Alkaloidekstraktion med højt udbytte ved hjælp af sonikatorer med sonde

Ekstrahér alkaloider fra plantematerialer hurtigere, mere fuldstændigt og med præcis processtyring. Hielschers ultralydsapparater med sonde bruger akustisk kavitation til at åbne planteceller og intensivere masseoverførslen, så du kan opnå høje alkaloidudbytter på minutter i stedet for timer.
Uanset om du behandler blade, rødder, bark, frø eller andet plantemateriale, understøtter Hielschers ultralydsekstraktorer reproducerbar ekstraktion fra laboratorieforsøg til pilotbatcher og industriel inlineproduktion.

Hvorfor vælge alkaloidekstraktion med ultralyd?

• Højere ekstraktionsudbytter gennem effektiv celledisruption og forbedret indtrængning af opløsningsmidlet
• Kortere behandlingstider sammenlignet med maceration, dekoktion, infusion eller Soxhlet-ekstraktion
• Lavere forbrug af opløsningsmidler med vand, vandig ethanol, methanol eller andre egnede opløsningsmidler
• Kontrolleret ekstraktkvalitet gennem justerbar amplitude, temperatur, tid og intensitet
• Nem opskalering fra små prøver til kontinuerlig industriel ekstraktion
• Pålidelig dokumentation med automatisk registrering af procesdata for gentagelighed og kvalitetssikring

Højeffektiv alkaloidekstraktion med effektultralyd

Hvordan fremmer ultralydsekstraktion isoleringen af alkaloider?
Ultralydsekstraktion bruger lavfrekvente ultralydsbølger (f.eks. en frekvens på 20–26kHz) og ultralydens virkning i form af akustisk kavitation. Ultralydsbølger med høj intensitet skaber kavitationsbobler, som kollapser og danner lokale energitætte tryk- og temperaturforskelle samt kraftige forskydningskræfter, som perforerer og bryder plantecellevægge og plantevæv op. Væskestrømningen, der dannes ved kavitation, fremmer masseoverførslen mellem den intracellulære matrix og det omgivende opløsningsmiddel, så alkaloiderne frigives effektivt. Ved alkaloidekstraktion med ultralyd anbringes plantematerialet (f.eks. formalede tørrede blade) i et opløsningsmiddel, som typisk er en blanding af vand og et organisk opløsningsmiddel såsom vandig ethanol. Polære opløsningsmidler såsom methanol og ethanol har vist sig at være de mest effektive til at opnå høje alkaloidudbytter. Efter en kort ultralydsbehandling af suspensionen – som består af plantemateriale og opløsningsmiddel – frigives alkaloiderne fra plantecellerne og findes i opløsningsmidlet, hvorfra de kan isoleres og oprenses (f.eks. ved hjælp af en rotationsinddamper).

De vigtigste fordele ved alkaloidekstraktion med ultralyd

Ultralydsekstraktion betragtes som en overlegen ekstraktionsteknik til isolering af alkaloider fra plantematerialer, da den giver flere fordele, herunder:

1. Øget ekstraktionseffektivitet: Ultralydsekstraktion kan øge udbyttet af alkaloider med mere end 200% sammenlignet med traditionelle ekstraktionsmetoder.
2. Kortere ekstraktionstid: Ultralydsekstraktion kan reducere ekstraktionstiden betydeligt og dermed muliggøre hurtigere og mere effektiv behandling af store mængder plantemateriale.
3. Lavere forbrug af opløsningsmidler: Ultralydsekstraktion kan reducere den mængde opløsningsmiddel, der kræves til ekstraktionen, hvilket medfører et lavere forbrug af opløsningsmidler og en mindre miljøpåvirkning.
4. Selektiv ekstraktion: Ultralydsekstraktion kan bruges til selektivt at ekstrahere bestemte alkaloider ved at vælge det egnede opløsningsmiddel, de egnede procesparametre og den egnede ekstraktionstemperatur. Da uønskede forbindelser efterlades, forbedres slutproduktets renhed.
5. Nem opskalering: Ultralydsekstraktion kan nemt opskaleres til at håndtere større mængder plantemateriale, hvilket gør den egnet til kommerciel produktion. Ultralydsprocesser kan skaleres lineært, hvilket letter implementeringen i industriel skala.

Samlet set giver ultralydsekstraktion en hurtigere, mere effektiv og mere miljøvenlig tilgang til isolering af alkaloider fra plantematerialer.

Alkaloidekstraktion med ultralyd fra graviolatræets blade

Nolasco-González et al. (2022) undersøgte virkningen og effektiviteten af ultralydsekstraktion af bioaktive forbindelser, herunder fenolforbindelser, alkaloider og acetogeniner (alle med høj antioxidantkapacitet), fra bladene af plantearten Annona muricata (graviolatræ). Til ultralydsekstraktionen brugte de ultralydsapparatet med sonde UP400S under følgende betingelser: 80% amplitude, en pulscyklus på 0,7 s, i 4,54 min. Totale opløselige fenoler (TSP) blev ekstraheret ved hjælp af 0,5 g pulver af tørrede blade og 20 mL acetone: vand (80:20 v/v). Det ultralydsfremstillede ekstrakt indeholdt 178,48 mg/100 mL opløselige fenoler, 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 totale acetogeniner. Ekstraktet, der blev isoleret med ultralydsapparatet med sonde U400S (se billedet til venstre), udviste en høj antioxidantkapacitet og et indhold af bioaktive forbindelser, der var fra ~6 til ~927 gange højere end ved dekoktion eller infusion, afhængigt af forbindelsestypen. Fireogtyve forskellige fenolforbindelser blev identificeret i prøverne, og det ultralydsisolerede ekstrakt gav den højeste koncentration.
[jf. Nolasco-González et al., 2022]

Antioxidantkapaciteten af ekstrakter opnået under de optimale betingelser for ultralydsassisteret ekstraktion (UAE), dekoktion og infusion. Ultralydsekstrakter viser konsekvent en signifikant højere antioxidantkapacitet.
(Undersøgelse og grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

HPLC-kromatogram af fenolforbindelser fra et ekstrakt af Annona muricata-blade isoleret med ultralyd ved hjælp af ultralydsapparatet UP400S.
(1) shikimisyre, (2) gallussyre, (3) protocatechusyre, (4) neochlorogensyre,
(5) 3,4-dihydroxyphenyleddike, (6) 4-hydroxybenzoesyre, (7) chlorogensyre, (8) 4-hydroxyphenyleddike, (9) vanillinsyre, (10) syringasyre, (11) 3-hydroxybenzoesyre, (12) koffeinsyre, (13) 4-hydroxybenzaldehyd, (14) homovanillinsyre, (15) 3-(4-hydroxyphenyl), (16) p-cumarsyre, (17) trans-ferulasyre, (18) trans-kanelsyre, (19) gallocatechin, (20) epigallocatechin, (21) catechin,(22) epicatechin, (23) rutin, (24) ellagsyre.
(Undersøgelse og grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) opnåede tilsvarende bekræftede resultater, idet de rapporterer 2,3 gange flere alkaloider fra A. muricata-blade ekstraheret ved sonikering (340 W, 56◦C, 30 min) sammenlignet med Soxhlet-ekstraktion (7 h, 80◦C).

Ekstraktion af indolalkaloider fra mimosarodens bark og ayahuasca ved hjælp af et ultralydsapparat

Mimosarodens bark samt ayahuascablade indeholder alkaloidet N,N-dimethyltryptamine (DMT). Dimethyltryptamine (DMT) undersøges i øjeblikket i kliniske forsøg for sine hallucinogene virkninger og dermed som et potentielt lægemiddel til behandling af depression og posttraumatiske stresslidelser (PTSD). Sonikering fremmer effektivt frigivelsen og isoleringen af alkaloidet fra Mimosa hostilis-rødder og Psychotria viridis-blade (ayahuasca). DMT-ekstraktion med ultralyd giver høje udbytter på meget kort tid. Hielschers ultralydsapparater med sonde er kompatible med næsten ethvert opløsningsmiddel og bruges til produktion af bioaktive forbindelser af farmaceutisk kvalitet til anvendelse inden for forskning og medicin samt til prøveforberedelse før analytisk kvalitets- og potensbestemmelse. Derfor kan Hielschers ultralydsapparater understøtte medicinsk DMT-forskning og botanisk forskning på mange måder.
Den mest almindelige kilde til indolalkaloidet N,N-dimethyltryptamine (DMT) i jurematræet er Mimosa hostilis-rødder (almindeligvis kendt som jurema preta). Ayahuasca er det traditionelle navn for en anden planteart, hvor bladene fra busken Psychotria viridis er rige på DMT.
Både mimosarodens bark (også mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; forkortet MHRB) og ayahuascablade indeholder forskellige bioaktive forbindelser, som i øjeblikket undersøges i kliniske forsøg med hensyn til deres potentiale som terapeutiske lægemidler. Mimosarodens bark indeholder tanniner, saponiner, tryptaminer, alkaloider, lipider, fytoindoler, xylose, fytosteroler, glukosider, rhamnose, arabinose, methoxychalconer, lupeol og kukulkaniner. Disse bioaktive forbindelser kan effektivt ekstraheres fra rodbarken ved hjælp af ultralydsapparater med sonde. Ultralydsekstraktion er den overlegne teknik til at isolere målstoffer såsom alkaloider fra plantemateriale såsom mimosarodens bark og ayahuascablade. Sonikering udmærker sig ved at give høje udbytter inden for en meget kort ekstraktionstid. Milde procesbetingelser sikrer den højeste ekstraktkvalitet og forhindrer uønsket nedbrydning af de aktive molekyler.

Ekstraktionsopstilling til isolering af stoffer fra planter: Ultralydsapparat med sonde UP400ST, Büchi-vakuumfilter og rotationsinddamper til ekstraktion af fytokemikalier såsom alkaloider og fenoler.

Hielschers ultralydsapparater til effektiv alkaloidekstraktion

Hielscher Ultrasonics designer, fremstiller og distribuerer højtydende ultralydsekstraktorer, som bruges til videnskabelig forskning samt til produktion af ekstrakter af farmaceutisk kvalitet.
Overlegen ekstraktionseffektivitet: Ultralydsassisteret ekstraktion er en videnskabeligt dokumenteret teknik med ekstraordinært høj effektivitet ved ekstraktion af bioaktive forbindelser fra planter. Mens traditionelle metoder ofte tager lang tid (flere timer og op til dage), tager ultralydsekstraktion af plantemateriale kun få minutter.

Højt ekstraktionsudbytte og overlegen ekstraktkvalitet med Hielschers ultralydsapparater

Ultralydsdrevet ekstraktion muliggør fuldstændig frigivelse af bioaktive forbindelser fra plantematerialet. Ultralydskavitation bryder den cellulære matrix op og frigiver effektivt de bioaktive molekyler til det omgivende opløsningsmiddel. Sammenlignende undersøgelser har vist, at sonikering giver højere ekstraktudbytter end andre ekstraktionsteknikker (f.eks. Soxhlet, maceration, dekoktion og infusion). Ultralydsekstraktion er kompatibel med ethvert opløsningsmiddel og muliggør dermed også brugen af meget milde opløsningsmidler såsom vand eller vandig ethanol. Afhængigt af de specifikke ekstraktionskrav kan der vælges polære og upolære opløsningsmidler, og det er ikke noget problem at skifte mellem opløsningsmidler. Præcis styring af procesparametre (f.eks. amplitude), brug af milde opløsningsmidler og nøjagtig temperaturstyring forhindrer nedbrydning og kontaminering af bioaktive forbindelser (f.eks. alkaloider, polyfenoler, flavonoider, cannabinoider osv.) under ultralydsekstraktion.

Alsidig anvendelse af Hielschers ultralydsapparater

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, muliggør ekstraktion med Hielschers højtydende ultralydsapparater alsidig ekstraktion af enhver forbindelse fra planter. Ultralydsassisteret ekstraktion kan pålideligt anvendes til fremstilling af bredspektrede ekstrakter, som indeholder bioaktive forbindelser såsom polyfenoler, alkaloider, anthraquinoner, flavonoider, glykosider, lipider, pektin og polysakkarider.

Fremragende energieffektivitet og miljøvenlighed

Energiforbruget ved ultralydsassisteret ekstraktion er langt lavere end ved traditionelle metoder til ekstraktion af medicinsk virksomme forbindelser fra planter.

Pålidelighed gennem processtandardisering med Hielscher Ultrasonics

Hielschers ultralydsapparater muliggør præcis styring af alle ultralydsprocesparametre såsom amplitude, intensitet, varighed og temperatur. Procesparametrene kan nemt styres og overvåges løbende. Derudover registreres alle procesparametre automatisk som en CSV-fil på et indbygget SD-kort. Dette gør det muligt for operatøren at gennemgå sonikeringsforløb, optimere ekstraktionsprocessen og sikre en ensartet ekstraktkvalitet. Hielschers ultralydsapparater gør det muligt for producenter at fremstille planteekstrakter af overlegen kvalitet og letter opfyldelsen af god fremstillingspraksis (GMP).

Tabellen nedenfor giver en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: