Visokoefikasna ekstrakcija artemisinina ultrazvučnom obradom (sonikacijom)

Artemisinin se može efikasno ekstrahirati visokoučinskom ultrazvučnom obradom (sonikacijom). Ultrazvučna ekstrakcija daje vrlo visoke prinose artemisinina uz upotrebu blagih otapala. Proces ekstrakcije primjenom ultrazvuka drastično je ubrzan. Uvjeti obrade u ultrazvučnim ekstraktorima mogu se precizno kontrolirati, što omogućava sprečavanje razgradnje biomolekule artemisinina, koja je osjetljiva na toplinu.

Ekstrakcija artemisinina

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

Ultrazvučna ekstrakcija artemisinina iz biljke Artemisia annua

Upotreba snažnog ultrazvuka za ekstrakciju nadmašuje druge metode ekstrakcije prema različitim važnim faktorima, uključujući prinos, vrijeme ekstrakcije, ekološku prihvatljivost i isplativost.

Nedostaci tradicionalne ekstrakcije artemisinina

Tradicionalne metode ekstrakcije artemisinina dugotrajne su, mogu oštetiti bioaktivne molekule artemisinina zbog primijenjenih visokih temperatura te imaju veliki utjecaj na okoliš zbog organskih otapala koja se koriste na visokim temperaturama. Osim toga, u nizvodnom procesu potrebno je opsežno pročišćavanje kako bi se iz sirovog ekstrakta uklonile nečistoće.

Prednosti ultrazvučne ekstrakcije artemisinina

Primjena snažnog ultrazvuka za ekstrakciju ima nekoliko pozitivnih učinaka koji intenziviraju proces ekstrakcije: visokoučinski ultrazvuk stvara akustičnu kavitaciju. Ta akustična kavitacija potiče biljnu ekstrakciju razgradnjom ćelija, tako da se zarobljene biomolekule oslobađaju iz ćelijskog matriksa biljke. Osim toga, kavitacijske sile intenziviraju prijenos mase te biomolekule poput artemisinina efikasno prenose u okolno otapalo. Princip rada ultrazvučne ekstrakcije može se pripisati isključivo mehaničkim silama kavitacije. To znači da je ultrazvučna obrada (sonikacija) netermička, nehemijska tehnika ekstrakcije. Zbog toga što je netermička tehnika ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija je posebno povoljna jer je artemisinin termički osjetljivo jedinjenje, što znači da više temperature (npr. 70°C) uzrokuju njegovu razgradnju. Slijedom toga, Artemisia annua L. nije se mogla kuhati u vrućoj vodi radi dobivanja artemisinina.

Zelena otapala za ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina

Klasična otapala za ekstrakciju koja se koriste u proizvodnji artemisinina uključuju heksan, petroleter ili diklormetan. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom kompatibilna je s bilo kojim otapalom, uključujući blaga, zelena otapala poput etanola ili vode. Ultrazvučna ekstrakcija artemisinina etanolom jednako je efikasna u poređenju s oštrim otapalima. Budući da artemisinin ima slabu topivost u vodi, ciklodekstrini se mogu koristiti za poboljšanje ultrazvučne ekstrakcije artemisinina hladnom vodom.

Što ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina čini tako efikasnom?

Da bi se razumjele prednosti ultrazvučno potpomognute ekstrakcije, mora se razumjeti princip rada snažnog ultrazvuka. Mehanizam snažnog ultrazvuka koji intenzivira ekstrakciju uglavnom se pripisuje fenomenu akustične kavitacije. Ultrazvučna kavitacija uzrokuje sudare između čestica biljne biomase (poput listova biljke Artemisia annua L.), što rezultira međučestičnim usitnjavanjem i smanjenjem veličine čestica. Kada kavitacijski mjehurići kolabiraju na površini biljnih čvrstih tvari, erozija i sonoporacija dodatno povećavaju površinu čestica. Time intenzivirani prijenos mase olakšava oslobađanje molekula poput proteina, lipida, šećera, vitamina, antioksidansa, fitokemikalija (npr. artemisinina) i prehrambenih vlakana. Ultrazvučno generirane smične sile poboljšavaju prodiranje otapala u ćelijski matriks biljne tvari, odnosno poboljšavaju propusnost ćelijskih membrana. Ovi mehanizmi snažne ultrazvučne tehnike odgovorni su za značajnu intenzifikaciju procesa postignutu kada se ultrazvučna obrada primjenjuje za biljnu ekstrakciju.

Valovi snažnog ultrazvuka razaraju ćelijsku strukturu biljnog materijala, oslobađaju bioaktivna jedinjenja i potiču prijenos mase između biljnog materijala i otapala (npr. etanola).

Rezultati ultrazvučne ekstrakcije artemisinina potvrđeni istraživanjima

Provedeno je nekoliko znanstvenih studija kako bi se istražile efikasnost i praktičnost ultrazvučne ekstrakcije artemisinina iz listova biljke Artemisia annua.

Briars i Paniwnyk su pokazali „da ultrazvuk na niskim temperaturama povećava prinos artemisinina ekstrahiranog iz A. annua za oko 58%, a ekstrakti izgledaju čistije u poređenju s konvencionalnim potapanjem; stoga upotreba ultrazvuka tokom ekstrakcije ima potencijal za proizvodnju jeftinijih tretmana na bazi artemisinina.“ (Briars i Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) istražili su ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina koristeći propilenglikol metil eter (PGME) kao otapalo. Ultrazvučno dobiveni ekstrakt artemisinina analiziran je tekućinskom hromatografijom ultravisokih performansi (UPLC). Rezultati analize potvrdili su kvalitet ekstrakta. Zahvaljujući dobroj ponovljivosti procesa i stabilnosti ekstrahiranog artemisinina, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija koja koristi zeleni i efikasni monoeter propilenglikol metil eter (PGME) kao otapalo pokazuje velike izglede u ekstrakciji i izdvajanju bioaktivnih molekula iz biljaka. Ultrazvučna ekstrakcija s propilenglikol metil eterom (PGME) kao otapalom 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 pomoću hidroksipropil-β-ciklodekstrina. Dodatak ciklodekstrina poboljšava oslobađanje artemisinina, jedinjenja slabo topivog u vodi, i omogućava upotrebu vode kao otapala uz dobre prinose ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija u kombinaciji s ciklodekstrinom povećala je količinu artemisinina na 8,66 mg/g, što je znatno više od odgovarajuće količine od 1,70 mg/g dobivene u vodi.

Visokoučinski ultrazvučni ekstraktori za proizvodnju artemisinina

Visokoučinski sustavi za ultrazvučnu ekstrakciju kompanije Hielscher Ultrasonics koriste se širom svijeta na nivou istraživanja i razvoja, te u maloj, srednjoj i potpuno komercijalnoj proizvodnji u raznim industrijama, kao što su proizvodnja hrane, dodataka prehrani i farmaceutskih proizvoda. Visokoučinski ultrazvučni ekstraktori intenziviraju proces ekstrakcije i povećavaju prinos, čime poboljšavaju ukupnu efikasnost proizvodnje visokokvalitetnih ekstrakata. Hielscher Ultrasonics nudi opremu za ekstrakciju za bilo koji volumen / procesni kapacitet. S iskustvom u biljnoj ekstrakciji dužim od 25 godina, Hielscher Ultrasonics je vaš pouzdani partner za visokoučinsku ultrazvučnu ekstrakciju iz biljke Artemisia annua!

Visokoučinski ultrazvučni uređaji najnovije generacije

Pametne funkcije ultrazvučnih uređaja kompanije Hielscher osmišljene su kako bi osigurale pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnost korištenja. Radne postavke mogu se lako pozvati i podesiti putem intuitivnog izbornika, kojem se pristupa preko digitalnog ekrana osjetljivog na dodir u boji i daljinskog upravljanja putem preglednika. Stoga se svi uvjeti obrade, kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura, automatski bilježe na ugrađenu SD karticu. To vam omogućava da pregledate i uporedite prethodne cikluse ultrazvučne obrade (sonikacije) te optimizirate proces ekstrakcije artemisinina do najveće efikasnosti.
Sistemi kompanije Hielscher Ultrasonics koriste se širom svijeta za proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata. Hielscher industrijski ultrazvučni uređaji mogu lako raditi s visokim amplitudama u neprekidnom radu (24/7/365). Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano generirati standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi). Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i niskih troškova održavanja, naši sistemi za ultrazvučnu ekstrakciju često se ugrađuju za zahtjevne primjene i u zahtjevnim okruženjima.

Kontaktirajte nas odmah kako biste saznali više o ultrazvučnoj ekstrakciji artemisinina iz biljke Artemisia annua. Rado ćemo vam poslati informacije o našim sistemima za ultrazvučnu ekstrakciju i cijenama! Naše iskusno osoblje rado će s vama razgovarati o vašoj primjeni i zahtjevima obrade!
Tabela u nastavku daje vam orijentacijski prikaz približnog procesnog kapaciteta naših ultrazvučnih uređaja: