Visoko efikasna ekstrakcija artemisinina uz pomoć ultrazvuka

Artemisinin se može efikasno ekstrahovati pomoću ultrazvučne obrade visokih performansi. Ultrazvučna ekstrakcija daje vrlo visoke prinose artemisinina koristeći blage rastvarače. Proces ekstrakcije ultrazvukom se drastično ubrzava. Uslovi obrade u ultrazvučnim ekstraktorima se precizno kontrolišu, što omogućava da se spreči degradacija toplotno osetljive biomolekule artemisinina.

Ekstrakcija artemisinina

Artemisinin je bioaktivna molekula prisutna u trihoma žlijezdama biljke Artemisia annua, koja se koristi kao lijek protiv malarije i pokazuje visok potencijal kao lijek za liječenje nekoliko drugih bolesti, uključujući rak i SARS-CoV-2. Tradicionalna metoda ekstrakcije uključuje toksična otapala i skup je, neoptimalan proces. Da bi se artemisinin proizvodio u velikim količinama u ekološki i ekonomski povoljnim uslovima, potrebna je efikasna i zelena tehnika ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija je široko rasprostranjena metoda ekstrakcije koja se može koristiti u kombinaciji s vodom ili etanolom kao netoksičnim rastvaračima. Već je dokazano da ultrazvučna ekstrakcija daje visoke prinose artemisinina, tako da se proizvodnja artemisinina može brzo povećati na velike količine. Ultrazvučna oprema za ekstrakciju za šaržnu i linijsku obradu na industrijskom nivou je lako dostupna.

Ultrazvučna ekstrakcija artemisinina iz Artemisia annua

Upotreba snažnog ultrazvuka za ekstrakciju nadmašuje druge metode ekstrakcije u različitim glavnim faktorima, uključujući prinos, vrijeme ekstrakcije, ekološku prihvatljivost i ekonomičnost.

Nedostaci tradicionalne ekstrakcije artemisinina

Tradicionalne metode ekstrakcije artemisinina su dugotrajne, mogu oštetiti bioaktivne molekule artemisinina zbog visokih temperatura koje se primjenjuju i imaju veliki utjecaj na okoliš zbog organskih rastvarača koji se koriste na visokim temperaturama. Dodatno, u daljem procesu potrebno je opsežno prečišćavanje kako bi se uklonile nečistoće iz sirovog ekstrakta.

Prednosti ultrazvučne ekstrakcije artemisinina

Primjena snažnog ultrazvuka za ekstrakciju ima nekoliko pozitivnih efekata koji intenziviraju proces ekstrakcije: Ultrazvuk visokih performansi stvara akustičnu kavitaciju. Ova akustična kavitacija pospješuje botaničku ekstrakciju razbijanjem stanica, tako da se zarobljene biomolekule oslobađaju iz ćelijskog matriksa biljke. Uz to, kavitacijske sile intenziviraju prijenos mase prenoseći biomolekule kao što je artemisinin efikasno u okolni rastvarač. Princip rada ultrazvučne ekstrakcije može se doprinijeti čisto mehaničkim silama kavitacije. To znači da je sonikacija netermalna, nehemijska tehnika ekstrakcije. Budući da je tehnika netermalne ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija je posebno povoljna jer je artemisinin termički osjetljivo jedinjenje, što znači da će više temperature (npr. 70°C) uzrokovati njegovu razgradnju. Shodno tome, Artemisia annua L. nije mogla da se kuva u vrućoj vodi da bi se dobio artemisinin.

Zelena otapala za ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina

Klasični rastvarači za ekstrakciju koji se koriste za proizvodnju artemisinina uključuju heksan, petrolej eter ili diklorometan. Ekstrakcija vođena ultrazvukom kompatibilna je sa bilo kojim rastvaračem uključujući blage, zelene rastvarače kao što su etanol ili voda. Ultrazvučna ekstrakcija artemisinina etanolom je podjednako efikasna u poređenju sa jakim rastvaračima. Kako artemisinin pokazuje slabu topljivost u vodi, ciklodekstrini se mogu koristiti za poboljšanje ultrazvučne ekstrakcije artemisinina hladnom vodom.

Šta ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina čini tako efikasnom?

Da biste razumjeli prednosti ultrazvučne ekstrakcije, potrebno je razumjeti princip rada ultrazvuka. Mehanizam intenziviranja ekstrakcije snažnog ultrazvuka uglavnom se pripisuje fenomenu akustične kavitacije. Ultrazvučna kavitacija uzrokuje sudare između čestica botaničke biomase (kao što su listovi Artemisia annua L.), što rezultira interpartikularnim frakcioniranjem i smanjenjem veličine čestica. Kada se kavitacijski mjehurići kolabiraju na površini biljnih čvrstih tvari, erozija i sonoporacija dodatno povećavaju površinu čestica. Na taj način intenzivirani prijenos mase olakšava oslobađanje molekula kao što su proteini, lipidi, šećeri, vitamini, antioksidansi, fitokemikalije (npr. artemisinin) i dijetalna vlakna. Ultrazvučno generirane posmične sile poboljšavaju prodiranje rastvarača u ćelijski matriks botaničke materije i poboljšavaju propusnost ćelijskih membrana, respektivno. Ovi mehanizmi snage ultrazvuka odgovorni su za značajno intenziviranje procesa postignuto kada se ultrazvučna metoda primjenjuje za botaničku ekstrakciju.

Snažni ultrazvučni talasi remete ćelijsku strukturu biljaka, oslobađaju bioaktivna jedinjenja i promovišu prenos mase između biljnog materijala i rastvarača (npr. etanola).

Istraživanjem dokazani rezultati ultrazvučne ekstrakcije artemisinina

Poduzeto je nekoliko naučnih studija kako bi se ispitala efikasnost i izvodljivost ultrazvučne ekstrakcije artemisinina iz listova Artemisia annua.

Briars i Paniwnyk su pokazali „da ultrazvuk na niskim temperaturama povećava prinos artemisinina ekstrahovanog iz A. annua za oko 58% i da se ekstrakti čine čistijim u poređenju sa konvencionalnim namakanjem; stoga upotreba ultrazvuka tokom ekstrakcije ima potencijal za proizvodnju jeftinijih tretmana na bazi artemisinina.” (Briars i Panivnyk, 2013.)

Zhang et al. (2017) istraživali su ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina koristeći propilen glikol metil eter (PGME) kao otapalo. Ekstrakt artemisinina proizveden ultrazvukom je analiziran korištenjem Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC). Rezultati analize su naglasili kvalitet ekstrakta. Zbog dobre ponovljivosti procesa i stabilnosti ekstrahiranog artemisinina, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija koristeći zeleni i efikasan monoeter propilen glikol metil eter (PGME) kao rastvarač pokazuje velike izglede u ekstrakciji i odvajanju bioaktivnih molekula iz biljaka. Ultrazvučna ekstrakcija upotrebom propilen glikol metil etera (PGME) kao rastvarača rezultirala je visokom ukupnom efikasnošću ekstrakcije i visokim prinosima artemisinina. (usp. Zhang et al., 2017.)

U drugoj studiji, Zhang et al. (2020) predstavljaju ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina upotrebom hidroksipropil-β-ciklodekstrina. Dodatak ciklodekstrina poboljšava oslobađanje jedinjenja artemisinina koji je slabo rastvorljiv u vodi i omogućava upotrebu vode kao rastvarača sa dobrim prinosima ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija u kombinaciji sa ciklodekstrinom povećala je količinu artemisinina na 8,66 mg/g, što je znatno više od odgovarajuće količine od 1,70 mg/g dobijene u vodi.

Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi za proizvodnju artemisinina

Ultrazvučni sistemi za ekstrakciju visokih performansi kompanije Hielscher Ultrasonics koriste se širom svijeta na R&D, mali, srednji i potpuno komercijalni nivoi proizvodnje u različitim industrijama kao što su proizvodnja hrane, dodataka prehrani i farmaceutska proizvodnja. Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi intenziviraju proces ekstrakcije i povećavaju prinos čime se poboljšava ukupna efikasnost proizvodnje visokokvalitetnog ekstrakta. Hielscher Ultrasonics nudi opremu za ekstrakciju za bilo koji volumen / kapacitet procesa. S iskustvom u botaničkoj ekstrakciji više od 25 godina, Hielscher Ultrasonics je vaš partner od povjerenja za ultrazvučnu ekstrakciju visokih performansi iz Artemisia annua!

Vrhunski ultrazvučni aparati visokih performansi

Pametne karakteristike Hielscher ultrasonicatora su dizajnirane da garantuju pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnost za korišćenje. Operativnim postavkama se može lako pristupiti i birati ih putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti putem digitalnog dodirnog ekrana u boji i daljinskog upravljača pretraživača. Stoga se svi uvjeti obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura automatski snimaju na ugrađenu SD karticu. Ovo vam omogućava da revidirate i uporedite prethodne serije sonikacije i da optimizirate proces ekstrakcije artemisinina do najveće efikasnosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom svijeta za proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata. Hielscher industrijski ultrasonicatori mogu lako pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitude do 200 µm mogu se lako kontinuirano generirati sa standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi). Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja, naši ultrazvučni sistemi za ekstrakciju se obično instaliraju za teške primjene i u zahtjevnim okruženjima.

Kontaktirajte nas sada da saznate više o ultrazvučnoj ekstrakciji artemisinina iz biljke Artemisia annua. Biće nam drago da Vam pošaljemo informacije o našim ultrazvučnim sistemima za ekstrakciju i cenama! Naše iskusno osoblje će rado razgovarati s vama o vašoj prijavi i zahtjevima obrade!
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: