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 ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται ως φαρμακευτικά και θεραπευτικά. Υπερήχων εκχύλιση είναι η προτιμώμενη τεχνική για την παραγωγή υψηλής ποιότητας εκχυλίσματα αλκαλοειδών 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.

Υψηλής απόδοσης εκχύλιση αλκαλοειδών χρησιμοποιώντας υπερήχους ισχύος

Πώς υπερήχων εκχύλιση προωθήσει 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 διατρυπούν και σπάνε τα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων και τον φυτικό ιστό ανοιχτό. Η ροή υγρού που παράγεται από τη σπηλαίωση προάγει τη μεταφορά μάζας μεταξύ της ενδοκυτταρικής μήτρας και του περιβάλλοντος διαλύτη, έτσι ώστε τα αλκαλοειδή να απελευθερώνονται αποτελεσματικά. Για την εκχύλιση αλκαλοειδών υπερήχων, το φυτικό υλικό (π.χ. αποξηραμένα φύλλα) τοποθετούνται σε διαλύτη, ο οποίος είναι συνήθως ένα μείγμα νερού και οργανικού διαλύτη όπως υδατική αιθανόλη. Οι πολικοί διαλύτες όπως η μεθανόλη και η αιθανόλη έχουν βρεθεί ότι είναι πιο αποτελεσματικοί για υψηλές αποδόσεις αλκαλοειδών. Μετά από μια σύντομη υπερηχητική επεξεργασία του πολτού – που αποτελείται από φυτικό υλικό και διαλύτη – Τα αλκαλοειδή απελευθερώνονται από τα φυτικά κύτταρα και υπάρχουν στο διαλύτη, από όπου μπορούν να απομονωθούν και να καθαριστούν (π.χ. χρησιμοποιώντας ρότορα-εξατμιστή).

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, συμπεριλαμβανομένων:

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: Υπερήχων εκχύλιση μπορεί να μειώσει σημαντικά το χρόνο εκχύλισης, επιτρέποντας την ταχύτερη και αποτελεσματικότερη επεξεργασία μεγάλων όγκων φυτικού υλικού.
3. Χαμηλότερη κατανάλωση διαλύτη: Υπερήχων εκχύλιση μπορεί να μειώσει την ποσότητα του διαλύτη που απαιτείται για την εκχύλιση, με αποτέλεσμα τη μειωμένη κατανάλωση διαλύτη και μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
4. Επιλεκτική εκχύλιση: Υπερήχων εκχύλιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιλεκτική εκχύλιση ορισμένων αλκαλοειδών επιλέγοντας τον κατάλληλο διαλύτη, παραμέτρους της διαδικασίας και θερμοκρασία εκχύλισης. Καθώς οι ανεπιθύμητες ενώσεις αφήνονται πίσω, βελτιώνεται η καθαρότητα του τελικού προϊόντος.
5. Εύκολη κλιμάκωση: Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί για να χειριστεί μεγαλύτερους όγκους φυτικού υλικού, καθιστώντας το κατάλληλο για εμπορική παραγωγή. Οι διαδικασίες υπερήχων 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

Nolasco-González et al. (2022) διερεύνησε 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 την εκχύλιση με υπερήχους, χρησιμοποίησαν τον υπερηχητικό τύπο καθετήρα UP400S στις ακόλουθες συνθήκες: πλάτος 80%, κύκλος παλμού 0,7 δευτερολέπτων, για 4,54 λεπτά. Οι ολικές διαλυτές φαινόλες (TSP) εκχυλίστηκαν χρησιμοποιώντας 0,5 g σκόνης αποξηραμένων φύλλων και 20 mL ακετόνης: νερού (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 υδρολυμένων 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 τύπο 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. Nolasco-González et al., 2022]

Αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων που λαμβάνονται από τις βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης με υπερήχους (ΗΑΕ), αφέψημα και έγχυση. Υπερήχων εκχυλίσματα δείχνουν σταθερά σημαντικά υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα.
(Μελέτη και γράφημα: ©Nolasco-González et al., 2022)

HPLC χρωματογράφημα φαινολικών ενώσεων από υπερήχων απομονωμένο εκχύλισμα φύλλων Annona muricata χρησιμοποιώντας τον υπερηχητικό UP400S.
(1) σικιμικό οξύ, (2) γαλλικό οξύ, (3) πρωτοκατεχικό οξύ, (4) νεοχλωρογενικό οξύ,
(5) 3,4-διυδροξυφαινυλοξικό, (6) 4-υδροξυβενζοϊκό οξύ, (7) χλωρογενικό οξύ, (8) 4-υδροξυφαινυλοοξικό, 9) βανιλλικό οξύ, (10) συριγγικό οξύ, (11) 3-υδροξυβενζοϊκό οξύ, (12) καφεϊκό οξύ, (13) 4-υδροξυβενζαλδεΰδη, (14) ομοβανιλλικό οξύ, (15) 3-(4-υδροξυφαινύλιο), (16) p-κουμαρικό οξύ, (17) trans-φερουλικό οξύ, (18) trans-κινναμωμικό οξύ, (19) γαλλοκατεχίνη, (20) επιγαλλοκατεχίνη, (21) κατεχίνη,(22) επικατεχίνη, (23) ρουτίνη, (24) ελλαγικό οξύ.
(Μελέτη και γράφημα: ©Nolasco-González et al., 2022)

Οι Lee et al. (2021) είχαν παρόμοια επιβεβαιωμένα αποτελέσματα καθώς αναφέρουν 2.3 φορές περισσότερα αλκαλοειδή από φύλλα A. muricata που εξάγονται με υπερήχους (340 W, 56 ◦ C, 30 λεπτά) σε σύγκριση με την εκχύλιση Soxhlet (7 ώρες, 80 ◦ C).

Ινδόλη αλκαλοειδή εκχύλιση από φλοιό ρίζας μιμόζας και Ayahuasca χρησιμοποιώντας ένα υπερήχων

Ο φλοιός ρίζας μιμόζας καθώς και τα φύλλα ayahuasca περιέχουν το αλκαλοειδές Ν, Ν-διμεθυλοτρυπταμίνη (DMT). Η διμεθυλοτρυπταμίνη (DMT) ερευνάται επί του παρόντος σε κλινικές δοκιμές για τις παραισθησιογόνες επιδράσεις της και ως εκ τούτου ως πιθανό φάρμακο για τη θεραπεία της κατάθλιψης και των διαταραχών μετατραυματικού στρες (PTSD). Υπερήχους προωθεί αποτελεσματικά την απελευθέρωση και την απομόνωση του αλκαλοειδούς από τις ρίζες Mimosa hostilis και Psychotria viridis φύλλα (ayahuasca). Υπερήχων DMT εκχύλιση παράγει υψηλές αποδόσεις μέσα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Συμβατό με σχεδόν οποιοδήποτε διαλύτη, Hielscher καθετήρα-τύπου υπερήχων χρησιμοποιούνται για την παραγωγή pharma-βαθμού βιοδραστικές ενώσεις για χρήση κάτω από την έρευνα και ιατρικά περιβάλλοντα, καθώς και για την προετοιμασία του δείγματος πριν από την αναλυτική ποιότητα και δραστικότητα δοκιμή. Ως εκ τούτου, Hielscher υπερήχων μπορεί να διευκολύνει την ιατρική DMT και βοτανική έρευνα με πολλούς τρόπους.
Η πιο κοινή πηγή του ινδολικού 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 ο φλοιός ρίζας μιμόζας (επίσης mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark, συντομογραφία MHRB) όσο και τα φύλλα ayahuasca περιέχουν διάφορες βιοδραστικές ενώσεις, οι οποίες ερευνώνται επί του παρόντος σε κλινικές δοκιμές σχετικά με τις δυνατότητές τους ως θεραπευτικό φάρμακο. Ο φλοιός ρίζας μιμόζας περιέχει τανίνες, σαπωνίνες, τρυπταμίνες, αλκαλοειδή, λιπίδια, φυτοϊνόλες, ξυλόζη, φυτοστερόλες, γλυκοσίδες, ραμνόζη, αραβινόζη, μεθοξυχαλκόνες, λουπεόλη και κουκουλκανίνες. Αυτές οι βιοδραστικές ενώσεις μπορούν να εξαχθούν αποτελεσματικά από το φλοιό ρίζας χρησιμοποιώντας υπερήχους τύπου καθετήρα. Υπερήχων εκχύλιση είναι η ανώτερη τεχνική για την απομόνωση ουσιών-στόχων όπως τα αλκαλοειδή από βοτανικό υλικό όπως μιμόζα ρίζα φλοιό και ayahuasca φύλλα. 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 δραστικών μορίων.

Ρύθμιση εκχύλισης για βοτανική απομόνωση: Καθετήρας-τύπου υπερήχων UP400ST, φίλτρο κενού Büchi και ρότορα-εξατμιστή για την εκχύλιση φυτοχημικών όπως αλκαλοειδή και φαινόλες.

Hielscher υπερήχων για αποτελεσματική εκχύλιση αλκαλοειδών

Hielscher Υπέρηχοι σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει υψηλής απόδοσης υπερήχων εκχυλιστές, τα οποία χρησιμοποιούνται για την επιστημονική έρευνα, καθώς και την παραγωγή των εκχυλισμάτων φαρμακευτικής ποιότητας.
Ανώτερη απόδοση εκχύλισης: Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια επιστημονικά αποδεδειγμένη τεχνική με εξαιρετική υψηλή απόδοση όσον αφορά την εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από φυτά. Ενώ οι παραδοσιακές μέθοδοι συχνά διαρκούν πολύ χρόνο (αρκετές ώρες μέχρι ημέρες), υπερήχων βοτανική εκχύλιση διαρκεί μόνο λίγα λεπτά.

Υψηλή απόδοση εκχύλισης και ανώτερη ποιότητα εκχυλίσματος με Hielscher υπερήχων

Η εκχύλιση με υπερήχους επιτρέπει την πλήρη απελευθέρωση βιοδραστικών ενώσεων από το φυτικό υλικό. Υπερήχων σπηλαίωση σπάει την κυτταρική μήτρα και απελευθερώνει τα βιοδραστικά μόρια αποτελεσματικά στον περιβάλλοντα διαλύτη. Συγκριτικές μελέτες έδειξαν ότι κατεργασία με υπερήχους δίνει υψηλότερες αποδόσεις εκχυλίσματος από άλλες τεχνικές εκχύλισης (π.χ. Soxhlet, διαβροχή, αφέψημα, έγχυση). Υπερήχων εκχύλιση είναι συμβατό με οποιοδήποτε διαλύτη και επιτρέπει με αυτόν τον τρόπο επίσης για τη χρήση του πολύ ήπιου διαλύτη όπως το 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 διαδικασίας (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 της εκχύλισης με υπερήχους.

Ευέλικτη εφαρμογή των υπερήχων Hielscher

Ενώ εναλλακτικές τεχνικές εκχύλισης (π.χ., υπερκρίσιμο CO2, εκχύλιση με διαλύτη, διήθηση κ.λπ.) είναι συχνά εφαρμόσιμες μόνο για την εκχύλιση συγκεκριμένων μορίων ανάλογα με το μοριακό βάρος, διαλυτότητα και ευαισθησία στη θερμότητα, η εκχύλιση με Hielscher υψηλής απόδοσης υπερήχων επιτρέπουν 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 εκχύλισης με υπερήχους είναι μικρότερη από τις παραδοσιακές μεθόδους εκχύλισης φαρμακευτικών ενώσεων από φυτά.

Αξιοπιστία λόγω της τυποποίησης της διαδικασίας με Hielscher Ultrasonics

Hielscher υπερήχων επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο όλων των παραμέτρων διαδικασίας υπερήχων, όπως πλάτος, ένταση, διάρκεια, και τη θερμοκρασία. Οι παράμετροι της διαδικασίας μπορούν εύκολα να ελεγχθούν και παρακολουθούνται συνεχώς. Επιπλέον, όλες οι παράμετροι διεργασίας πρωτοκολλούνται 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 συνεπή ποιότητα εκχυλίσματος. Hielscher υπερήχων επιτρέπουν στους κατασκευαστές να παράγουν βοτανικά εκχυλίσματα ανώτερης ποιότητας και να διευκολύνει την εκπλήρωση της ορθής παρασκευαστικής πρακτικής (GMP).

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: