Alkaloidextraktion mit hoher Ausbeute durch Ultraschallgeräte mit Sonotrode

Extrahieren Sie Alkaloide aus Pflanzenmaterial schneller, vollständiger und mit präziser Prozesskontrolle. Ultraschallgeräte mit Sonotrode von Hielscher nutzen akustische Kavitation, um Pflanzenzellen aufzuschließen und den Stofftransport zu intensivieren. So erzielen Sie hohe Alkaloidausbeuten in Minuten statt Stunden.
Ob Sie Blätter, Wurzeln, Rinde, Samen oder anderes Pflanzenmaterial verarbeiten: Ultraschallextraktoren von Hielscher unterstützen eine reproduzierbare Extraktion von Laborversuchen über Pilotchargen bis zur industriellen Inline-Produktion.

Warum Alkaloide mit Ultraschall extrahieren?

• Höhere Extraktionsausbeuten durch effizienten Zellaufschluss und verbessertes Eindringen des Lösungsmittels
• Kürzere Verarbeitungszeiten gegenüber Mazeration, Dekoktion, Infusion oder Soxhlet-Extraktion
• Geringerer Lösungsmittelverbrauch bei Verwendung von Wasser, wässrigem Ethanol, Methanol oder anderen geeigneten Lösungsmitteln
• Kontrollierte Extraktqualität durch einstellbare Amplitude, Temperatur, Dauer und Intensität
• Einfache Maßstabsvergrößerung von kleinen Proben bis zur kontinuierlichen industriellen Extraktion
• Zuverlässige Dokumentation durch automatische Prozessdatenaufzeichnung für Wiederholbarkeit und Qualitätssicherung

Hocheffiziente Alkaloidextraktion mit Leistungsultraschall

Wie fördert die Ultraschallextraktion die Isolierung von Alkaloiden?
Die Ultraschallextraktion nutzt niederfrequente Ultraschallwellen (z.B. mit einer Frequenz von 20–26kHz) und den durch Ultraschall hervorgerufenen Effekt der akustischen Kavitation. Ultraschallwellen hoher Intensität erzeugen Kavitationsblasen, die kollabieren und dabei lokal Druck- und Temperaturunterschiede mit hoher Energiedichte sowie starke Scherkräfte erzeugen. Diese perforieren Pflanzenzellwände und Pflanzengewebe und brechen sie auf. Die durch Kavitation erzeugte Flüssigkeitsströmung fördert den Stofftransport zwischen der intrazellulären Matrix und dem umgebenden Lösungsmittel, sodass die Alkaloide effizient freigesetzt werden. Für die Alkaloidextraktion mit Ultraschall wird das Pflanzenmaterial (z.B. gemahlene getrocknete Blätter) in ein Lösungsmittel gegeben, das typischerweise eine Mischung aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel ist, beispielsweise wässriges Ethanol. Polare Lösungsmittel wie Methanol und Ethanol haben sich für hohe Alkaloidausbeuten als am effizientesten erwiesen. Nach einer kurzen Ultraschallbehandlung der Suspension – bestehend aus Pflanzenmaterial und Lösungsmittel – sind die Alkaloide aus den Pflanzenzellen freigesetzt und befinden sich im Lösungsmittel, aus dem sie isoliert und gereinigt werden können (z.B. mit einem Rotationsverdampfer).

Die wichtigsten Vorteile der Alkaloidextraktion mit Ultraschall

Die Ultraschallextraktion gilt als überlegenes Extraktionsverfahren zur Isolierung von Alkaloiden aus Pflanzenmaterial, da sie mehrere Vorteile bietet, darunter:

1. Höhere Extraktionseffizienz: Die Ultraschallextraktion kann die Alkaloidausbeute gegenüber herkömmlichen Extraktionsverfahren um mehr als 200% steigern.
2. Kürzere Extraktionszeit: Die Ultraschallextraktion kann die Extraktionszeit erheblich verkürzen und ermöglicht so eine schnellere und effizientere Verarbeitung großer Mengen an Pflanzenmaterial.
3. Geringerer Lösungsmittelverbrauch: Die Ultraschallextraktion kann die für die Extraktion erforderliche Lösungsmittelmenge verringern, wodurch der Lösungsmittelverbrauch und die Umweltbelastung sinken.
4. Selektive Extraktion: Durch die Wahl des geeigneten Lösungsmittels, der Prozessparameter und der Extraktionstemperatur lassen sich mit Ultraschall bestimmte Alkaloide selektiv extrahieren. Da unerwünschte Verbindungen zurückbleiben, verbessert sich die Reinheit des Endprodukts.
5. Einfache Maßstabsvergrößerung: Die Ultraschallextraktion lässt sich leicht auf größere Mengen an Pflanzenmaterial skalieren und eignet sich damit für die kommerzielle Produktion. Ultraschallprozesse lassen sich linear skalieren, was die Umsetzung im industriellen Maßstab erleichtert.

Insgesamt bietet die Ultraschallextraktion einen schnelleren, effizienteren und umweltfreundlicheren Ansatz zur Isolierung von Alkaloiden aus Pflanzenmaterial.

Alkaloidextraktion mit Ultraschall aus den Blättern der Stachelannone

Nolasco-González et al. (2022) untersuchten die Wirksamkeit und Effizienz der Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen, darunter phenolische Verbindungen, Alkaloide und Acetogenine (alle mit hoher antioxidativer Kapazität), aus den Blättern der Pflanzenart Annona muricata (Stachelannone). Für die Ultraschallextraktion verwendeten sie das Ultraschallgerät mit Sonotrode UP400S unter folgenden Bedingungen: 80% Amplitude, 0,7 s Pulszyklus, für 4,54 min. Die gesamten löslichen Phenole (TSP) wurden mit 0,5 g Pulver aus getrockneten Blättern und 20 mL Aceton:Wasser (80:20 v/v) extrahiert. Der mittels Ultraschall hergestellte Extrakt enthielt 178,48 mg/100 mL lösliche Phenole, 20,18 mg/100 mL Gesamtflavonoide, 27,81 mg/100 mL hydrolysierbare Polyphenole, 167,07 mg/100 mL kondensierte Tannine, 30,44 mg/100 mL Gesamtalkaloide und 14,62 mg/100 mL Gesamtacetogenine. Der mit dem Ultraschallgerät mit Sonotrode U400S isolierte Extrakt (siehe Bild links) wies eine hohe antioxidative Kapazität und je nach Verbindungstyp einen ~6- bis ~927-fach höheren Gehalt an bioaktiven Verbindungen als bei Dekoktion oder Infusion auf. In den Proben wurden vierundzwanzig verschiedene phenolische Verbindungen identifiziert, wobei der mittels Ultraschall isolierte Extrakt die höchste Konzentration aufwies.
[vgl. Nolasco-González et al., 2022]

Antioxidative Kapazität von Extrakten, die unter optimalen Bedingungen mittels ultraschallgestützter Extraktion (UAE), Dekoktion und Infusion gewonnen wurden. Ultraschallextrakte zeigen durchweg eine signifikant höhere antioxidative Kapazität.
(Studie und Grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

HPLC-Chromatogramm phenolischer Verbindungen aus einem mit dem Ultraschallgerät UP400S isolierten Extrakt aus Blättern von Annona muricata.
(1) Shikimisäure, (2) Gallussäure, (3) Protocatechusäure, (4) Neochlorogensäure,
(5) 3,4-Dihydroxyphenylessig, (6) 4-Hydroxybenzoesäure, (7) Chlorogensäure, (8) 4-Hydroxyphenylessig, (9) Vanillinsäure, (10) Syringasäure, (11) 3-Hydroxybenzoesäure, (12) Kaffeesäure, (13) 4-Hydroxybenzaldehyd, (14) Homovanillinsäure, (15) 3-(4-Hydroxyphenyl), (16) p-Cumarsäure, (17) trans-Ferulasäure, (18) trans-Zimtsäure, (19) Gallocatechin, (20) Epigallocatechin, (21) Catechin, (22) Epicatechin, (23) Rutin, (24) Ellagsäure.
(Studie und Grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) bestätigten ähnliche Ergebnisse: Sie berichten über eine 2,3-fach höhere Menge an Alkaloiden aus Blättern von A. muricata bei der Extraktion unter Ultraschallbehandlung (340 W, 56◦C, 30 min) im Vergleich zur Soxhlet-Extraktion (7 h, 80◦C).

Extraktion von Indolalkaloiden aus Mimosenwurzelrinde und Ayahuasca mit einem Ultraschallgerät

Mimosenwurzelrinde und Ayahuasca-Blätter enthalten das Alkaloid N,N-Dimethyltryptamin (DMT). Dimethyltryptamin (DMT) wird derzeit in klinischen Studien hinsichtlich seiner halluzinogenen Wirkungen und damit als potenzielles Arzneimittel zur Behandlung von Depressionen und posttraumatischen Belastungsstörungen (PTSD) erforscht. Die Ultraschallbehandlung fördert wirksam die Freisetzung und Isolierung des Alkaloids aus den Wurzeln von Mimosa hostilis und den Blättern von Psychotria viridis (Ayahuasca). Die DMT-Extraktion mit Ultraschall erzielt innerhalb kürzester Zeit hohe Ausbeuten. Ultraschallgeräte mit Sonotrode von Hielscher sind mit nahezu jedem Lösungsmittel kompatibel und werden zur Herstellung bioaktiver Verbindungen in Pharmaqualität für Forschung und medizinische Anwendungen sowie zur Probenvorbereitung vor analytischen Qualitäts- und Wirkstärkeprüfungen eingesetzt. Daher können Ultraschallgeräte von Hielscher die medizinische DMT-Forschung und die Pflanzenforschung auf vielfältige Weise erleichtern.
Die häufigste Quelle des Indolalkaloids N,N-Dimethyltryptamin (DMT) ist der Jurema-Baum; es stammt aus den Wurzeln von Mimosa hostilis (allgemein als Jurema preta bekannt). Ayahuasca ist die traditionelle Bezeichnung für eine andere Pflanzenart, bei der die Blätter des Strauchs Psychotria viridis reich an DMT sind.
Sowohl Mimosenwurzelrinde (auch mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; abgekürzt MHRB) als auch Ayahuasca-Blätter enthalten verschiedene bioaktive Verbindungen, deren Potenzial als therapeutische Arzneimittel derzeit in klinischen Studien untersucht wird. Mimosenwurzelrinde enthält Tannine, Saponine, Tryptamine, Alkaloide, Lipide, Phytoindole, Xylose, Phytosterole, Glucoside, Rhamnose, Arabinose, Methoxychalkone, Lupeol und Kukulkanine. Diese bioaktiven Verbindungen lassen sich mit Ultraschallgeräten mit Sonotrode effizient aus der Wurzelrinde extrahieren. Die Ultraschallextraktion ist das überlegene Verfahren zur Isolierung von Zielsubstanzen wie Alkaloiden aus Pflanzenmaterial wie Mimosenwurzelrinde und Ayahuasca-Blättern. Die Beschallung zeichnet sich durch hohe Ausbeuten innerhalb einer sehr kurzen Extraktionszeit aus. Milde Prozessbedingungen gewährleisten höchste Extraktqualität, indem sie einen unerwünschten Abbau der aktiven Moleküle verhindern.

Extraktionsaufbau zur Isolierung von Pflanzeninhaltsstoffen: Ultraschallgerät mit Sonotrode UP400ST, Büchi-Vakuumfilter und Rotationsverdampfer zur Extraktion von Pflanzeninhaltsstoffen wie Alkaloiden und Phenolen.

Ultraschallgeräte von Hielscher zur effizienten Alkaloidextraktion

Hielscher Ultrasonics entwickelt, fertigt und vertreibt leistungsstarke Ultraschallextraktoren, die sowohl in der wissenschaftlichen Forschung als auch zur Herstellung von Extrakten in Pharmaqualität eingesetzt werden.
Überlegene Extraktionseffizienz: Die ultraschallgestützte Extraktion ist ein wissenschaftlich belegtes Verfahren mit außergewöhnlich hoher Effizienz bei der Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pflanzen. Während herkömmliche Methoden oft viel Zeit benötigen (mehrere Stunden bis Tage), dauert die Ultraschallextraktion aus Pflanzenmaterial nur wenige Minuten.

Hohe Extraktionsausbeute und überlegene Extraktqualität mit Ultraschallgeräten von Hielscher

Die ultraschallgestützte Extraktion ermöglicht die vollständige Freisetzung bioaktiver Verbindungen aus dem Pflanzenmaterial. Ultraschallkavitation bricht die Zellmatrix auf und setzt die bioaktiven Moleküle effizient in das umgebende Lösungsmittel frei. Vergleichsstudien zeigten, dass die Beschallung höhere Extraktausbeuten als andere Extraktionsverfahren liefert (z.B. Soxhlet, Mazeration, Dekoktion, Infusion). Die Ultraschallextraktion ist mit jedem Lösungsmittel kompatibel und ermöglicht dadurch auch den Einsatz sehr milder Lösungsmittel wie Wasser oder wässrigem Ethanol. Je nach den spezifischen Extraktionsanforderungen können polare und unpolare Lösungsmittel gewählt werden; ein Wechsel zwischen Lösungsmitteln ist problemlos möglich. Die präzise Kontrolle der Prozessparameter (z.B. Amplitude), der Einsatz milder Lösungsmittel und eine exakte Temperaturkontrolle verhindern den Abbau und die Verunreinigung bioaktiver Verbindungen (z.B. Alkaloide, Polyphenole, Flavonoide, Cannabinoide usw.) während der Ultraschallextraktion.

Vielseitige Anwendung von Ultraschallgeräten von Hielscher

Während alternative Extraktionsverfahren (z.B. überkritisches CO2, Lösungsmittelextraktion, Perkolation usw.) abhängig von Molekulargewicht, Löslichkeit und Wärmeempfindlichkeit häufig nur zur Extraktion bestimmter Moleküle geeignet sind, ermöglichen die leistungsstarken Ultraschallgeräte von Hielscher die vielseitige Extraktion beliebiger Pflanzeninhaltsstoffe. Die ultraschallgestützte Extraktion lässt sich zuverlässig zur Gewinnung von Breitbandextrakten einsetzen, die bioaktive Verbindungen wie Polyphenole, Alkaloide, Anthrachinone, Flavonoide, Glycoside, Lipide, Pektin und Polysaccharide enthalten.

Hervorragende Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit

Bei der Extraktion medizinisch wirksamer Verbindungen aus Pflanzen ist der Energieverbrauch der ultraschallgestützten Extraktion weitaus geringer als bei herkömmlichen Verfahren.

Zuverlässigkeit durch Prozessstandardisierung mit Hielscher Ultrasonics

Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglichen die präzise Kontrolle aller Ultraschallprozessparameter wie Amplitude, Intensität, Dauer und Temperatur. Die Prozessparameter lassen sich einfach steuern und werden kontinuierlich überwacht. Zusätzlich werden alle Prozessparameter automatisch als CSV-Datei auf einer integrierten SD-Karte protokolliert. Dadurch kann der Bediener Beschallungsläufe überprüfen, den Extraktionsprozess optimieren und eine gleichbleibende Extraktqualität gewährleisten. Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglichen Herstellern die Produktion von Pflanzenextrakten überlegener Qualität und erleichtern die Einhaltung der Guten Herstellungspraxis (GMP).

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: