Alkaloidekstraktion ved hjælp af en sonde-ultralydsapparat
Alkaloider er bioaktive forbindelser, som effektivt kan ekstraheres fra planter ved hjælp af ultralydbehandling. Alkaloider udviser en bred vifte af biologiske virkninger og bruges derved som lægemidler og terapier. Ultralydsekstraktion er den foretrukne teknik til fremstilling af alkaloidekstrakter af høj kvalitet fra plantemateriale. Ultralydsekstraktion resulterer i meget høje alkaloidudbytter, mens ekstraktionstiden er kort, og ultralydsudstyret er sikkert og let at betjene.
Højeffektiv alkaloidekstraktion ved hjælp af Power-Ultrasound
Hvordan fremmer ultralydsekstraktion isoleringen af alkaloider?
Ultralydsekstraktion bruger lavfrekvente ultralydsbølger (f.eks. 20-26kHz frekvens) og ultralyds effekt af akustisk kavitation. Ultralydsbølger med høj intensitet skaber kavitationsbobler, der kollapser, hvilket genererer lokalt energitætte tryk- og temperaturforskelle samt kraftige forskydningskræfter, som perforerer og bryder plantecellevægge og plantevæv op. Væskestrømmen, der genereres ved kavitation, fremmer masseoverførsel mellem den intracellulære matrix og det omgivende opløsningsmiddel, så alkaloiderne frigives effektivt. Til ultralydsalkaloidekstraktion anbringes plantematerialet (f.eks. Malede tørrede blade) i et opløsningsmiddel, som typisk er en blanding af vand og et organisk opløsningsmiddel såsom vandig ethanol. Polære opløsningsmidler som methanol og ethanol har vist sig at være mest effektive til høje alkaloidudbytter. Efter en kort ultralydsbehandling af gyllen – bestående af plantemateriale og opløsningsmiddel – alkaloiderne frigives fra plantecellerne og er til stede i opløsningsmidlet, hvorfra de kan isoleres og renses (f.eks. ved hjælp af en rotorfordamper).

Ultralydsapparat UP400St til alkaloidekstraktion fra plantemateriale.
Vigtigste fordele ved ultralyd alkaloidekstraktion
Ultralydsekstraktion betragtes som overlegen ekstraktionsteknik til isolering af alkaloider fra plantematerialer, da det giver flere fordele, herunder:
- Øget ekstraktionseffektivitet: Ultralydsekstraktion kan øge udbyttet af alkaloider med mere end 200% sammenlignet med traditionelle ekstraktionsmetoder.
- Reduceret ekstraktionstid: Ultralydsekstraktion kan reducere ekstraktionstiden betydeligt, hvilket giver mulighed for hurtigere og mere effektiv behandling af store mængder plantemateriale.
- Lavere forbrug af opløsningsmiddel: Ultralydsekstraktion kan reducere mængden af opløsningsmiddel, der kræves til ekstraktion, hvilket resulterer i reduceret opløsningsmiddelforbrug og reduceret miljøpåvirkning.
- Selektiv ekstraktion: Ultralydsekstraktion kan bruges til selektivt at ekstrahere visse alkaloider ved at vælge det passende opløsningsmiddel, procesparametre og ekstraktionstemperatur. Efterhånden som uønskede forbindelser efterlades, forbedres renheden af det endelige produkt.
- Let at skalere op: Ultralydsekstraktion kan let skaleres op til at håndtere større mængder plantemateriale, hvilket gør det velegnet til kommerciel produktion. Ultralydsprocesser kan skaleres lineært, hvilket letter implementeringen i industriel skala.
Samlet set tilbyder ultralydsekstraktion en hurtigere, mere effektiv og mere miljøvenlig tilgang til isolering af alkaloider fra plantematerialer.
Ultralyd alkaloidekstraktion fra bladene på Soursop-træet
Nolasco-González et al. (2022) undersøgte effektiviteten og effektiviteten af ultralydsekstraktion af bioaktive forbindelser, herunder phenolforbindelser, alkaloider, acetogeniner (alle med høj antioxidantkapacitet) fra bladene af plantearten Annona muricata (soursop træ). Til ultralydsekstraktion brugte de sonde-type ultralydsapparat UP400S under følgende betingelser: 80% amplitude, 0,7 s pulscyklus, i 4,54 min. Totalt opløselige phenoler (TSP) blev ekstraheret ved hjælp af 0,5 g tørret bladpulver og 20 ml acetone: vand (80:20 v/v). Det ultralydsproducerede ekstrakt indeholdt 178,48 mg/100 ml opløselige phenoler, 20,18 mg/100 ml totale flavonoider, 27,81 mg/100 ml hydrolyserbare polyfenoler, 167,07 mg/100 ml kondenserede tanniner, 30,44 mg/100 ml totale alkaloider og 14,62 mg/100 ml samlede acetogeniner. Ekstraktet isoleret med U400S sonde-type ultralydsapparat (se billedet til venstre) udviste en høj antioxidantkapacitet og et højere indhold af bioaktive forbindelser fra ~ 6 til ~ 927 gange end afkog eller infusion, afhængigt af typen af forbindelse. Fireogtyve forskellige phenolforbindelser blev identificeret i prøverne, og det ultralydsisolerede ekstrakt producerede den højeste koncentration.
[jf. Nolasco-González et al., 2022]

Antioxidantkapacitet af ekstrakter opnået ved de optimale betingelser for ultralydsassisteret ekstraktion (UAE), afkog og infusion. Ultralydsekstrakter viser konsekvent betydeligt højere antioxidantkapacitet.
(Undersøgelse og grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

HPLC-kromatogram af phenolforbindelser fra ultralydsisoleret ekstrakt af Annona muricata blade ved hjælp af ultralydsapparatet UP400S.
1) shikiminsyre, 2) gallussyre, 3) protocatechuinsyre, 4) neochlorogensyre
5) 3,4-dihydroxyphenyleddikesyre, 6) 4-hydroxybenzoesyre, 7) chlorogensyre, 8) 4-hydroxyphenyleddikesyre, 9) vanillinsyre, 10) syringinsyre, 11) 3-hydroxybenzoesyre, 12) koffeinsyre, 13) 4-hydroxybenzaldehyd, 14) homovanillinsyre, 15) 3-(4-hydroxyphenyl), 16) p-kumarsyre, 17) transferulinsyre, 18) transkanelsyre, 19) gallocatechin, 20) epigallocatechin, 21) catechin, 22) epicatechin, 23) rutin, (24) ellaginsyre.
(Undersøgelse og grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) havde lignende bekræftede resultater, da de rapporterer 2,3 gange flere alkaloider fra A. muricata-blade ekstraheret under ultralydbehandling (340 W, 56 ◦ C, 30 min) sammenlignet med Soxhlet-ekstraktion (7 timer, 80 ◦ C).

Ultralyd ekstraktor UIP1000hdT med omrører til alkaloidekstraktion i batchtilstand.
Indol alkaloid ekstraktion fra Mimosa rodbark og Ayahuasca ved hjælp af en ultralydsapparat
Mimosa rodbark såvel som ayahuasca blade indeholder alkaloidet N,N-dimethyltryptamin (DMT). Dimethyltryptamin (DMT) undersøges i øjeblikket i kliniske forsøg for dets hallucinogene virkninger og derfor som et potentielt lægemiddel til behandling af depression og posttraumatiske stresslidelser (PTSD). Ultralydbehandling fremmer effektivt frigivelse og isolering af alkaloidet fra Mimosa hostilis rødder og Psychotria viridis blade (ayahuasca). Ultralyd DMT-ekstraktion giver høje udbytter inden for meget kort tid. Hielscher sonde-type ultralydapparater er kompatible med næsten ethvert opløsningsmiddel og anvendes til fremstilling af bioaktive forbindelser af farmaceutisk kvalitet til brug under forskning og medicinske omgivelser samt til prøveforberedelse før analytisk kvalitet og styrketest. Derfor kan Hielscher ultralydapparater lette medicinsk DMT og botanisk forskning på mange måder.
Den mest almindelige kilde til indolakaloidet N,N-dimethyltryptamin (DMT) i jurematræ, den kommer fra Mimosa hostilis rødder (almindeligvis kendt som jurema preta). Ayahuasca er det traditionelle navn for en anden planteart, hvor bladene på busken Psychotria viridis er rige på DMT.
Både mimosa rodbark (også mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; forkortelse MHRB) og ayahuasca-blade indeholder forskellige bioaktive forbindelser, som i øjeblikket undersøges i kliniske forsøg vedrørende deres potentiale som terapeutisk lægemiddel. Mimosa rodbark indeholder tanniner, saponiner, tryptaminer, alkaloider, lipider, phytoindoler, xylose, phytosteroler, glucosider, rhamnose, arabinose, methoxychalcones, lupeol og kukulkaniner. Disse bioaktive forbindelser kan effektivt ekstraheres fra rodbarken ved hjælp af sonde-type ultralydapparater. Ultralydsekstraktion er den overlegne teknik til at isolere målstoffer såsom alkaloider fra botanisk materiale såsom mimosa rodbark og ayahuasca blade. Sonikering udmærker sig ved at give høje udbytter inden for en meget kort ekstraktionstid. Milde procesforhold sikrer den højeste ekstraktkvalitet og forhindrer uønsket nedbrydning af de aktive molekyler.

Ekstraktionsopsætning til botanisk isolering: Sonde-type ultralydsapparat UP400ST, Büchi vakuumfilter og rotorfordamper til udvinding af fytokemikalier såsom alkaloider og phenoler.

Ultralyd ekstraktor UIP2000hdT med batch af rustfrit stål i farmaceutisk kvalitet til industriel produktion af alkaloidekstrakter.
Hielscher ultralydapparater til effektiv alkaloidekstraktion
Hielscher Ultrasonics designer, fremstiller og distribuerer højtydende ultralydsekstraktorer, der bruges til videnskabelig forskning samt produktion af ekstrakter af farmaceutisk kvalitet.
Overlegen ekstraktionseffektivitet:Ultralydsassisteret ekstraktion er en videnskabeligt dokumenteret teknik med en ekstraordinær høj effektivitet med hensyn til ekstraktion af bioaktive forbindelser fra planter. Mens traditionelle metoder ofte tager lang tid (flere timer op til dage), tager ultralyd botanisk ekstraktion kun et par minutter.
Højt ekstraktionsudbytte og overlegen ekstraktkvalitet med Hielscher ultralydapparater
Ultralydsdrevet ekstraktion giver mulighed for fuldstændig frigivelse af bioaktive forbindelser fra plantematerialet. Ultralydskavitation bryder den cellulære matrix og frigiver de bioaktive molekyler effektivt i det omgivende opløsningsmiddel. Sammenlignende undersøgelser viste, at sonikering giver højere ekstraktudbytter end andre ekstraktionsteknikker (f.eks. Soxhlet, maceration, afkog, infusion). Ultralydsekstraktion er kompatibel med ethvert opløsningsmiddel og giver derved også mulighed for brug af meget mildt opløsningsmiddel såsom vand eller vandig ethanol. Med hensyn til specifikke ekstraktionskrav kan polære og ikke-polære opløsningsmidler vælges, og det er ikke noget problem at skifte mellem opløsningsmidler. Præcis kontrol over procesparametre (f.eks. amplitude), brug af milde opløsningsmidler og nøjagtig temperaturkontrol forhindrer nedbrydning og kontaminering af bioaktive forbindelser (f.eks. Alkaloider, polyfenoler, flavonoider, cannabinoider osv.) under ultralydsekstraktion.
Alsidig anvendelse af Hielscher ultralydapparater
Mens alternative ekstraktionsteknikker (f.eks. Superkritisk CO2, opløsningsmiddelekstraktion, perkolation osv.) ofte kun kan anvendes til ekstraktion af specifikke molekyler afhængigt af molekylvægt, opløselighed og varmefølsomhed, giver ekstraktionen med Hielscher højtydende ultralydapparater mulighed for alsidig ekstraktion af enhver botanisk forbindelse. Ultralydsassisteret ekstraktion kan anvendes pålideligt til ekstraktion af bredspektrede ekstrakter, der indeholder bioaktive forbindelser såsom polyfenoler, alkaloider, anthrakinoner, flavonoider, glycosider, lipider, pektin og polysaccharider.
Fremragende energieffektivitet og miljøvenlighed
Energiforbruget ved ultralydassisteret ekstraktion er langt mindre end de traditionelle metoder til udvinding af medicinske forbindelser fra planter.
Pålidelighed på grund af processtandardisering med Hielscher ultralyd
Hielscher ultralydapparater giver mulighed for præcis kontrol over alle ultralydsprocesparametre såsom amplitude, intensitet, varighed og temperatur. Procesparametrene kan nemt styres og overvåges løbende. Derudover er alle procesparametre automatisk protokoliseret som CSV-fil på et indbygget SD-kort. Dette gør det muligt for operatøren at revidere sonikeringskørsler, optimere ekstraktionsprocessen og sikre ensartet ekstraktkvalitet. Hielscher ultralydapparater gør det muligt for producenter at producere botaniske ekstrakter af overlegen kvalitet og lette opfyldelsen af god fremstillingspraksis (GMP).
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
---|---|---|
1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
15 til 150L | 3 til 15 l/min | UIP6000hdT |
n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Litteratur / Referencer
- Nolasco-González, Y.; Chacón-López, M.A.; Ortiz-Basurto, R.I.; Aguilera-Aguirre, S.; González-Aguilar, G.A.; Rodríguez-Aguayo, C.; Navarro-Cortez, M.C.; García-Galindo, H.S.; García-Magaña, M.d.L.; Meza-Espinoza, L.; Montalvo-González, E. (2022): Annona muricata Leaves as a Source of Bioactive Compounds: Extraction and Quantification Using Ultrasound. Horticulturae 2022, 8, 560.
- Aguilar-Hernandez, G., Zepeda-Vallejo, L. G., Lourdes Garcia-Magana, M. D., de los Angeles Vivar-Vera, M., Perez-Larios, A., Giron-Perez, M. I., Coria-Tellez, A. V., Rodriguez-Aguayo, C., Montalvo-Gonzalez, E. (2020): Extraction of Alkaloids Using Ultrasound from Pulp and By-Products of Soursop Fruit (Annona muricata L.). Applied Sciences, Vol. 10, No. 14, 15 July 2020.
- Chia Hau Lee, Ting Hun Lee, Pei Ying Ong, Syie Luing Wong, Norfadilah Hamdan, Amal A.M. Elgharbawy, Nurul Alia Azmi (2021): Integrated ultrasound-mechanical stirrer technique for extraction of total alkaloid content from Annona muricata. Process Biochemistry, Volume 109, 2021. 104-116.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Fakta, der er værd at vide
Hvad er alkaloider?
Alkaloider danner en klasse af naturligt forekommende nitrogenholdige forbindelser med lav molekylvægt, der ofte findes som sekundære metabolitter i planteriget. Et alkaloid indeholder mindst et nitrogenatom. Alkaloider syntetiseres biokemisk fra en af følgende tre almindelige aminosyrer – lysin, tyrosin og tryptofan.
I planter findes alkaloider generelt som salte af organiske syrer som eddikesyre, æblesyre, mælkesyre, citronsyre, oxalsyre, vinsyre, garvesyre og andre syrer. Nogle svage basiske alkaloider (såsom nikotin) forekommer frit i naturen. Nogle få alkaloider forekommer også som glykosider af sukker såsom glukose, rhamnose og galactose, for eksempel alkaloider af solanum-gruppen (solanin), som amider (piperin) og som estere (atropin, kokain) af organiske syrer (jf. Ramawat et al., 2009).
Mange alkaloider er bioaktive forbindelser, der udviser medicinske eller terapeutiske virkninger. For eksempel bruges specifikke typer alkaloider til at behandle forskellige sygdomme, herunder malaria, diabetikere, specifikke kræfttyper, hjertedysfunktion, depression osv.
Da mange alkaloider viser stærke bioaktive egenskaber, er deres anvendelse som lægemidler, narkotika, stimulanser og giftstoffer enten blevet vedtaget eller er under videnskabelig forskning. Morfin, et velkendt alkaloid fra Papaver somniferum valmue, bruges som farmaceutisk lægemiddel i nutidens medicin. Kinin og kodein er to andre alkaloidtyper, der bruges til medicinske formål. Under lægeligt tilsyn og ved medicinsk ordinerede doser er alkaloider farmakologisk nyttige. Men når de bruges forkert, kan nogle alkaloider være giftige ved høje doser. Alkaloidet stryknin bruges f.eks. som et meget effektivt toksin, der bruges som pesticid mod små ryghvirvler.
Eksempler på nogle alkaloider i planter
Compounds
Plant Source
Effects and Applications
Morphine
Papaver somniferum
Analgesic
Camptothecin
Camptotheca acuminata
Anticancer
Atropine
Hyoscyamus niger
Treatment of intestinal spasms, antidote to other poisons
Vinblastine
Catharanthus roseus
Anticancer
Codeine
Papaver somniferum
Analgesic, antitusive
Caffeine
Coffea arabica
Stimulant, natural pesticide
Nicotine
Nicotiana tabacum
Stimulant, tranquillizer
Cocaine
Erythroxylon coca
Stimulant of the central nervous system, local anesthetic
N,N-dimethyltryptamine
Mimosa hostilis, Psychotria viridis
Hallucinogenic, entheogenic
Mitragynine
Mitragyna speciosa
Analgesic, psychoactive

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.