Extracción de alcaloides de alto rendimiento con sonicadores de sonda
Extraiga alcaloides de materiales vegetales de forma más rápida y completa, con un control preciso del proceso. Los ultrasonicadores de sonda Hielscher utilizan la cavitación acústica para abrir las células vegetales e intensificar la transferencia de masa, lo que le ayuda a obtener altos rendimientos de alcaloides en minutos en lugar de horas.
Tanto si procesa hojas, raíces, corteza, semillas u otros materiales vegetales, los extractores ultrasónicos Hielscher permiten una extracción reproducible desde los ensayos de laboratorio hasta los lotes piloto y la producción industrial en línea.
¿Por qué elegir la extracción ultrasónica de alcaloides?
- Mayores rendimientos de extracción gracias a una ruptura celular eficiente y una mejor penetración del disolvente
- Tiempos de procesamiento más cortos que con la maceración, la decocción, la infusión o la extracción Soxhlet
- Menor uso de disolventes con agua, etanol acuoso, metanol u otros disolventes adecuados
- Calidad del extracto controlada mediante el ajuste de la amplitud, la temperatura, el tiempo y la intensidad
- Fácil escalado desde pequeñas muestras hasta la extracción industrial continua
- Documentación fiable con registro automático de los datos del proceso para garantizar la repetibilidad y el aseguramiento de la calidad
Cuéntenos qué material vegetal, disolvente, tamaño de lote y compuesto objetivo utiliza. Nuestros especialistas en aplicaciones le ayudarán a seleccionar un sistema ultrasónico de laboratorio, piloto o industrial para una extracción eficiente de alcaloides.
Ultrasonicador UP400St para la extracción de alcaloides de material vegetal.
Extracción de alcaloides de alta eficiencia mediante ultrasonidos de potencia
¿Cómo favorece la extracción ultrasónica el aislamiento de alcaloides?
La extracción ultrasónica utiliza ondas ultrasónicas de baja frecuencia (p. ej., una frecuencia de 20-26 kHz) y el efecto de cavitación acústica de los ultrasonidos. Las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean burbujas de cavitación que colapsan y generan diferencias locales de presión y temperatura con una alta densidad de energía, así como potentes fuerzas de cizallamiento que perforan y rompen las paredes celulares y abren el tejido vegetal. Las corrientes de líquido generadas por la cavitación favorecen la transferencia de masa entre la matriz intracelular y el disolvente circundante, de modo que los alcaloides se liberan de forma eficiente. Para la extracción ultrasónica de alcaloides, el material vegetal (p. ej., hojas secas molidas) se coloca en un disolvente, que suele ser una mezcla de agua y un disolvente orgánico, como el etanol acuoso. Se ha comprobado que los disolventes polares, como el metanol y el etanol, son los más eficientes para obtener altos rendimientos de alcaloides. Tras un breve tratamiento ultrasónico de la suspensión –compuesta por material vegetal y disolvente–, los alcaloides se liberan de las células vegetales y quedan en el disolvente, del que pueden aislarse y purificarse (p. ej., mediante un rotor-evaporator).
Principales ventajas de la extracción ultrasónica de alcaloides
La extracción ultrasónica se considera una técnica de extracción superior para aislar alcaloides de materiales vegetales, ya que ofrece varias ventajas, entre ellas:
- Mayor eficiencia de extracción: La extracción ultrasónica puede aumentar el rendimiento de alcaloides en más de un 200% respecto a los métodos de extracción tradicionales.
- Menor tiempo de extracción: La extracción ultrasónica puede reducir significativamente el tiempo de extracción, lo que permite procesar grandes volúmenes de material vegetal de forma más rápida y eficiente.
- Menor consumo de disolvente: La extracción ultrasónica puede reducir la cantidad de disolvente necesaria para la extracción, lo que disminuye el consumo de disolvente y el impacto ambiental.
- Extracción selectiva: La extracción ultrasónica permite extraer selectivamente determinados alcaloides mediante la elección del disolvente, los parámetros del proceso y la temperatura de extracción adecuados. Al dejar fuera los compuestos no deseados, mejora la pureza del producto final.
- Fácil escalado: La extracción ultrasónica puede escalarse fácilmente para procesar mayores volúmenes de material vegetal, por lo que resulta adecuada para la producción comercial. Los procesos ultrasónicos pueden escalarse linealmente, lo que facilita su implementación a escala industrial.
En conjunto, la extracción ultrasónica ofrece un método más rápido, eficiente y respetuoso con el medio ambiente para aislar alcaloides de materiales vegetales.
Extracción ultrasónica de alcaloides de las hojas del guanábano
Nolasco-González et al. (2022) investigaron la eficacia y la eficiencia de la extracción ultrasónica de compuestos bioactivos, incluidos compuestos fenólicos, alcaloides y acetogeninas (todos con alta capacidad antioxidante), de las hojas de la especie vegetal Annona muricata (guanábano). Para la extracción ultrasónica, utilizaron el ultrasonicador de sonda UP400S en las siguientes condiciones: 80% de amplitud, ciclo de pulsos de 0,7 s, durante 4,54 min. Los fenoles solubles totales (TSP) se extrajeron utilizando 0,5 g de polvo de hojas secas y 20 mL de acetona: agua (80:20 v/v). El extracto producido mediante ultrasonidos contenía 178,48 mg/100 mL de fenoles solubles, 20,18 mg/100 mL de flavonoides totales, 27,81 mg/100 mL de polifenoles hidrolizables, 167,07 mg/100 mL de taninos condensados, 30,44 mg/100 mL de alcaloides totales y 14,62 mg/100 mL de acetogeninas totales. El extracto aislado con el ultrasonicador de sonda U400S (véase la imagen de la izquierda) presentó una alta capacidad antioxidante y un contenido de compuestos bioactivos entre ~6 y ~927 veces mayor que el obtenido mediante decocción o infusión, según el tipo de compuesto. Se identificaron veinticuatro compuestos fenólicos diferentes en las muestras, y el extracto aislado mediante ultrasonidos presentó la concentración más alta.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]
Capacidad antioxidante de los extractos obtenidos en las condiciones óptimas de extracción asistida por ultrasonidos (UAE), decocción e infusión. Los extractos ultrasónicos muestran sistemáticamente una capacidad antioxidante significativamente mayor.
(Estudio y gráfico: ©Nolasco-González et al., 2022)
Cromatograma HPLC de los compuestos fenólicos del extracto de hojas de Annona muricata aislado mediante ultrasonidos con el ultrasonicador UP400S.
(1) ácido shikímico, (2) ácido gálico, (3) ácido protocatéquico, (4) ácido neoclorogénico,
(5) 3,4-dihidroxifenilacético, (6) ácido 4-hidroxibenzoico, (7) ácido clorogénico, (8) 4-hidroxifenilacético, (9) ácido vainíllico, (10) ácido siríngico, (11) ácido 3-hidroxibenzoico, (12) ácido cafeico, (13) 4-hidroxibenzaldehído, (14) ácido homovaníllico, (15) 3-(4-hidroxifenil), (16) ácido p-cumárico, (17) ácido trans-ferúlico, (18) ácido trans-cinámico, (19) galocatequina, (20) epigalocatequina, (21) catequina,(22) epicatequina, (23) rutina, (24) ácido elágico.
(Estudio y gráfico: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) confirmaron resultados similares al informar de una cantidad de alcaloides 2,3 veces mayor en hojas de A. muricata extraídas mediante ultrasonicación (340 W, 56◦C, 30 min) que mediante extracción Soxhlet (7 h, 80◦C).
Extractor ultrasónico UIP1000hdT con agitador para la extracción de alcaloides por lotes.
Extracción de alcaloides indólicos de la corteza de raíz de mimosa y de ayahuasca mediante un ultrasonicador
Tanto la corteza de raíz de mimosa como las hojas de ayahuasca contienen el alcaloide N,N-dimetiltriptamina (DMT). Actualmente, la dimetiltriptamina (DMT) se investiga en ensayos clínicos por sus efectos alucinógenos y, por ello, como posible fármaco para tratar la depresión y los trastornos de estrés postraumático (PTSD). La ultrasonicación favorece eficazmente la liberación y el aislamiento del alcaloide de las raíces de Mimosa hostilis y de las hojas de Psychotria viridis (ayahuasca). La extracción ultrasónica de DMT proporciona altos rendimientos en muy poco tiempo. Compatibles con casi cualquier disolvente, los ultrasonicadores de sonda Hielscher se utilizan para producir compuestos bioactivos de calidad farmacéutica destinados a entornos de investigación y médicos, así como para preparar muestras antes de los ensayos analíticos de calidad y potencia. Por tanto, los ultrasonicadores Hielscher pueden facilitar de numerosas formas la investigación médica sobre la DMT y la investigación botánica.
La fuente más común del alcaloide indólico N,N-dimetiltriptamina (DMT) en el árbol de jurema son las raíces de Mimosa hostilis (conocida comúnmente como jurema preta). Ayahuasca es el nombre tradicional de otra especie vegetal, en la que las hojas del arbusto Psychotria viridis son ricas en DMT.
Tanto la corteza de raíz de mimosa (también mimosa tenuiflora, corteza de raíz de Mimosa Hostilis; abreviatura: MHRB) como las hojas de ayahuasca contienen diversos compuestos bioactivos que actualmente se investigan en ensayos clínicos por su potencial como fármacos terapéuticos. La corteza de raíz de mimosa contiene taninos, saponinas, triptaminas, alcaloides, lípidos, fitoindoles, xilosa, fitoesteroles, glucósidos, ramnosa, arabinosa, metoxichalconas, lupeol y kukulkaninas. Estos compuestos bioactivos pueden extraerse de forma eficiente de la corteza de raíz mediante ultrasonicadores de sonda. La extracción ultrasónica es la técnica superior para aislar sustancias objetivo, como los alcaloides, de materiales vegetales como la corteza de raíz de mimosa y las hojas de ayahuasca. La sonicación destaca por proporcionar altos rendimientos en un tiempo de extracción muy corto. Las condiciones suaves del proceso garantizan la máxima calidad del extracto al evitar la degradación no deseada de las moléculas activas.
Montaje de extracción para el aislamiento de compuestos vegetales: Ultrasonicador de sonda UP400ST, filtro de vacío Büchi y rotor-evaporator para la extracción de fitoquímicos como alcaloides y fenoles.
Extractor ultrasónico UIP2000hdT con batch de acero inoxidable de calidad farmacéutica para la producción industrial de extractos de alcaloides.
Cuéntenos qué material vegetal, disolvente, tamaño de lote y compuesto objetivo utiliza. Nuestros especialistas en aplicaciones le ayudarán a seleccionar un sistema ultrasónico de laboratorio, piloto o industrial para una extracción eficiente de alcaloides.
Ultrasonicadores Hielscher para la extracción eficiente de alcaloides
Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye extractores ultrasónicos de alto rendimiento que se utilizan tanto en la investigación científica como en la producción de extractos de calidad farmacéutica.
Eficiencia de extracción superior: La extracción asistida por ultrasonidos es una técnica científicamente probada con una eficiencia extraordinariamente alta para extraer compuestos bioactivos de las plantas. Mientras que los métodos tradicionales suelen requerir mucho tiempo (desde varias horas hasta días), la extracción ultrasónica de materiales vegetales solo requiere unos minutos.
Alto rendimiento de extracción y calidad superior del extracto con los ultrasonicadores Hielscher
La extracción mediante ultrasonidos permite liberar completamente los compuestos bioactivos del material vegetal. La cavitación ultrasónica rompe la matriz celular y libera de forma eficiente las moléculas bioactivas en el disolvente circundante. Los estudios comparativos han demostrado que la sonicación proporciona mayores rendimientos de extracto que otras técnicas de extracción (p. ej., Soxhlet, maceración, decocción e infusión). La extracción ultrasónica es compatible con cualquier disolvente y, por tanto, también permite utilizar disolventes muy suaves, como el agua o el etanol acuoso. Según los requisitos específicos de extracción, pueden elegirse disolventes polares o apolares, y cambiar de disolvente no supone ningún problema. El control preciso de los parámetros del proceso (p. ej., la amplitud), el uso de disolventes suaves y el control exacto de la temperatura evitan la degradación y la contaminación de los compuestos bioactivos (p. ej., alcaloides, polifenoles, flavonoides, cannabinoides, etc.) durante la extracción ultrasónica.
Aplicaciones versátiles de los ultrasonicadores Hielscher
Mientras que las técnicas de extracción alternativas (p. ej., CO2 supercrítico, extracción con disolventes, percolación, etc.) a menudo solo permiten extraer moléculas específicas en función de su peso molecular, solubilidad y sensibilidad al calor, la extracción con ultrasonicadores Hielscher de alto rendimiento permite extraer de forma versátil cualquier compuesto vegetal. La extracción asistida por ultrasonidos puede aplicarse de forma fiable para obtener extractos de amplio espectro que contienen compuestos bioactivos como polifenoles, alcaloides, antraquinonas, flavonoides, glucósidos, lípidos, pectina y polisacáridos.
Excelente eficiencia energética y respeto por el medio ambiente
El consumo energético de la extracción asistida por ultrasonidos es mucho menor que el de los métodos tradicionales para extraer compuestos medicinales de las plantas.
Fiabilidad gracias a la estandarización del proceso con Hielscher Ultrasonics
Los ultrasonicadores Hielscher permiten controlar con precisión todos los parámetros del proceso ultrasónico, como la amplitud, la intensidad, la duración y la temperatura. Los parámetros del proceso pueden controlarse fácilmente y se supervisan de forma continua. Además, todos los parámetros del proceso se registran automáticamente en un archivo CSV en una tarjeta SD integrada. Esto permite al operador revisar los ciclos de sonicación, optimizar el proceso de extracción y garantizar una calidad constante del extracto. Los ultrasonicadores Hielscher permiten a los fabricantes producir extractos vegetales de calidad superior y facilitan el cumplimiento de las buenas prácticas de fabricación (GMP).
La tabla siguiente ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros ultrasonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| 15 a 150 L | 3 a 15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | conjunto de UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.
Información de interés
¿Cómo mejora la extracción ultrasónica el rendimiento de alcaloides respecto a los métodos tradicionales?
La extracción ultrasónica utiliza ondas ultrasónicas de baja frecuencia (20-26 kHz) para crear burbujas de cavitación acústica que colapsan y generan potentes fuerzas de cizallamiento. Este proceso perfora las paredes celulares vegetales y favorece la transferencia de masa entre la matriz intracelular y el disolvente. Según las investigaciones, la extracción ultrasónica puede aumentar los rendimientos de alcaloides en más de un 200% respecto a los métodos de extracción tradicionales. Por ejemplo, los estudios sobre hojas de Annona muricata mostraron una cantidad de alcaloides extraídos mediante ultrasonicación 2,3 veces mayor que mediante extracción Soxhlet.
¿Qué alcaloides pueden extraerse con los ultrasonicadores Hielscher?
Los ultrasonicadores de sonda Hielscher pueden extraer de forma eficiente una amplia variedad de alcaloides, entre ellos:
- Cafeína de los granos de café
- Nicotina de las hojas de tabaco
- DMT (N,N-dimetiltriptamina) de Mimosa hostilis y Psychotria viridis
- Mitraginina del kratom
- Piperina de la pimienta negra
- Capsaicina de los chiles
- Psilocibina de los hongos
- DMT y beta-carbolinas de Banisteriopsis caapi (Ayahuasca)
El equipo es compatible con casi cualquier disolvente, lo que lo hace versátil para distintos tipos de alcaloides.
¿Cuáles son las principales ventajas de la extracción ultrasónica de alcaloides?
Las principales ventajas incluyen:
- Mayor eficiencia de extracción: rendimiento hasta un 200% mayor que con los métodos tradicionales
- Menor tiempo de extracción: la extracción requiere minutos en lugar de horas
- Menor consumo de disolvente: reduce los costes y el impacto ambiental
- Extracción selectiva: elija disolventes y parámetros adecuados para los compuestos objetivo
- Fácil escalabilidad: escalado lineal desde el laboratorio hasta la producción industrial
- Calidad superior del extracto: las condiciones suaves del proceso evitan la degradación de los compuestos bioactivos
¿Qué sonicador Hielscher es el más adecuado para la extracción de alcaloides?
La gama de sonicadores Hielscher dispone de una sonda ultrasónica adecuada para cualquier volumen. El sonicador UP400St de 400 vatios es ideal para lotes de laboratorio de tamaño mediano, mientras que el potente ultrasonicador industrial UIP2000hdT de 2000 vatios permite la producción a escala industrial.
¿Qué disolventes funcionan mejor para la extracción de alcaloides mediante ultrasonicación?
Se ha comprobado que los disolventes polares, como el metanol y el etanol, son los más eficientes para obtener altos rendimientos de alcaloides. Una mezcla habitual es el etanol acuoso (agua y etanol). La ventaja de la extracción ultrasónica es su compatibilidad con casi cualquier disolvente, incluidas opciones suaves como el agua o el etanol acuoso, lo que ayuda a preservar los compuestos bioactivos sensibles.
¿Es segura la extracción ultrasónica para los alcaloides sensibles al calor?
Sí. La extracción ultrasónica se realiza a temperaturas moderadas (normalmente 56 °C o menos) y durante periodos cortos (30 minutos o menos). El control preciso de los parámetros del proceso, como la amplitud, la intensidad, la duración y la temperatura, evita la degradación de los alcaloides sensibles al calor. Esto garantiza la máxima calidad del extracto y evita la degradación no deseada de las moléculas activas.
¿Puede escalarse la extracción ultrasónica para la producción industrial?
Por supuesto. La extracción ultrasónica puede escalarse fácilmente para procesar mayores volúmenes de material vegetal, por lo que resulta adecuada para la producción comercial. Los procesos ultrasónicos pueden escalarse linealmente, lo que facilita su implementación a escala industrial. Hielscher ofrece sistemas de grado industrial como el UIP10000hdT (10.000 W) y el UIP16000 para la extracción continua en línea a gran escala.
¿Cómo se compara la extracción ultrasónica con la extracción Soxhlet para obtener alcaloides?
Las investigaciones demuestran ventajas claras:
- Tiempo: La extracción ultrasónica requiere 30 minutos frente a las 7 horas de la extracción Soxhlet
- Temperatura: La extracción ultrasónica utiliza 56 °C frente a los 80 °C de la extracción Soxhlet
- Rendimiento: La extracción ultrasónica produce una cantidad de alcaloides 2,3 veces mayor
- Calidad: Las temperaturas más bajas evitan la degradación térmica
(Cf. Lee et al., 2021)
¿Qué son los alcaloides?
Los alcaloides constituyen una clase de compuestos nitrogenados naturales de bajo peso molecular que se encuentran con frecuencia como metabolitos secundarios en el reino vegetal. Un alcaloide contiene al menos un átomo de nitrógeno. Los alcaloides se sintetizan bioquímicamente a partir de uno de los siguientes tres aminoácidos comunes: lisina, tirosina y triptófano.
En las plantas, los alcaloides suelen presentarse como sales de ácidos orgánicos, como los ácidos acético, málico, láctico, cítrico, oxálico, tartárico, tánico y otros. Algunos alcaloides débilmente básicos (como la nicotina) se encuentran en forma libre en la naturaleza. Algunos alcaloides también se presentan como glucósidos de azúcares como la glucosa, la ramnosa y la galactosa, por ejemplo, los alcaloides del grupo solanum (solanina), como amidas (piperina) y como ésteres (atropina, cocaína) de ácidos orgánicos (cf. Ramawat et al., 2009).
Muchos alcaloides son compuestos bioactivos que presentan efectos medicinales o terapéuticos. Por ejemplo, determinados tipos de alcaloides se utilizan para tratar diversas enfermedades, entre ellas la malaria, la diabetes, ciertos tipos de cáncer, la disfunción cardíaca, la depresión, etc.
Dado que muchos alcaloides presentan potentes propiedades bioactivas, su uso como fármacos, narcóticos, estimulantes y venenos ya se ha adoptado o es objeto de investigación científica. La morfina, un conocido alcaloide de la amapola Papaver somniferum, se utiliza como fármaco en la medicina actual. La quinina y la codeína son otros dos tipos de alcaloides utilizados con fines médicos. Bajo supervisión médica y en las dosis prescritas, los alcaloides son útiles desde el punto de vista farmacológico. Sin embargo, cuando se utilizan de forma incorrecta, algunos alcaloides pueden ser tóxicos en dosis altas. Por ejemplo, el alcaloide estricnina se utiliza como una toxina muy eficaz empleada como plaguicida contra pequeñas vértebras.
Ejemplos de algunos alcaloides presentes en las plantas
| Compounds | Plant Source | Effects and Applications |
| Morphine | Papaver somniferum | Analgesic |
| Camptothecin | Camptotheca acuminata | Anticancer |
| Atropine | Hyoscyamus niger | Treatment of intestinal spasms, antidote to other poisons |
| Vinblastine | Catharanthus roseus | Anticancer |
| Codeine | Papaver somniferum | Analgesic, antitusive |
| Caffeine | Coffea arabica | Stimulant, natural pesticide |
| Nicotine | Nicotiana tabacum | Stimulant, tranquillizer |
| Cocaine | Erythroxylon coca | Stimulant of the central nervous system, local anesthetic |
| N,N-dimethyltryptamine | Mimosa hostilis, Psychotria viridis | Hallucinogenic, entheogenic |
| Mitragynine | Mitragyna speciosa | Analgesic, psychoactive |
Bibliografía / Referencias
- Nolasco-González, Y.; Chacón-López, M.A.; Ortiz-Basurto, R.I.; Aguilera-Aguirre, S.; González-Aguilar, G.A.; Rodríguez-Aguayo, C.; Navarro-Cortez, M.C.; García-Galindo, H.S.; García-Magaña, M.d.L.; Meza-Espinoza, L.; Montalvo-González, E. (2022): Annona muricata Leaves as a Source of Bioactive Compounds: Extraction and Quantification Using Ultrasound. Horticulturae 2022, 8, 560.
- Aguilar-Hernandez, G., Zepeda-Vallejo, L. G., Lourdes Garcia-Magana, M. D., de los Angeles Vivar-Vera, M., Perez-Larios, A., Giron-Perez, M. I., Coria-Tellez, A. V., Rodriguez-Aguayo, C., Montalvo-Gonzalez, E. (2020): Extraction of Alkaloids Using Ultrasound from Pulp and By-Products of Soursop Fruit (Annona muricata L.). Applied Sciences, Vol. 10, No. 14, 15 July 2020.
- Chia Hau Lee, Ting Hun Lee, Pei Ying Ong, Syie Luing Wong, Norfadilah Hamdan, Amal A.M. Elgharbawy, Nurul Alia Azmi (2021): Integrated ultrasound-mechanical stirrer technique for extraction of total alkaloid content from Annona muricata. Process Biochemistry, Volume 109, 2021. 104-116.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento desde escala de laboratorio hasta escala industrial.