Η αρτεμισίνη μπορεί να εξαχθεί αποτελεσματικά με κατεργασία με υπερήχους υψηλής απόδοσης. Υπερήχων εκχύλιση δίνει πολύ υψηλές αποδόσεις της αρτεμισινίνης χρησιμοποιώντας ήπιους διαλύτες. Η διαδικασία εκχύλισης που εφαρμόζει υπέρηχο επιταχύνεται δραστικά. Οι συνθήκες επεξεργασίας σε υπερήχους εξολκείς είναι ακριβώς ελεγχόμενες, γεγονός που επιτρέπει την πρόληψη της υποβάθμισης του ευαίσθητου στη θερμότητα βιομορίων αρτεμισίνης.

Εκχύλιση αρτεμισίνης

Η αρτεμισίνη είναι ένα βιοδραστικό μόριο που υπάρχει μέσα στους αδένες τριχώματος του φυτού Artemisia annua, το οποίο χρησιμοποιείται ως φάρμακο κατά της ελονοσίας και παρουσιάζει υψηλό δυναμικό ως φάρμακο για τη θεραπεία πολλών άλλων ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου και του SARS-CoV-2. Η παραδοσιακή μέθοδος εκχύλισης περιλαμβάνει τοξικούς διαλύτες και είναι μια ακριβή, μη βέλτιστη διαδικασία. Προκειμένου να παραχθεί αρτεμισίνη σε μεγάλη κλίμακα υπό περιβαλλοντικά και οικονομικά ευνοϊκές συνθήκες, απαιτείται μια αποτελεσματική και πράσινη τεχνική εκχύλισης. Υπερήχων εκχύλιση είναι μια ευρέως καθιερωμένη μέθοδο εκχύλισης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με νερό ή αιθανόλη ως μη τοξικούς διαλύτες. Υπερήχων εκχύλιση έχει ήδη αποδειχθεί σε κυψέλες υψηλές αποδόσεις αρτεμισίνης, έτσι ώστε η παραγωγή αρτεμισίνης μπορεί να κλιμακωθεί γρήγορα σε μεγάλους όγκους. Υπερήχων εξοπλισμός εκχύλισης για παρτίδα και in-line επεξεργασία σε βιομηχανικό επίπεδο είναι άμεσα διαθέσιμος.

Υπερήχων εκχύλιση της αρτεμισίνης από αρτεμισία annua

Η χρήση υπερήχων ισχύος για την εκχύλιση υπερέχει άλλων μεθόδων εκχύλισης σε διάφορους σημαντικούς παράγοντες, όπως η απόδοση, ο χρόνος εκχύλισης, η φιλικότητα προς το περιβάλλον και η οικονομική αποδοτικότητα.

UP100H με sonotrode MS14 για την εξαγωγή βοτανικών, όπως η αρτεμισινίνη από τα φύλλα annua αρτεμισίας

Τα μειονεκτήματα της παραδοσιακής εκχύλισης αρτεμισίνης

Οι παραδοσιακές μέθοδοι εκχύλισης για την αρτεμισίνη είναι χρονοβόρες, μπορούν να βλάψουν τα βιοδραστικά μόρια αρτεμισίνη λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που εφαρμόζονται και έχουν υψηλό περιβαλλοντικό αντίκτυπο λόγω των οργανικών διαλυτών που χρησιμοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, κατάντη διαδικασία απαιτείται εκτεταμένος καθαρισμός για την απομάκρυνση των προσμείξεων από το ακατέργαστο εκχύλισμα.

Τα πλεονεκτήματα της εκχύλισης υπερηχητικής αρτεμισίνης

Η εφαρμογή υπερήχων ισχύος για εκχύλιση έχει αρκετά θετικά αποτελέσματα που εντείνουν τη διαδικασία εκχύλισης: Ο υπέρηχος υψηλής απόδοσης δημιουργεί ακουστική σπηλαίωση. Αυτή η ακουστική σπηλαίωση προωθεί τη βοτανική εκχύλιση με κυτταρική διαταραχή, έτσι ώστε τα παγιωμένα βιομόρια να απελευθερώνονται από την κυτταρική μήτρα του φυτού. Επιπλέον, οι σπηλαιωτικές δυνάμεις εντείνουν τη μαζική μεταφορά των βιομορίων όπως η αρτεμισίνη αποτελεσματικά στον περιβάλλοντα διαλύτη. Η αρχή εργασίας της εκχύλισης υπερήχων μπορεί να συμβάλει σε καθαρά μηχανικές δυνάμεις σπηλαίωσης. Αυτό σημαίνει ότι η κατεργασία με υπερήχους είναι μια μη θερμική, μη χημική τεχνική εκχύλισης. Όντας μια τεχνική μη θερμική εκχύλιση καθιστά υπερήχων εκχύλιση ιδιαίτερα ευνοϊκή, δεδομένου ότι η αρτεμισίνη είναι μια θερμικά ευαίσθητη ένωση, πράγμα που σημαίνει υψηλότερες θερμοκρασίες (π.χ. 70 °C) θα προκαλέσει την αποσύνθεση της. Κατά συνέπεια, Artemisia annua L. δεν μπορούσε να βράσει σε ζεστό νερό για να ληφθεί αρτεμισίνη.

Πράσινοι διαλύτες για εκχύλιση με υπερήχους αρτεμισίνη

Οι κλασικοί διαλύτες εκχύλισης που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αρτεμισινίνης περιλαμβάνουν εξάνιο, πετρελαϊκό αιθέρα ή διχλωρομεθάνιο. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι συμβατή με οποιονδήποτε διαλύτη, συμπεριλαμβανομένων ήπιων, πράσινων διαλυτών όπως αιθανόλη ή νερό. Υπερήχων εκχύλιση της αρτεμισίνης με αιθανόλη είναι εξίσου αποτελεσματική σε σύγκριση με σκληρούς διαλύτες. Καθώς η αρτεμισίνη παρουσιάζει κακή κυκλοδεξτρίνη διαλυτότητας του νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της εκχύλισης με υπερηχητικό κρύο νερό της αρτεμισίνης.

Τι κάνει υπερήχων εκχύλιση αρτεμισινίνης τόσο αποτελεσματική;

Για να κατανοήσετε τα πλεονεκτήματα της υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση, η αρχή εργασίας του υπερήχου δύναμης πρέπει να γίνει κατανοητή. Ο μηχανισμός εξαγωγής του υπερήχου δύναμης αποδίδεται κυρίως στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Υπερήχων σπηλαίωση προκαλεί συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων της βοτανικής βιομάζας (όπως Artemisia annua L. φύλλα), η οποία έχει ως ως αποτελέσματα διατμηματική κλασματισμό και μείωση του μεγέθους των σωματιδίων. Όταν οι φυσαλίδες σπηλαίωσης καταρρέουν στην επιφάνεια των φυτικών στερεών, η διάβρωση και η sonoporation διευρύνουν περαιτέρω την επιφάνεια των σωματιδίων. Η εντατικοποίηση της μαζικής μεταφοράς διευκολύνει την απελευθέρωση μορίων όπως πρωτεΐνες, λιπίδια, σάκχαρα, βιταμίνες, αντιοξειδωτικά, φυτοχημικά (π.χ. αρτεμισίνη) και διαιτητικές ίνες. Οι υπερηχητικά παραγόμενες δυνάμεις διάτμησης βελτιώνουν τη διείσδυση του διαλύτη στην κυτταρική μήτρα της βοτανικής ύλης και βελτιώνουν τη διαπερατότητα των κυτταρικών μεμβρανών, αντίστοιχα. Αυτοί οι μηχανισμοί των υπερήχων δύναμης είναι υπεύθυνοι για τη σημαντική εντατικοποίηση της διαδικασίας που επιτυγχάνεται όταν υπερήχους εφαρμόζεται για βοτανική εκχύλιση.

Έρευνα-Αποδεδειγμένα Αποτελέσματα εκχύλισης υπερηχητικής αρτεμισινίνης

Αρκετές επιστημονικές μελέτες έχουν διεξαχθεί προκειμένου να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα και η πρακτικότητα της εκχύλισης υπερηχητικής αρτεμισίνης από τα φύλλα annua artemisia.

Οι Briars και Paniwnyk έδειξαν "ότι ο υπέρηχος σε χαμηλές θερμοκρασίες αυξάνει την απόδοση της αρτεμισίνης που εξάγεται από το A. annua κατά περίπου 58% και τα εκχυλίσματα φαίνονται πιο αγνά σε σύγκριση με το συμβατικό απόκρημνο. Ως εκ τούτου, η χρήση υπερήχων κατά την εκχύλιση έχει τη δυνατότητα να παράγει θεραπείες με βάση την αρτεμισινίνη χαμηλότερου κόστους." (Μπράιαρς και Πανιώνιος, 2013)

Zhang et al. (2017) διερεύνησε εκχύλιση υπερηχητικής αρτεμισίνης χρησιμοποιώντας μεθυλαιθέρα προπυλενογλυκόλης (PGME) ως διαλύτη. Υπερήχων παραχθείς εκχύλισμα αρτεμισίνης αναλύθηκε χρησιμοποιώντας ultra απόδοση υγρή χρωματογραφία (UPLC). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης υπογράμμισαν την ποιότητα του εκχυλίσματος. Λόγω της καλής επαναληψιμότητας της διαδικασίας και της σταθερότητας της εξαγόμενου αρτεμισίνης, η υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση χρησιμοποιώντας τον πράσινο και αποτελεσματικό μεθυλ αιθέρα μεθυλαιθέρα προπυλενογλυκόλης (PGME) ως διαλύτη παρουσιάζει μεγάλες προοπτικές στην εκχύλιση και διαχωρισμό βιοδραστικών μορίων από τα βοτανικά. Υπερήχων εκχύλιση χρησιμοποιώντας προπυλενογλυκόλη μεθυλαιθέρα (PGME) ως διαλύτη είχε ως αποτέλεσμα υψηλή συνολική απόδοση εκχύλισης και υψηλές αποδόσεις αρτεμισίνης. (πρβλ. Ζανγκ κ.ά., 2017)

Σε μια άλλη μελέτη, Zhang et al. (2020) παρουσιάζουν την υπερηχητική εκχύλιση της αρτεμισίνης χρησιμοποιώντας υδροξυπροπυλική-β-κυκλοδεξτρίνη. Η προσθήκη της κυκλοδεξτρίνης βελτιώνει την απελευθέρωση της ανεπαρκώς υδατοδιαλυτής σύνθετης αρτεμισίνης και επιτρέπει τη χρήση του νερού ως διαλύτη με καλές αποδόσεις εκχύλισης. Υπερήχων εκχύλιση σε συνδυασμό με κυκλοδεξτρίνη αύξησε την ποσότητα αρτεμισίνης σε 8, 66 mg/g, η οποία είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την αντίστοιχη ποσότητα των 1, 70 mg/ g που λαμβάνεται στο νερό.

Υψηλής απόδοσης υπερήχων εξολκείς για την παραγωγή αρτεμισίνης

Υψηλής απόδοσης υπερήχων συστήματα εκχύλισης από Hielscher Υπέρηχοι χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο σε R&D, μικρά, μεσαία και πλήρως εμπορικά επίπεδα παραγωγής σε διάφορους κλάδους όπως στα τρόφιμα, τα συμπληρώματα διατροφής και τη φαρμακευτική παραγωγή. Υψηλής απόδοσης υπερήχων εξολκείς εντείνει τη διαδικασία εκχύλισης και αύξηση της απόδοσης βελτιώνοντας έτσι τη συνολική απόδοση της υψηλής ποιότητας παραγωγή εκχυλίσματος. Hielscher Ultrasonics προσφέρει εξοπλισμό εκχύλισης για οποιαδήποτε ικανότητα όγκου / διαδικασίας. Έχοντας εμπειρία στη βοτανική εκχύλιση για περισσότερα από 25 χρόνια, Hielscher Ultrasonics είναι ο αξιόπιστος συνεργάτης σας για υψηλής απόδοσης εκχύλιση υπερήχων από Artemisia annua!

Υψηλής απόδοσης, υπερσύγχρονοι υπερήχοι
Τα έξυπνα χαρακτηριστικά των υπερήχων Hielscher έχουν σχεδιαστεί για να εγγυώνται αξιόπιστη λειτουργία, αναπαραγώγιμα αποτελέσματα και φιλικότητα προς το χρήστη. Οι λειτουργικές ρυθμίσεις είναι εύκολα προσβάσιμες και καλούνται μέσω διαισθητικού μενού, το οποίο είναι προσβάσιμο μέσω ψηφιακής έγχρωμης οθόνης αφής και τηλεχειριστηρίου του προγράμματος περιήγησης. Ως εκ τούτου, όλες οι συνθήκες επεξεργασίας όπως η καθαρή ενέργεια, η συνολική ενέργεια, το πλάτος, ο χρόνος, η πίεση και η θερμοκρασία καταγράφονται αυτόματα σε ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να αναθεωρήσετε και να συγκρίνετε προηγούμενες διαδρομές κατεργασίας με υπερήχους και να βελτιστοποιήσετε τη διαδικασία εκχύλισης αρτεμισίνης στην υψηλότερη απόδοση.
Hielscher συστήματα υπερήχων χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο για την κατασκευή υψηλής ποιότητας βοτανικά εκχυλίσματα. Hielscher βιομηχανικοί υπερήχοι μπορούν εύκολα να τρέξουν υψηλά πλάτη σε συνεχή λειτουργία (24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα / 365). Τα πλάτη μέχρι 200μm μπορούν εύκολα να παραχθούν συνεχώς με τα τυποποιημένα sonotrodes (υπερηχητικοί έλεγχοι/κέρατα). Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένες υπερηχητικές sonotrodes. Λόγω της ευρωστίας και της χαμηλής συντήρησής τους, τα συστήματα εκχύλισης με υπερήχους εγκαθίστανται συνήθως για εφαρμογές βαρέως τύπου και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.

Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με υπερήχους εκχύλιση της αρτεμισινίνης από το φυτό Artemisia annua. Θα χαρούμε να σας στείλουμε πληροφορίες σχετικά με τα συστήματα εκχύλισης υπερήχων και την τιμολόγηση! Το έμπειρο προσωπικό μας θα χαρεί να συζητήσει μαζί σας τις απαιτήσεις εφαρμογής και επεξεργασίας!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: