visoko efikasna ekstrakcija alkaloida pomoću ultrazvuka

Kako ultrazvučna ekstrakcija potiče izolaciju alkaloida?
Ultrazvučna ekstrakcija koristi ultrazvučne talase niske frekvencije (npr. frekvencije 20-26 kHz) i ultrazvučni efekat akustične kavitacije. Ultrazvučni talasi visokog intenziteta stvaraju mjehuriće kavitacije koji kolabiraju, stvarajući lokalno energetski guste razlike tlaka i temperature, kao i snažne sile smicanja, koje perforiraju i razbijaju zidove biljnih stanica i biljno tkivo. Strujanje tekućine stvoreno kavitacijom potiče prijenos mase između unutarćelijskog matriksa i okolnog rastvarača tako da se alkaloidi efikasno oslobađaju. Za ultrazvučnu ekstrakciju alkaloida, biljni materijal (npr. mljeveno osušeno lišće) stavlja se u rastvarač, koji je tipično 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 prinose alkaloida. Nakon kratkog ultrazvučnog tretmana kaše – koji se sastoji od biljnog materijala i rastvarača – alkaloidi se oslobađaju iz biljnih ćelija i prisutni su u rastvaraču, odakle se mogu izolovati i prečistiti (npr. pomoću rotora-isparivača).

Glavne prednosti ultrazvučne ekstrakcije alkaloida

Ultrazvučna ekstrakcija se smatra vrhunskom tehnikom ekstrakcije za izolaciju alkaloida iz biljnog 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 ekstrakcije: Ultrazvučna ekstrakcija može značajno smanjiti vrijeme ekstrakcije, omogućavajući bržu i efikasniju obradu velikih količina biljnog materijala.
3. Manja potrošnja rastvarača: Ultrazvučna ekstrakcija može smanjiti količinu otapala potrebnog za ekstrakciju, što rezultira smanjenom potrošnjom otapala i smanjenim utjecajem na okoliš.
4. Selektivna ekstrakcija: Ultrazvučna ekstrakcija se može koristiti za selektivno izdvajanje određenih alkaloida odabirom odgovarajućeg rastvarača, parametara procesa i temperature ekstrakcije. Kako neželjeni spojevi ostaju, čistoća konačnog proizvoda se poboljšava.
5. Lako se povećava: Ultrazvučna ekstrakcija se može lako povećati za rukovanje većim količinama biljnog materijala, što ga čini pogodnim za komercijalnu proizvodnju. Ultrazvučni procesi se mogu linearno skalirati, što olakšava implementaciju u industrijskoj skali.

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

Ultrazvučna ekstrakcija alkaloida iz lišća kiselog drveta

Nolasco-González et al. (2022) istraživali su efektivnost i efikasnost ultrazvučne ekstrakcije bioaktivnih jedinjenja uključujući fenolna jedinjenja, alkaloide, acetogenine (svi sa visokim antioksidativnim kapacitetom) iz listova biljne vrste Annona muricata (drvo kisele soje). Za ultrazvučnu ekstrakciju koristili su ultrazvučni aparat tipa sonde UP400S u sledećim uslovima: 80% amplituda, 0,7 s impulsni ciklus, 4,54 min. Ukupni rastvorljivi fenoli (TSP) ekstrahovani su upotrebom 0,5 g praha osušenog lišća i 20 mL aceton:voda (80:20 v/v). Ultrazvučno proizveden ekstrakt sadržavao je 178,48 mg/100 mL rastvorljivih fenola, 20,18 mg/100 mL ukupnih flavonoida, 27,81 mg/100 mL hidrolizabilnih polifenola, 167,07 mg/100 mL tanni koncentrovanih 100 mL ukupno s and 14,62 mg/100 mL ukupnih acetogenina. Ekstrakt izolovan ultrazvučnim aparatom tipa sonde U400S (vidi sliku lijevo) pokazao je visok antioksidativni kapacitet i veći sadržaj bioaktivnih jedinjenja od ~6 do ~927 puta od decokcije ili infuzije, ovisno o vrsti spoja. U uzorcima su identifikovana 24 različita fenolna jedinjenja, a ultrazvučno izolovani ekstrakt dao je najveću koncentraciju.
[usp. Nolasco-González et al., 2022.]

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

HPLC hromatogram fenolnih jedinjenja iz ultrazvučno izolovanog ekstrakta listova Annona muricata na ultrazvučnom aparatu UP400S.
(1) šikimska kiselina, (2) galna kiselina, (3) protokatehuinska kiselina, (4) neohlorogenska kiselina,
(5) 3,4-dihidroksifeniloctena kiselina, (6) 4-hidroksibenzojeva kiselina, (7) hlorogena kiselina, (8) 4-hidroksifenil sirćetna, (9) vanilinska kiselina, (10) siringična kiselina, (11) 3-hidroksibenzoeva kiselina , (12) kafeinska kiselina, (13) 4-hidroksibenzaldehid, (14) homovanilna kiselina, (15) 3-(4-hidroksifenil), (16) p-kumarinska kiselina, (17) trans-ferulna kiselina, (18) trans-cimetna kiselina, (19) galokatehin, (20) epigalokatehin, (21) katehin, (22) epikatehin, (23) rutin, (24) elaginska kiselina.
(Studija i grafika: ©Nolasco-González et al., 2022.)

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

Ekstrakcija indol alkaloida iz kore korijena mimoze i ayahuasce pomoću ultrasonikatora

Kora korijena mimoze kao i listovi ayahuaske sadrže alkaloid N,N-dimetiltriptamin (DMT). Dimetiltriptamin (DMT) se trenutno istražuje u kliničkim ispitivanjima zbog svojih halucinogenih učinaka i stoga kao potencijalni lijek za liječenje depresije i posttraumatskih stresnih poremećaja (PTSP). Ultrazvučna obrada efikasno potiče oslobađanje i izolaciju alkaloida iz korijena Mimosa hostilis i listova Psychotria viridis (ayahuasca). Ultrazvučna ekstrakcija DMT-a daje visoke prinose u vrlo kratkom vremenu. Kompatibilni sa gotovo svim otapalima, ultrasonikatori tipa Hielscher sonde koriste se za proizvodnju bioaktivnih jedinjenja farmaceutskog kvaliteta za upotrebu u istraživačkim i medicinskim okruženjima, kao i za pripremu uzoraka pre analitičkog kvaliteta i testiranja potencijala. Stoga, Hielscher ultrasonicatori mogu olakšati medicinski DMT i botanička istraživanja na brojne načine.
Najčešći izvor indol akaloida N,N-dimetiltriptamina (DMT) u drvetu jureme, dolazi iz korijena Mimosa hostilis (poznatog kao jurema preta). Ayahuasca je tradicionalni naziv za drugu biljnu vrstu, u kojoj su listovi grma Psychotria viridis bogati DMT-om.
I kora korijena mimoze (također mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; skraćeno MHRB) i listovi ayahuasce sadrže različite bioaktivne spojeve, koji se trenutno istražuju u kliničkim ispitivanjima u pogledu njihovog potencijala kao terapeutskog lijeka. Kora korijena mimoze sadrži tanine, saponine, triptamine, alkaloide, lipide, fitoindole, ksilozu, fitosterole, glukozide, ramnozu, arabinozu, metoksihalkone, lupeol i kukulkanine. Ova bioaktivna jedinjenja mogu se efikasno ekstrahovati iz kore korena pomoću ultrazvučnih aparata tipa sonde. Ultrazvučna ekstrakcija je vrhunska tehnika za izolaciju ciljnih supstanci kao što su alkaloidi iz botaničkog materijala kao što je kora korijena mimoze i listovi ayahuasce. Sonikacija se ističe davanjem visokih prinosa u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije. Blagi procesni uslovi obezbeđuju najviši kvalitet ekstrakta sprečavajući neželjenu degradaciju aktivnih molekula.

Postavka ekstrakcije za botaničku izolaciju: Ultrasonikator tipa sonde UP400ST, Büchi vakuum filter i rotor-isparivač za ekstrakciju fitokemikalija kao što su alkaloidi i fenoli.

Hielscher Ultrasonicatori za učinkovitu ekstrakciju alkaloida

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne ekstraktore visokih performansi, koji se koriste za naučna istraživanja, kao i za proizvodnju ekstrakata farmaceutskog kvaliteta.
Superiorna efikasnost ekstrakcije:Ekstrakcija uz pomoć ultrazvuka je naučno dokazana tehnika sa izuzetno visokom efikasnošću u pogledu ekstrakcije bioaktivnih jedinjenja iz biljaka. Dok tradicionalne metode često traju dugo (od nekoliko sati do dana), ultrazvučna botanička ekstrakcija traje samo nekoliko minuta.

Visok prinos ekstrakcije i vrhunski kvalitet ekstrakta sa Hielscher ultrasonikatorima

Ekstrakcija vođena ultrazvukom omogućava potpuno oslobađanje bioaktivnih jedinjenja iz biljnog materijala. Ultrazvučna kavitacija razbija ćelijski matriks i efikasno oslobađa bioaktivne molekule u okolni rastvarač. Uporedne studije su pokazale da ultrazvuk daje veće prinose ekstrakta od drugih tehnika ekstrakcije (npr. Soxhlet, maceracija, decokcija, infuzija). Ultrazvučna ekstrakcija je kompatibilna sa bilo kojim rastvaračem i na taj način omogućava upotrebu vrlo blagog otapala kao što je voda ili vodeni etanol. S obzirom na specifične zahtjeve ekstrakcije, mogu se birati polarni i nepolarni rastvarači i prebacivanje između rastvarača nije problem. Precizna kontrola parametara procesa (npr. amplituda), upotreba blagih rastvarača i precizna kontrola temperature sprečavaju degradaciju i kontaminaciju bioaktivnih jedinjenja (npr. alkaloida, polifenola, flavonoida, kanabinoida itd.) tokom ultrazvučne ekstrakcije.

Raznovrsna primjena Hielscher ultrasonicatora

Dok su alternativne tehnike ekstrakcije (npr. superkritični CO2, ekstrakcija rastvaračem, perkolacija itd.) često primjenjive samo na ekstrakciju specifičnih molekula ovisno o molekulskoj težini, topljivosti i osjetljivosti na toplinu, ekstrakcija s Hielscherovim ultrazvučnim aparatima visokih performansi omogućava svestranost ekstrakcija bilo kojeg botaničkog jedinjenja. Ekstrakcija uz pomoć ultrazvuka može se pouzdano primijeniti za ekstrakciju ekstrakata širokog spektra koji sadrže bioaktivne spojeve kao što su polifenoli, alkaloidi, antrakinoni, flavonoidi, glikozidi, lipidi, pektin i polisaharidi.

Odlična energetska efikasnost i ekološka prihvatljivost

Potrošnja energije ekstrakcije uz pomoć ultrazvuka daleko je manja od tradicionalnih metoda ekstrakcije ljekovitih spojeva iz biljaka.

Pouzdanost zbog standardizacije procesa sa Hielscher Ultrasonics

Hielscher ultrasonikatori omogućuju preciznu kontrolu nad svim parametrima ultrazvučnog procesa kao što su amplituda, intenzitet, trajanje i temperatura. Parametri procesa se mogu lako kontrolisati i kontinuirano se prate. Dodatno, svi parametri procesa se automatski protokoliraju kao CSV fajl na ugrađenoj SD kartici. Ovo omogućava operateru da revidira izvođenje ultrazvučne obrade, da optimizira proces ekstrakcije i da osigura dosljedan kvalitet ekstrakta. Hielscher ultrasonikatori omogućavaju proizvođačima da proizvode botaničke ekstrakte vrhunske kvalitete i olakšavaju ispunjenje dobre proizvodne prakse (GMP).

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: