Εκχύλιση αλκαλοειδών χρησιμοποιώντας έναν καθετήρα-υπερήχων

Τα αλκαλοειδή είναι βιοδραστικές ενώσεις, οι οποίες μπορούν να εξαχθούν αποτελεσματικά από φυτά χρησιμοποιώντας υπερήχους. Τα αλκαλοειδή παρουσιάζουν ένα ευρύ φάσμα βιολογικών επιδράσεων και έτσι χρησιμοποιούνται ως φαρμακευτικά και θεραπευτικά μέσα. Υπερήχων εκχύλιση είναι η προτιμώμενη τεχνική για την παραγωγή υψηλής ποιότητας αλκαλοειδών εκχυλισμάτων από φυτικό υλικό. Υπερήχων εκχύλιση οδηγεί σε πολύ υψηλές αποδόσεις αλκαλοειδών, ενώ ο χρόνος εκχύλισης είναι σύντομος και ο υπερηχητικός εξοπλισμός είναι ασφαλής και εύκολος στη λειτουργία.

Εκχύλιση αλκαλοειδών υψηλής απόδοσης με υπερήχους ισχύος

Πώς η εκχύλιση με υπερήχους προάγει την απομόνωση των αλκαλοειδών;
Η εκχύλιση με υπερήχους χρησιμοποιεί κύματα υπερήχων χαμηλής συχνότητας (π.χ. συχνότητα 20-26kHz) και την επίδραση υπερήχων της ακουστικής σπηλαίωσης. Τα κύματα υπερήχων υψηλής έντασης δημιουργούν φυσαλίδες σπηλαίωσης που καταρρέουν, δημιουργώντας τοπικά ενεργειακά πυκνές διαφορές πίεσης και θερμοκρασίας καθώς και ισχυρές δυνάμεις διάτμησης, οι οποίες διαπερνούν και σπάνε τα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων και ανοίγουν τους φυτικούς ιστούς. Η ροή υγρού που παράγεται από σπηλαίωση προάγει τη μεταφορά μάζας μεταξύ της ενδοκυτταρικής μήτρας και του περιβάλλοντος διαλύτη, έτσι ώστε τα αλκαλοειδή να απελευθερώνονται αποτελεσματικά. Για εκχύλιση με αλκαλοειδή υπερήχων, το φυτικό υλικό (π.χ. αλεσμένα αποξηραμένα φύλλα) τοποθετούνται σε διαλύτη, ο οποίος είναι συνήθως ένα μείγμα νερού και οργανικού διαλύτη όπως υδατική αιθανόλη. Πολικοί διαλύτες όπως η μεθανόλη και η αιθανόλη έχουν βρεθεί ότι είναι πιο αποτελεσματικοί για υψηλές αποδόσεις αλκαλοειδών. Μετά από μια σύντομη υπερηχητική επεξεργασία της υδαρούς κοπριάς – που αποτελούνται από φυτικό υλικό και διαλύτη – τα αλκαλοειδή απελευθερώνονται από τα φυτικά κύτταρα και υπάρχουν στον διαλύτη, από όπου μπορούν να απομονωθούν και να καθαριστούν (π.χ. χρησιμοποιώντας έναν εξατμιστή ρότορα).

Κύρια πλεονεκτήματα της εκχύλισης αλκαλοειδών υπερήχων

Υπερήχων εκχύλιση θεωρείται ως ανώτερη τεχνική εκχύλισης για την απομόνωση των αλκαλοειδών από φυτικά υλικά, καθώς προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, όπως:

1. Αυξημένη απόδοση εκχύλισης: Υπερήχων εκχύλιση μπορεί να αυξήσει την απόδοση των αλκαλοειδών κατά περισσότερο από 200% σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους εκχύλισης.
2. Μειωμένος χρόνος εκχύλισης: Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί να μειώσει σημαντικά το χρόνο εκχύλισης, επιτρέποντας την ταχύτερη και αποτελεσματικότερη επεξεργασία μεγάλων όγκων φυτικού υλικού.
3. Χαμηλότερη κατανάλωση διαλυτών: Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί να μειώσει την ποσότητα διαλύτη που απαιτείται για εκχύλιση, με αποτέλεσμα μειωμένη κατανάλωση διαλύτη και μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
4. Επιλεκτική εκχύλιση: Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιλεκτική εξαγωγή ορισμένων αλκαλοειδών επιλέγοντας τον κατάλληλο διαλύτη, τις παραμέτρους της διαδικασίας και τη θερμοκρασία εκχύλισης. Καθώς οι ανεπιθύμητες ενώσεις μένουν πίσω, η καθαρότητα του τελικού προϊόντος βελτιώνεται.
5. Εύκολη κλιμάκωση: Υπερήχων εκχύλιση μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί για να χειριστεί μεγαλύτερους όγκους φυτικού υλικού, καθιστώντας το κατάλληλο για εμπορική παραγωγή. Οι υπερηχητικές διεργασίες μπορούν να κλιμακωθούν γραμμικά, γεγονός που διευκολύνει την εφαρμογή σε βιομηχανική κλίμακα.

Συνολικά, η εκχύλιση με υπερήχους προσφέρει μια ταχύτερη, πιο αποτελεσματική και πιο φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση για την απομόνωση αλκαλοειδών από φυτικά υλικά.

Υπερήχων αλκαλοειδή εκχύλιση από τα φύλλα του δέντρου Soursop

Οι Nolasco-González et al. (2022) διερεύνησαν την αποτελεσματικότητα και την αποδοτικότητα της εκχύλισης με υπερήχους βιοδραστικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων φαινολικών ενώσεων, αλκαλοειδών, ακετογενινών (όλα με υψηλή αντιοξειδωτική ικανότητα) από τα φύλλα του φυτικού είδους Annona muricata (δέντρο soursop). Για εκχύλιση με υπερήχους, χρησιμοποίησαν τον υπερηχητικό ανιχνευτή τύπου UP400S στις ακόλουθες συνθήκες: πλάτος 80%, παλμικός κύκλος 0,7 s, για 4,54 λεπτά. Οι ολικές διαλυτές φαινόλες (TSP) εκχυλίστηκαν χρησιμοποιώντας 0,5 g σκόνης αποξηραμένων φύλλων και 20 mL ακετόνης: νερό (80:20 v/v). Το υπερηχητικά παραγόμενο εκχύλισμα περιείχε 178,48 mg/100 mL διαλυτών φαινολών, 20,18 mg/100 mL ολικών φλαβονοειδών, 27,81 mg/100 mL υδρολύσιμων πολυφαινολών, 167,07 mg/100 mL συμπυκνωμένων τανινών, 30,44 mg/100 mL ολικών αλκαλοειδών και 14,62 mg/100 mL ολικών ακετογενινών. Το εκχύλισμα που απομονώθηκε με τον υπερηχητικό τύπου ανιχνευτή U400S (βλ. εικόνα αριστερά) παρουσίασε υψηλή αντιοξειδωτική ικανότητα και υψηλότερη περιεκτικότητα σε βιοδραστικές ενώσεις από ~ 6 έως ~ 927 φορές από αφέψημα ή έγχυση, ανάλογα με τον τύπο της ένωσης. Είκοσι τέσσερις διαφορετικές φαινολικές ενώσεις εντοπίστηκαν στα δείγματα και το υπερηχητικά απομονωμένο εκχύλισμα παρήγαγε την υψηλότερη συγκέντρωση.
[πρβλ. Νολάσκο-Γκονζάλες κ.ά., 2022]

Αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων που λαμβάνονται με τις βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης με υπερήχους (ΗΑΕ), αφέψημα και έγχυση. Υπερήχων εκχυλίσματα δείχνουν σταθερά σημαντικά υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα.
(Μελέτη και γραφική παράσταση: ©Νολάσκο-Γκονζάλες κ.ά., 2022)

Χρωματογράφημα HPLC φαινολικών ενώσεων από υπερηχητικά απομονωμένο εκχύλισμα φύλλων Annona muricata χρησιμοποιώντας τον υπερηχητικό UP400S.
(1) σικιμικό οξύ, (2) γαλλικό οξύ, (3) πρωτοκατεχικό οξύ, (4) νεοχλωρογονικό οξύ,
(5) 3,4-διυδροξυφαινυλοξικό, (6) 4-υδροξυβενζοϊκό οξύ, (7) χλωρογενικό οξύ, (8) 4-υδροξυφαινυλοξικό, (9) βανιλλικό οξύ, (10) συριγγικό οξύ, (11) 3-υδροξυβενζοϊκό οξύ, (12) καφεϊκό οξύ, (13) 4-υδροξυβενζαλδεΰδη, (14) ομοβανιλλικό οξύ, (15) 3-(4-υδροξυφαινυλο), (16) π-κουμαρικό οξύ, (17) trans-φερουλικό οξύ, (18) trans-κινναμωμικό οξύ, (19) γαλοκατεχίνη, (20) επιγαλλοκατεχίνη, (21) κατεχίνη,(22) επικατεχίνη, (23) ρουτίνη, (24) ελλαγικό οξύ.
(Μελέτη και γραφική παράσταση: ©Νολάσκο-Γκονζάλες κ.ά., 2022)

Οι Lee et al. (2021) είχαν παρόμοια επιβεβαιωμένα αποτελέσματα καθώς αναφέρουν 2,3 φορές περισσότερα αλκαλοειδή από φύλλα A. muricata που εξάγονται υπό υπερήχους (340 W, 56 ◦ C, 30 λεπτά) σε σύγκριση με την εκχύλιση Soxhlet (7 ώρες, 80 ◦ C).

Εκχύλιση αλκαλοειδών ινδόλης από φλοιό ρίζας μιμόζας και Ayahuasca χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό

Mimosa root bark as well as ayahuasca leaves contains the alkaloid N,N-dimethyltryptamine (DMT). Dimethyltryptamine (DMT) is currently researched in clinical trials for its hallucinogenic effects and therefore as a potential drug to treat depression and post-traumatic stress disorders (PTSD). Ultrasonication effectively promotes the release and isolation of the alkaloid from the Mimosa hostilis roots and Psychotria viridis leaves (ayahuasca). Ultrasonic DMT extraction produces high yields within very short time. Compatible with almost any solvent, Hielscher probe-type ultrasonicators are used for the production of pharma-grade bioactive compounds for use under research and medical settings as well as for sample prep before analytical quality and potency testing. Therefore, Hielscher ultrasonicators can facilitate medical DMT and botanical research in numerous ways.
Η πιο κοινή πηγή του ινδόλη ακαλοειδούς Ν,Ν-διμεθυλοτρυπταμίνης (DMT) στο δέντρο jurema, προέρχεται από ρίζες Mimosa hostilis (κοινώς γνωστή ως jurema preta). Ayahuasca είναι το παραδοσιακό όνομα για ένα άλλο είδος φυτού, στο οποίο τα φύλλα του θάμνου Psychotria viridis είναι πλούσια σε DMT.
Τόσο, φλοιός ρίζας μιμόζας (επίσης mimosa tenuiflora, Φλοιός ρίζας Mimosa Hostilis, abbrev. MHRB) και φύλλα ayahuasca περιέχουν διάφορες βιοδραστικές ενώσεις, οι οποίες επί του παρόντος ερευνώνται σε κλινικές δοκιμές σχετικά με τις δυνατότητές τους ως θεραπευτικό φάρμακο. Ο φλοιός ρίζας μιμόζας περιέχει τανίνες, σαπωνίνες, τρυπταμίνες, αλκαλοειδή, λιπίδια, φυτοϊνδόλες, ξυλόζη, φυτοστερόλες, γλυκοζίτες, ραμνόζη, αραβινόζη, μεθοξυχαλκόνες, λουπεόλη και κουκουλκανίνες. Αυτές οι βιοδραστικές ενώσεις μπορούν να εξαχθούν αποτελεσματικά από το φλοιό ρίζας χρησιμοποιώντας υπερήχους τύπου ανιχνευτή. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι η ανώτερη τεχνική για την απομόνωση ουσιών στόχων όπως τα αλκαλοειδή από βοτανικό υλικό όπως ο φλοιός ρίζας μιμόζας και τα φύλλα ayahuasca. Κατεργασία με υπερήχους υπερέχει δίνοντας υψηλές αποδόσεις μέσα σε πολύ σύντομο χρόνο εκχύλισης. Οι ήπιες συνθήκες διεργασίας εξασφαλίζουν την υψηλότερη ποιότητα εκχυλίσματος αποτρέποντας την ανεπιθύμητη αποικοδόμηση των ενεργών μορίων.

Extraction setup for botanical isolation: αισθητήρας-τύπος υπερήχων UP400St, φίλτρο κενού Büchi και εξατμιστής ρότορα για την εκχύλιση φυτοχημικών όπως αλκαλοειδή και φαινόλες.

Hielscher υπερήχων για αποτελεσματική εκχύλιση αλκαλοειδών

Hielscher Υπέρηχοι σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει υψηλής απόδοσης υπερήχων εκχυλιστές, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την επιστημονική έρευνα, καθώς και την παραγωγή φαρμακευτικών εκχυλισμάτων.

Hielscher υπερήχων για ανώτερη αποτελεσματικότητα εκχύλισης

Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια επιστημονικά αποδεδειγμένη τεχνική με εξαιρετικά υψηλή απόδοση όσον αφορά την εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από φυτά. Ενώ οι παραδοσιακές μέθοδοι συχνά διαρκούν πολύ (αρκετές ώρες μέχρι τις ημέρες), υπερήχων βοτανική εκχύλιση διαρκεί μόνο λίγα λεπτά.

Υψηλή απόδοση εκχύλισης και ανώτερη ποιότητα εκχυλίσματος με υπερήχους Hielscher

Η εκχύλιση με υπερήχους επιτρέπει την πλήρη απελευθέρωση βιοδραστικών ενώσεων από το φυτικό υλικό. Η υπερηχητική σπηλαίωση σπάει την κυτταρική μήτρα και απελευθερώνει τα βιοδραστικά μόρια αποτελεσματικά στον περιβάλλοντα διαλύτη. Συγκριτικές μελέτες έδειξαν ότι υπερήχηση δίνει υψηλότερες αποδόσεις εκχυλίσματος από άλλες τεχνικές εκχύλισης (π.χ. Soxhlet, διαβροχή, αφέψημα, έγχυση). Η εκχύλιση με υπερήχους είναι συμβατή με οποιονδήποτε διαλύτη και επιτρέπει έτσι και τη χρήση πολύ ήπιου διαλύτη όπως νερό ή υδατική αιθανόλη. Όσον αφορά τις ειδικές απαιτήσεις εκχύλισης, μπορούν να επιλεγούν πολικοί και μη πολικοί διαλύτες και η εναλλαγή μεταξύ διαλυτών δεν αποτελεί πρόβλημα. Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διεργασίας (π.χ. πλάτος), η χρήση ήπιων διαλυτών και ο ακριβής έλεγχος της θερμοκρασίας αποτρέπουν την αποικοδόμηση και τη μόλυνση βιοδραστικών ενώσεων (π.χ. αλκαλοειδή, πολυφαινόλες, φλαβονοειδή, κανναβινοειδή κ.λπ.) κατά τη διάρκεια εκχύλισης με υπερήχους.

Ευέλικτη εφαρμογή των υπερήχων Hielscher

Ενώ οι εναλλακτικές τεχνικές εκχύλισης (π.χ. υπερκρίσιμο CO2, εκχύλιση με διαλύτη, διήθηση κ.λπ.) συχνά εφαρμόζονται μόνο για την εκχύλιση συγκεκριμένων μορίων ανάλογα με το μοριακό βάρος, τη διαλυτότητα και την ευαισθησία στη θερμότητα, η εκχύλιση με υπερήχους υψηλής απόδοσης Hielscher επιτρέπει την ευέλικτη εκχύλιση οποιασδήποτε βοτανικής ένωσης. Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί να εφαρμοστεί αξιόπιστα για την εκχύλιση εκχυλισμάτων ευρέος φάσματος που περιέχουν βιοδραστικές ενώσεις όπως πολυφαινόλες, αλκαλοειδή, ανθρακινόνες, φλαβονοειδή, γλυκοσίδες, λιπίδια, πηκτίνη και πολυσακχαρίτες.

Εξαιρετική ενεργειακή απόδοση και φιλικότητα προς το περιβάλλον

Η κατανάλωση ενέργειας της υποβοηθούμενης από υπερήχους εκχύλισης είναι μακράν μικρότερη από τις παραδοσιακές μεθόδους στην εκχύλιση φαρμακευτικών ενώσεων από φυτά.

Αξιοπιστία λόγω τυποποίησης διαδικασίας με υπερήχους Hielscher

Hielscher υπερήχων επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο όλων των παραμέτρων υπερήχων διαδικασία όπως πλάτος, ένταση, διάρκεια, και θερμοκρασία. Οι παράμετροι της διαδικασίας μπορούν εύκολα να ελεγχθούν και παρακολουθούνται συνεχώς. Επιπλέον, όλες οι παράμετροι της διαδικασίας οργανώνονται αυτόματα ως αρχείο CSV σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό επιτρέπει στον χειριστή να αναθεωρήσει τις διαδρομές υπερήχων, να βελτιστοποιήσει τη διαδικασία εκχύλισης και να εξασφαλίσει σταθερή ποιότητα εκχυλίσματος. Hielscher υπερήχων επιτρέπουν στους κατασκευαστές να παράγουν βοτανικά εκχυλίσματα ανώτερης ποιότητας και να διευκολύνουν την εκπλήρωση της ορθής παρασκευαστικής πρακτικής (GMP).

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: