Εκχύλιση αρτεμισινίνης υψηλής απόδοσης με κατεργασία με υπερήχους
Η αρτεμισινίνη μπορεί να εκχυλιστεί αποτελεσματικά με κατεργασία με υπερήχους υψηλής απόδοσης. Η εκχύλιση με υπερήχους παρέχει πολύ υψηλές αποδόσεις αρτεμισινίνης με χρήση ήπιων διαλυτών. Η διαδικασία εκχύλισης με εφαρμογή υπερήχων επιταχύνεται δραστικά. Οι συνθήκες επεξεργασίας στους εκχυλιστήρες υπερήχων μπορούν να ελεγχθούν με ακρίβεια, γεγονός που επιτρέπει την αποτροπή της αποικοδόμησης του θερμοευαίσθητου βιομορίου της αρτεμισινίνης.
Εκχύλιση αρτεμισινίνης
Η αρτεμισινίνη είναι ένα βιοδραστικό μόριο που βρίσκεται στους αδένες των τριχωμάτων του φυτού Artemisia annua, χρησιμοποιείται ως φάρμακο κατά της ελονοσίας και παρουσιάζει μεγάλες προοπτικές ως φάρμακο για τη θεραπεία διαφόρων άλλων ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων του καρκίνου και του SARS-CoV-2. Η παραδοσιακή μέθοδος εκχύλισης περιλαμβάνει τοξικούς διαλύτες και αποτελεί μια δαπανηρή διαδικασία που δεν είναι βέλτιστη. Για την παραγωγή αρτεμισινίνης σε μεγάλη κλίμακα υπό περιβαλλοντικά και οικονομικά ευνοϊκές συνθήκες, απαιτείται μια αποδοτική και φιλική προς το περιβάλλον τεχνική εκχύλισης. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια ευρέως καθιερωμένη μέθοδος εκχύλισης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με νερό ή αιθανόλη ως μη τοξικούς διαλύτες. Έχει ήδη αποδειχθεί ότι η εκχύλιση με υπερήχους παρέχει υψηλές αποδόσεις αρτεμισινίνης, ώστε η παραγωγή αρτεμισινίνης να μπορεί να κλιμακωθεί γρήγορα σε μεγάλους όγκους. Διατίθεται άμεσα εξοπλισμός εκχύλισης με υπερήχους για επεξεργασία κατά παρτίδες και εντός γραμμής σε βιομηχανικό επίπεδο.
Εκχυλιστήρας υπερήχων UIP2000hdT για βιομηχανική εκχύλιση αρτεμισινίνης κατά παρτίδες από φύλλα Artemisia annua.
Εκχύλιση αρτεμισινίνης από Artemisia annua με υπερήχους
Η χρήση υπερήχων ισχύος για την εκχύλιση υπερέχει άλλων μεθόδων εκχύλισης ως προς διάφορους βασικούς παράγοντες, όπως η απόδοση, ο χρόνος εκχύλισης, η φιλικότητα προς το περιβάλλον και η οικονομική αποδοτικότητα.
Τα μειονεκτήματα της παραδοσιακής εκχύλισης αρτεμισινίνης
Οι παραδοσιακές μέθοδοι εκχύλισης αρτεμισινίνης είναι χρονοβόρες, μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στα βιοδραστικά μόρια της αρτεμισινίνης λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που εφαρμόζονται και έχουν υψηλό περιβαλλοντικό αντίκτυπο λόγω των οργανικών διαλυτών που χρησιμοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, στο μεταγενέστερο στάδιο επεξεργασίας απαιτείται εκτεταμένος καθαρισμός για την απομάκρυνση των προσμείξεων από το ακατέργαστο εκχύλισμα.
Τα πλεονεκτήματα της εκχύλισης αρτεμισινίνης με υπερήχους
Η εφαρμογή υπερήχων ισχύος για την εκχύλιση έχει αρκετές θετικές επιδράσεις που εντατικοποιούν τη διαδικασία εκχύλισης: Οι υπέρηχοι υψηλής απόδοσης δημιουργούν ακουστική σπηλαίωση. Αυτή η ακουστική σπηλαίωση προάγει την εκχύλιση φυτικών υλικών μέσω κυτταρικής διάρρηξης, με αποτέλεσμα τα εγκλωβισμένα βιομόρια να απελευθερώνονται από την κυτταρική μήτρα του φυτού. Επιπλέον, οι δυνάμεις σπηλαίωσης εντατικοποιούν τη μεταφορά μάζας, μεταφέροντας αποτελεσματικά τα βιομόρια, όπως η αρτεμισινίνη, στον περιβάλλοντα διαλύτη. Η αρχή λειτουργίας της εκχύλισης με υπερήχους μπορεί να αποδοθεί στις αμιγώς μηχανικές δυνάμεις της σπηλαίωσης. Αυτό σημαίνει ότι η κατεργασία με υπερήχους είναι μια μη θερμική, μη χημική τεχνική εκχύλισης. Ο μη θερμικός χαρακτήρας της εκχύλισης με υπερήχους την καθιστά ιδιαίτερα ευνοϊκή, καθώς η αρτεμισινίνη είναι μια θερμοευαίσθητη ένωση, πράγμα που σημαίνει ότι οι υψηλότερες θερμοκρασίες (π.χ., 70°C) θα προκαλέσουν την αποσύνθεσή της. Κατά συνέπεια, δεν θα μπορούσε να βραστεί το Artemisia annua L. σε ζεστό νερό για τη λήψη αρτεμισινίνης.
- Υψηλότερες αποδόσεις
- Ανώτερη ποιότητα
- Ταχεία εκχύλιση
- Επιλέξτε τον διαλύτη που προτιμάτε
- Χωρίς θερμική αποικοδόμηση
- Λειτουργεί με φρέσκα και αποξηραμένα φύλλα
- Συνθήκες που ελέγχονται με ακρίβεια
- Οικονομικά αποδοτική
Φιλικοί προς το περιβάλλον διαλύτες για την εκχύλιση αρτεμισινίνης με υπερήχους
Οι κλασικοί διαλύτες εκχύλισης που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αρτεμισινίνης περιλαμβάνουν το εξάνιο, τον πετρελαϊκό αιθέρα ή το διχλωρομεθάνιο. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι συμβατή με οποιονδήποτε διαλύτη, συμπεριλαμβανομένων ήπιων, φιλικών προς το περιβάλλον διαλυτών, όπως η αιθανόλη ή το νερό. Η εκχύλιση αρτεμισινίνης με υπερήχους με χρήση αιθανόλης είναι εξίσου αποδοτική σε σύγκριση με τη χρήση ισχυρών διαλυτών. Καθώς η αρτεμισινίνη παρουσιάζει χαμηλή διαλυτότητα στο νερό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν κυκλοδεξτρίνες για τη βελτίωση της εκχύλισής της με υπερήχους σε κρύο νερό.
Τι καθιστά την εκχύλιση αρτεμισινίνης με υπερήχους τόσο αποδοτική;
Για να γίνουν κατανοητά τα πλεονεκτήματα της εκχύλισης με υποβοήθηση υπερήχων, πρέπει να γίνει κατανοητή η αρχή λειτουργίας των υπερήχων ισχύος. Ο μηχανισμός με τον οποίο οι υπέρηχοι ισχύος εντατικοποιούν την εκχύλιση αποδίδεται κυρίως στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Η σπηλαίωση που προκαλείται από τους υπερήχους προκαλεί συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων της φυτικής βιομάζας (όπως τα φύλλα Artemisia annua L.), οι οποίες οδηγούν σε θρυμματισμό λόγω των συγκρούσεων μεταξύ σωματιδίων και σε μείωση του μεγέθους τους. Όταν οι φυσαλίδες σπηλαίωσης καταρρέουν στην επιφάνεια των φυτικών στερεών, η διάβρωση και η ηχοπόρωση αυξάνουν περαιτέρω την επιφάνεια των σωματιδίων. Η μεταφορά μάζας που ενισχύεται με αυτόν τον τρόπο διευκολύνει την απελευθέρωση μορίων όπως πρωτεΐνες, λιπίδια, σάκχαρα, βιταμίνες, αντιοξειδωτικά, φυτοχημικές ενώσεις (π.χ. αρτεμισινίνη) και διαιτητικές ίνες. Οι δυνάμεις διάτμησης που παράγονται από τους υπερήχους βελτιώνουν τη διείσδυση του διαλύτη στην κυτταρική μήτρα της φυτικής ύλης και τη διαπερατότητα των κυτταρικών μεμβρανών, αντίστοιχα. Αυτοί οι μηχανισμοί των υπερήχων ισχύος ευθύνονται για τη σημαντική εντατικοποίηση της διεργασίας που επιτυγχάνεται όταν εφαρμόζεται κατεργασία με υπερήχους για την εκχύλιση φυτικών υλών.
Τα κύματα υπερήχων ισχύος διαρρηγνύουν την κυτταρική δομή των φυτικών υλών, απελευθερώνουν τις βιοδραστικές ενώσεις και προάγουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ του φυτικού υλικού και του διαλύτη (π.χ. αιθανόλη).
Συσκευή υπερήχων UP400St (400 watts) για την εκχύλιση αρτεμισινίνης κατά παρτίδες.
Ερευνητικά τεκμηριωμένα αποτελέσματα της εκχύλισης αρτεμισινίνης με υπερήχους
Έχουν διεξαχθεί αρκετές επιστημονικές μελέτες για τη διερεύνηση της αποδοτικότητας και της πρακτικής εφαρμοσιμότητας της εκχύλισης αρτεμισινίνης από φύλλα Artemisia annua με υπερήχους.
Οι Briars και Paniwnyk έδειξαν «ότι οι υπέρηχοι σε χαμηλές θερμοκρασίες αυξάνουν την απόδοση της αρτεμισινίνης που εκχυλίζεται από την A. annua κατά περίπου 58% και τα εκχυλίσματα φαίνονται καθαρότερα σε σύγκριση με τη συμβατική εμβάπτιση· επομένως, η χρήση υπερήχων κατά την εκχύλιση έχει τη δυνατότητα να οδηγήσει στην παραγωγή θεραπειών με βάση την αρτεμισινίνη με χαμηλότερο κόστος.» (Briars and Paniwnyk, 2013)
Οι Zhang et al. (2017) διερεύνησαν την εκχύλιση αρτεμισινίνης με υπερήχους χρησιμοποιώντας ως διαλύτη μεθυλαιθέρα της προπυλενογλυκόλης (PGME). Το εκχύλισμα αρτεμισινίνης που παράχθηκε με υπερήχους αναλύθηκε με υγρή χρωματογραφία υπερυψηλής απόδοσης (UPLC). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ανέδειξαν την ποιότητα του εκχυλίσματος. Λόγω της καλής επαναληψιμότητας της διεργασίας και της σταθερότητας της εκχυλισμένης αρτεμισινίνης, η εκχύλιση με υποβοήθηση υπερήχων που χρησιμοποιεί ως διαλύτη τον φιλικό προς το περιβάλλον και αποδοτικό μονοαιθέρα, τον μεθυλαιθέρα της προπυλενογλυκόλης (PGME), παρουσιάζει μεγάλες προοπτικές για την εκχύλιση και τον διαχωρισμό βιοδραστικών μορίων από φυτικές ύλες. Η εκχύλιση με υπερήχους με χρήση μεθυλαιθέρα της προπυλενογλυκόλης (PGME) ως διαλύτη οδήγησε σε υψηλή συνολική αποδοτικότητα εκχύλισης και υψηλές αποδόσεις αρτεμισινίνης. (πρβλ. Zhang et al., 2017)
Σε μια άλλη μελέτη, οι Zhang et al. (2020) παρουσιάζουν την εκχύλιση αρτεμισινίνης με υπερήχους χρησιμοποιώντας υδροξυπροπυλο-β-κυκλοδεξτρίνη. Η προσθήκη κυκλοδεξτρίνης βελτιώνει την απελευθέρωση της αρτεμισινίνης, μιας ένωσης με χαμηλή υδατοδιαλυτότητα, και επιτρέπει τη χρήση νερού ως διαλύτη με καλές αποδόσεις εκχύλισης. Η εκχύλιση με υπερήχους σε συνδυασμό με κυκλοδεξτρίνη αύξησε την ποσότητα αρτεμισινίνης σε 8,66 mg/g, η οποία είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την αντίστοιχη ποσότητα των 1,70 mg/g που ελήφθη σε νερό.
Εκχυλιστήρες υπερήχων υψηλής απόδοσης για την παραγωγή αρτεμισινίνης
Τα συστήματα εκχύλισης με υπερήχους υψηλής απόδοσης της Hielscher Ultrasonics χρησιμοποιούνται παγκοσμίως στην έρευνα και ανάπτυξη, στην παραγωγή μικρής και μεσαίας κλίμακας και στην παραγωγή πλήρους εμπορικής κλίμακας, σε διάφορους κλάδους, όπως η παραγωγή τροφίμων, συμπληρωμάτων διατροφής και φαρμακευτικών προϊόντων. Οι εκχυλιστήρες υπερήχων υψηλής απόδοσης εντατικοποιούν τη διεργασία εκχύλισης και αυξάνουν την απόδοση, βελτιώνοντας έτσι τη συνολική αποδοτικότητα της παραγωγής εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας. Η Hielscher Ultrasonics προσφέρει εξοπλισμό εκχύλισης για κάθε όγκο / δυναμικότητα επεξεργασίας. Με εμπειρία άνω των 25 ετών στην εκχύλιση φυτικών υλών, η Hielscher Ultrasonics είναι ο έμπιστος συνεργάτης σας για εκχύλιση υψηλής απόδοσης από Artemisia annua με υπερήχους!
Συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης και τεχνολογίας αιχμής
Οι έξυπνες λειτουργίες των συσκευών υπερήχων της Hielscher έχουν σχεδιαστεί ώστε να εγγυώνται αξιόπιστη λειτουργία, αναπαραγώγιμα αποτελέσματα και ευκολία χρήσης. Η πρόσβαση στις ρυθμίσεις λειτουργίας και η προσαρμογή τους γίνονται εύκολα μέσω ενός εύχρηστου μενού, το οποίο είναι προσβάσιμο από την ψηφιακή έγχρωμη οθόνη αφής και μέσω απομακρυσμένου ελέγχου από πρόγραμμα περιήγησης. Έτσι, όλες οι συνθήκες επεξεργασίας, όπως η καθαρή ενέργεια, η συνολική ενέργεια, το πλάτος ταλάντωσης, ο χρόνος, η πίεση και η θερμοκρασία, καταγράφονται αυτόματα σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να επανεξετάζετε και να συγκρίνετε προηγούμενους κύκλους κατεργασίας με υπερήχους και να βελτιστοποιείτε τη διαδικασία εκχύλισης αρτεμισινίνης για την επίτευξη της μέγιστης απόδοσης.
Τα συστήματα της Hielscher Ultrasonics χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για την παραγωγή φυτικών εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας. Οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων της Hielscher μπορούν εύκολα να λειτουργούν με υψηλά πλάτη ταλάντωσης σε συνεχή λειτουργία (24/7/365). Με τα τυπικά ηχοτρόδια (κεφαλές / κέρατα υπερήχων) μπορούν εύκολα να παράγονται συνεχώς πλάτη ταλάντωσης έως και 200µm. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη ταλάντωσης, διατίθενται ειδικά προσαρμοσμένα ηχοτρόδια υπερήχων. Χάρη στην ανθεκτικότητά τους και στις χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης, τα συστήματά μας εκχύλισης με υπερήχους εγκαθίστανται συχνά σε εφαρμογές βαριάς χρήσης και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την εκχύλιση αρτεμισινίνης με υπερήχους από το φυτό Artemisia annua. Θα χαρούμε να σας στείλουμε πληροφορίες για τα συστήματά μας εκχύλισης με υπερήχους και τις τιμές τους! Το έμπειρο προσωπικό μας θα χαρεί να συζητήσει μαζί σας την εφαρμογή σας και τις απαιτήσεις επεξεργασίας σας!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής απόδοσης για εφαρμογές ανάμειξης, διασποράς, γαλακτωματοποίησης και εκχύλισης σε εργαστηριακή, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- Zhang, Yongqiang; Prawang, Phongphat; Li, Chunshan; Meng, Xiangzhan; Zhao, Yu; Wang, Hui; Zhang, Suojiang (2017): Ultrasonic Assisted Extraction of Artemisinin from Artemisia Annua L. Using Monoether based Solvents. Green Chemistry 2017.
- Zhang, Yongqiang; Cao, Yingying; Meng, Xiangzhag; Prawang, Phonphat; Wang, Hui (2020): Extraction of Artemisinin with Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin Aqueous Solution for Fabrication of Drinkable Extract. Green Chemical Engineering 2020.
- Rhianna Briars; Larysa Paniwnyk (2012): Examining the extraction of artemisinin from artemisia annua using ultrasound. AIP Conference Proceedings 1433, 581.
- Rhianna Briars, Larysa Paniwnyk (2013): Effect of ultrasound on the extraction of artemisinin from Artemisia annua. Industrial Crops and Products, Volume 42, 2013. 595-600.
Τι είναι η αρτεμισινίνη και σε τι χρησιμοποιείται;
Η αρτεμισινίνη είναι μια ένωση που προέρχεται από το φυτό Artemisia annua, κοινώς γνωστό ως γλυκιά αψιθιά. Είναι κυρίως γνωστή για τις ανθελονοσιακές της ιδιότητες και χρησιμοποιείται για τη θεραπεία της ελονοσίας. Η αρτεμισινίνη και τα παράγωγά της έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα αποτελεσματικά έναντι στελεχών του παρασίτου της ελονοσίας που είναι ανθεκτικά στα φάρμακα, γεγονός που τα καθιστά καθοριστικής σημασίας για την καταπολέμηση της νόσου.
Όσον αφορά τη βιομηχανική αξιοποίηση, η αρτεμισινίνη παρουσιάζει ενδιαφέρον για διάφορες δυνητικές εφαρμογές πέρα από την ιατρική. Έχει δείξει υποσχόμενα αποτελέσματα σε διάφορους τομείς, όπως η γεωργία, όπου μπορεί να δράσει ως φυσικό ζιζανιοκτόνο και παρασιτοκτόνο. Επιπλέον, διεξάγεται έρευνα για τη διερεύνηση της δυνητικής χρήσης της στη θεραπεία του καρκίνου. Αυτές οι εφαρμογές μελετώνται επιστημονικά και δοκιμάζονται σε πιλοτική κλίμακα με στόχο την εφαρμογή τους σε διαφορετικούς βιομηχανικούς τομείς.
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής απόδοσης από εργαστηριακή έως βιομηχανική κλίμακα.