Vysoce účinná extrakce artemisininu pomocí sonikace
Artemisinin lze účinně extrahovat pomocí vysoce výkonné sonikace. Ultrazvuková extrakce poskytuje velmi vysoké výtěžky artemisininu při použití šetrných rozpouštědel. Proces extrakce s využitím ultrazvuku se drasticky urychlí. Procesní podmínky v ultrazvukových extraktorech lze přesně řídit, což umožňuje zabránit degradaci tepelně citlivé biomolekuly artemisininu.
Extrakce artemisininu
Artemisinin je bioaktivní molekula přítomná v trichomových žlázách rostliny Artemisia annua; používá se jako lék proti malárii a vykazuje vysoký potenciál jako lék pro léčbu několika dalších onemocnění včetně rakoviny a SARS-CoV-2. Tradiční metoda extrakce zahrnuje toxická rozpouštědla a je nákladným, suboptimálním procesem. Aby bylo možné vyrábět artemisinin ve velkém měřítku za ekologicky i ekonomicky příznivých podmínek, je zapotřebí účinná a ekologická extrakční technika. Ultrazvuková extrakce je široce zavedená extrakční metoda, kterou lze použít v kombinaci s vodou nebo ethanolem jako netoxickými rozpouštědly. Již bylo prokázáno, že ultrazvuková extrakce poskytuje vysoké výtěžky artemisininu, takže výrobu artemisininu lze rychle škálovat na velké objemy. Ultrazvuková extrakční zařízení pro vsádkové a průtokové (in-line) zpracování v průmyslovém měřítku jsou snadno dostupná.
Ultrazvukový extraktor UIP2000hdT pro průmyslovou vsádkovou extrakci artemisininu z listů Artemisia annua.
Ultrazvuková extrakce artemisininu z Artemisia annua
Použití výkonového ultrazvuku pro extrakci předčí jiné extrakční metody v řadě hlavních faktorů, včetně výtěžku, doby extrakce, šetrnosti k životnímu prostředí a nákladové efektivity.
Nevýhody tradiční extrakce artemisininu
Tradiční metody extrakce artemisininu jsou časově náročné, mohou poškodit bioaktivní molekuly artemisininu v důsledku použitých vysokých teplot a mají vysoký dopad na životní prostředí kvůli organickým rozpouštědlům používaným za vysokých teplot. Navíc je v navazujícím zpracování nutné rozsáhlé čištění k odstranění nečistot ze surového extraktu.
Výhody ultrazvukové extrakce artemisininu
Použití výkonového ultrazvuku pro extrakci má několik pozitivních účinků, které intenzifikují extrakční proces: Vysoce výkonný ultrazvuk vytváří akustickou kavitaci. Tato akustická kavitace podporuje extrakci z rostlinného materiálu prostřednictvím dezintegrace buněk, takže uzavřené biomolekuly se uvolňují z buněčné matrice rostliny. Kavitační síly navíc intenzifikují přenos hmoty, který účinně transportuje biomolekuly, jako je artemisinin, do okolního rozpouštědla. Princip fungování ultrazvukové extrakce lze připsat čistě mechanickým silám kavitace. To znamená, že sonikace je netepelná, nechemická extrakční technika. Skutečnost, že jde o netepelnou extrakční techniku, činí ultrazvukovou extrakci obzvláště výhodnou, protože artemisinin je tepelně citlivá sloučenina, což znamená, že vyšší teploty (např. 70°C) způsobí jeho rozklad. Proto nebylo možné Artemisia annua L. vařit v horké vodě za účelem získání artemisininu.
- Vyšší výtěžky
- Vynikající kvalita
- Rychlá extrakce
- Zvolte si preferované rozpouštědlo
- Žádná tepelná degradace
- Funguje s čerstvými i sušenými listy
- Přesně řiditelné podmínky
- Nákladově efektivní
Ekologická rozpouštědla pro ultrazvukovou extrakci artemisininu
Mezi klasická extrakční rozpouštědla používaná při výrobě artemisininu patří hexan, petrolether nebo dichlormethan. Extrakce poháněná ultrazvukem je kompatibilní s jakýmkoli rozpouštědlem, včetně šetrných, ekologických rozpouštědel, jako je ethanol nebo voda. Ultrazvuková extrakce artemisininu ethanolem je ve srovnání s agresivními rozpouštědly stejně účinná. Protože artemisinin vykazuje špatnou rozpustnost ve vodě, lze ke zlepšení ultrazvukové extrakce artemisininu studenou vodou použít cyklodextriny.
Co činí ultrazvukovou extrakci artemisininu tak účinnou?
Abychom pochopili výhody ultrazvukem asistované extrakce, je třeba porozumět principu fungování výkonového ultrazvuku. Mechanismus, kterým výkonový ultrazvuk intenzifikuje extrakci, se připisuje především jevu akustické kavitace. Ultrazvuková kavitace způsobuje srážky mezi částicemi rostlinné biomasy (jako jsou listy Artemisia annua L.), což vede k mezičásticové fragmentaci a zmenšení velikosti částic. Když kavitační bubliny kolabují na povrchu rostlinných pevných částic, eroze a sonoporace dále zvětšují povrch částic. Takto intenzifikovaný přenos hmoty usnadňuje uvolňování molekul, jako jsou proteiny, lipidy, cukry, vitaminy, antioxidanty, fytochemikálie (např. artemisinin) a vláknina. Ultrazvukem generované smykové síly zlepšují pronikání rozpouštědla do buněčné matrice rostlinného materiálu, resp. propustnost buněčných membrán. Tyto mechanismy výkonového ultrazvuku jsou zodpovědné za významnou intenzifikaci procesu dosaženou při použití ultrasonikace pro extrakci z rostlinného materiálu.
Vlny výkonového ultrazvuku narušují buněčnou strukturu rostlinných materiálů, uvolňují bioaktivní sloučeniny a podporují přenos hmoty mezi rostlinným materiálem a rozpouštědlem (např. ethanolem).
Sonikátor UP400St (400 wattů) pro vsádkovou extrakci artemisininu.
Výzkumem ověřené výsledky ultrazvukové extrakce artemisininu
Bylo provedeno několik vědeckých studií s cílem prozkoumat účinnost a praktickou použitelnost ultrazvukové extrakce artemisininu z listů Artemisia annua.
Briars a Paniwnyk ukázali, „že ultrazvuk při nízkých teplotách zvyšuje výtěžek artemisininu extrahovaného z A. annua přibližně o 58 % a extrakty se ve srovnání s konvenčním louhováním jeví jako čistší; použití ultrazvuku během extrakce proto má potenciál pro výrobu levnějších léčebných přípravků na bázi artemisininu.“ (Briars a Paniwnyk, 2013)
Zhang et al. (2017) zkoumali ultrazvukovou extrakci artemisininu s použitím propylenglykolmethyletheru (PGME) jako rozpouštědla. Ultrazvukem získaný extrakt artemisininu byl analyzován pomocí ultraúčinné kapalinové chromatografie (UPLC). Výsledky analýzy potvrdily kvalitu extraktu. Díky dobré opakovatelnosti procesu a stabilitě extrahovaného artemisininu vykazuje ultrazvukem asistovaná extrakce s použitím ekologického a účinného monoetheru propylenglykolmethyletheru (PGME) jako rozpouštědla velké perspektivy v extrakci a separaci bioaktivních molekul z rostlinných materiálů. Ultrazvuková extrakce s použitím propylenglykolmethyletheru (PGME) jako rozpouštědla vedla k vysoké celkové účinnosti extrakce a vysokým výtěžkům artemisininu. (srov. Zhang et al., 2017)
V další studii Zhang et al. (2020) představují ultrazvukovou extrakci artemisininu s použitím hydroxypropyl-β-cyklodextrinu. Přídavek cyklodextrinu zlepšuje uvolňování špatně ve vodě rozpustné sloučeniny artemisininu a umožňuje použít vodu jako rozpouštědlo s dobrými výtěžky extrakce. Ultrazvuková extrakce v kombinaci s cyklodextrinem zvýšila množství artemisininu na 8,66 mg/g, což je výrazně více než odpovídající množství 1,70 mg/g získané ve vodě.
Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory pro výrobu artemisininu
Vysoce výkonné ultrazvukové extrakční systémy od Hielscher Ultrasonics se po celém světě používají ve výzkumu a vývoji, v malé, středně velké i plně komerční výrobě v různých odvětvích, například při výrobě potravin, doplňků stravy a léčiv. Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory intenzifikují extrakční proces a zvyšují výtěžek, čímž zlepšují celkovou efektivitu výroby vysoce kvalitních extraktů. Hielscher Ultrasonics nabízí extrakční zařízení pro jakýkoli objem / procesní kapacitu. Díky více než 25 letům zkušeností s extrakcí z rostlinných materiálů je Hielscher Ultrasonics vaším spolehlivým partnerem pro vysoce výkonnou ultrazvukovou extrakci z Artemisia annua!
Vysoce výkonné, špičkové sonikátory
Chytré funkce sonikátorů Hielscher jsou navrženy tak, aby zaručovaly spolehlivý provoz, reprodukovatelné výsledky a uživatelskou přívětivost. Provozní nastavení lze snadno vyvolat a nastavit prostřednictvím intuitivního menu, které je přístupné přes digitální barevný dotykový displej a dálkové ovládání v prohlížeči. Všechny procesní podmínky, jako je čistá energie, celková energie, amplituda, čas, tlak a teplota, se proto automaticky zaznamenávají na vestavěnou SD kartu. To vám umožňuje revidovat a porovnávat předchozí sonikační cykly a optimalizovat proces extrakce artemisininu na nejvyšší účinnost.
Systémy Hielscher Ultrasonics se po celém světě používají k výrobě vysoce kvalitních rostlinných extraktů. Průmyslové sonikátory Hielscher mohou snadno pracovat s vysokými amplitudami v nepřetržitém provozu (24/7/365). Amplitudy až 200µm lze snadno nepřetržitě generovat se standardními sonotrodami (ultrazvukovými sondami / sonotrodami). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Díky své robustnosti a nízké údržbě jsou naše ultrazvukové extrakční systémy běžně instalovány pro vysoce zatěžované aplikace a v náročných prostředích.
Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o ultrazvukové extrakci artemisininu z rostliny Artemisia annua. Rádi vám zašleme informace o našich ultrazvukových extrakčních systémech a cenách! Naši velmi zkušení pracovníci s vámi rádi prodiskutují vaši aplikaci a požadavky na zpracování!
Níže uvedená tabulka vám poskytne přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů:
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro aplikace míchání, dispergace, emulgace a extrakce v laboratorním, pilotním a průmyslovém měřítku.
Literatura / Reference
- Zhang, Yongqiang; Prawang, Phongphat; Li, Chunshan; Meng, Xiangzhan; Zhao, Yu; Wang, Hui; Zhang, Suojiang (2017): Ultrasonic Assisted Extraction of Artemisinin from Artemisia Annua L. Using Monoether based Solvents. Green Chemistry 2017.
- Zhang, Yongqiang; Cao, Yingying; Meng, Xiangzhag; Prawang, Phonphat; Wang, Hui (2020): Extraction of Artemisinin with Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin Aqueous Solution for Fabrication of Drinkable Extract. Green Chemical Engineering 2020.
- Rhianna Briars; Larysa Paniwnyk (2012): Examining the extraction of artemisinin from artemisia annua using ultrasound. AIP Conference Proceedings 1433, 581.
- Rhianna Briars, Larysa Paniwnyk (2013): Effect of ultrasound on the extraction of artemisinin from Artemisia annua. Industrial Crops and Products, Volume 42, 2013. 595-600.
Co je artemisinin a k čemu se používá?
Artemisinin je sloučenina získávaná z rostliny Artemisia annua, běžně známé jako pelyněk roční. Je známý především svými antimalarickými vlastnostmi a používá se k léčbě malárie. Artemisinin a jeho deriváty se ukázaly jako vysoce účinné proti kmenům malárie rezistentním vůči léčivům, což z nich činí zásadní nástroj v boji proti této nemoci.
Pokud jde o průmyslové využití, artemisinin je předmětem zájmu pro různé potenciální aplikace mimo medicínu. Ukázal se jako slibný v různých oblastech, jako je zemědělství, kde může působit jako přírodní herbicid a pesticid. Navíc probíhá výzkum zaměřený na jeho potenciální využití při léčbě rakoviny. Tyto aplikace jsou vědecky studovány a testovány v pilotním měřítku za účelem zavedení v různých průmyslových oblastech.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorního po průmyslové měřítko.