Extracción de alcaloides con sonda ultrasónica

Los alcaloides son compuestos bioactivos que pueden extraerse eficazmente de las plantas mediante ultrasonidos. Los alcaloides presentan una amplia gama de efectos biológicos, por lo que se utilizan como fármacos y terapéuticos. La extracción ultrasónica es la técnica preferida para producir extractos de alcaloides de alta calidad a partir de material vegetal. Con la extracción ultrasónica se obtienen rendimientos muy elevados de alcaloides, mientras que el tiempo de extracción es corto y el equipo ultrasónico es seguro y fácil de manejar.

Extracción altamente eficaz de alcaloides mediante ultrasonidos de potencia

¿Cómo favorece la extracción ultrasónica el aislamiento de alcaloides?
La extracción por ultrasonidos utiliza ondas ultrasónicas de baja frecuencia (por ejemplo, 20-26 kHz de frecuencia) y el efecto de cavitación acústica de los ultrasonidos. Las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean burbujas de cavitación que se colapsan, generando diferenciales de presión y temperatura localmente densos en energía, así como potentes fuerzas de cizallamiento, que perforan y rompen las paredes de las células vegetales y abren el tejido vegetal. La corriente de líquido generada por la cavitación favorece la transferencia de masa entre la matriz intracelular y el disolvente circundante, de modo que los alcaloides se liberan eficazmente. Para la extracción ultrasónica de alcaloides, el material vegetal (por ejemplo, hojas secas molidas) se introduce 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 eficaces para obtener altos rendimientos de alcaloides. Tras un breve tratamiento ultrasónico de la papilla – consistente en material vegetal y disolvente – los alcaloides se liberan de las células vegetales y están presentes en el disolvente, a partir del cual pueden aislarse y purificarse (por ejemplo, utilizando un rotor-evaporador).

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Extracción ultrasónica por lotes de alcaloides a partir de material vegetal utilizando la sonda ultrasónica UP400St.

Ultrasonidos UP400St para la extracción de alcaloides del material vegetal.

El vídeo muestra la extracción ultrasónica rápida y eficaz de alcaloides del tabaco. El procesador de ultrasonidos utilizado es un ultrasonidos Hielscher UP400St, ideal para preparar lotes de tamaño medio de extractos de alta calidad. Para grandes volúmenes, Hielscher Ultrasonics suministra sistemas ultrasónicos industriales para la extracción continua en línea.

Extracción del espectro completo del tabaco mediante ultrasonidos UP400St

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Principales ventajas de la extracción ultrasónica de alcaloides

La extracción ultrasónica se considera una técnica de extracción superior para el aislamiento de alcaloides a partir de materiales vegetales, ya que ofrece varias ventajas, entre las que se incluyen:

  1. Mayor eficacia de extracción: La extracción ultrasónica puede aumentar el rendimiento de alcaloides en más de un 200% en comparación con los métodos de extracción tradicionales.
  2. Reducción del tiempo de extracción: La extracción por ultrasonidos puede reducir significativamente el tiempo de extracción, lo que permite un procesamiento más rápido y eficaz de grandes volúmenes de material vegetal.
  3. Menor consumo de disolventes: La extracción por ultrasonidos puede reducir la cantidad de disolvente necesario para la extracción, lo que se traduce en un menor consumo de disolvente y un menor impacto medioambiental.
  4. Extracción selectiva: La extracción ultrasónica puede utilizarse para extraer selectivamente determinados alcaloides eligiendo el disolvente adecuado, los parámetros del proceso y la temperatura de extracción. Al quedar atrás los compuestos no deseados, se mejora la pureza del producto final.
  5. Fácil de ampliar: La extracción por ultrasonidos puede ampliarse fácilmente para manejar mayores volúmenes de material vegetal, lo que la hace adecuada para la producción comercial. Los procesos ultrasónicos pueden escalarse linealmente, lo que facilita su aplicación a escala industrial.

En general, la extracción ultrasónica ofrece un método más rápido, eficaz y respetuoso con el medio ambiente para aislar alcaloides de materiales vegetales.

Extracción Ultrasónica de Alcaloides de las Hojas de la Guanábana

Se utilizó el extractor ultrasónico UP400ST con sensor de temperatura para la extracción de alcaloides de hojas secas..Nolasco-González et al. (2022) investigaron la efectividad y eficiencia de la extracción ultrasónica de compuestos bioactivos incluyendo compuestos fenólicos, alcaloides, acetogeninas (todos con alta capacidad antioxidante) de las hojas de la especie vegetal Annona muricata (árbol de guanábana). Para la extracción por ultrasonidos, utilizaron el ultrasonicador tipo sonda UP400S en las siguientes condiciones: 80% de amplitud, 0,7 s de ciclo de pulsos, 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 por 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 tipo sonda U400S (véase la imagen de la izquierda) mostró una elevada capacidad antioxidante y un mayor contenido de compuestos bioactivos de ~6 a ~927 veces que la decocción o la infusión, dependiendo del tipo de compuesto. Se identificaron 24 compuestos fenólicos diferentes en las muestras, y el extracto aislado por ultrasonidos produjo la mayor concentración.
[cf. Nolasco-González et al., 2022].

La extracción ultrasónica de alcaloides proporciona rendimientos superiores con una elevada capacidad antioxidante y supera a técnicas de extracción como la decocción y la infusión.

Capacidad antioxidante de los extractos obtenidos mediante las condiciones óptimas de extracción asistida por ultrasonidos (EAU), decocción e infusión. Los extractos ultrasónicos muestran sistemáticamente una capacidad antioxidante significativamente superior.
(Estudio y gráfico: ©Nolasco-González et al., 2022)

La extracción ultrasónica con el UP400S dio un extracto de espectro completo que contenía un alto rendimiento de numerosos compuestos fenólicos.

Cromatograma HPLC de los compuestos fenólicos del extracto aislado por ultrasonidos de las hojas de Annona muricata utilizando el ultrasonicador UP400S.
(1) ácido shikímico, (2) ácido gálico, (3) ácido protocatecúico, (4) ácido neoclorogénico,
(5) 3,4-dihidroxifenilacético, (6) ácido 4-hidroxibenzoico, (7) ácido clorogénico, (8) 4-hidroxifenilacético, (9) ácido vanílico, (10) ácido siríngico, (11) ácido 3-hidroxibenzoico, (12) ácido cafeico, (13) 4-hidroxibenzaldehído, (14) ácido homovanílico, (15) 3-(4-hidroxifenil), (16) ácido p-cumárico, (17) ácido trans-ferúlico, (18) ácido trans-quinámico, (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) obtuvieron resultados similares confirmados, ya que informan de 2,3 veces más alcaloides de las hojas de A. muricata extraídas con ultrasonidos (340 W, 56◦C, 30 min) en comparación con la extracción Soxhlet (7 h, 80◦C).

Extractor ultrasónico tipo sonda para el aislamiento de alcaloides a partir de materiales vegetales como hojas, corteza, raíces y tallos.

Extractor ultrasónico UIP1000hdT con agitador para la extracción de alcaloides por lotes.

Extracción ultrasónica de alcaloides específicos

Extracción de alcaloides indólicos de la corteza de raíz de mimosa y de la ayahuasca mediante un ultrasonicador

La corteza de la raíz de mimosa, así como las hojas de ayahuasca, contienen el alcaloide N,N-dimetiltriptamina (DMT). La dimetiltriptamina (DMT) se investiga actualmente en ensayos clínicos por sus efectos alucinógenos y, por tanto, como posible fármaco para tratar la depresión y los trastornos de estrés postraumático (TEPT). La ultrasonicación favorece eficazmente la liberación y el aislamiento del alcaloide a partir de las raíces de Mimosa hostilis y las hojas de Psychotria viridis (ayahuasca). La extracción ultrasónica de DMT produce altos rendimientos en muy poco tiempo. Compatibles con casi cualquier disolvente, los ultrasonidos tipo sonda de Hielscher se utilizan para la producción de compuestos bioactivos de calidad farmacéutica para su uso en investigación y en entornos médicos, así como para la preparación de muestras antes de las pruebas analíticas de calidad y potencia. Por lo tanto, los ultrasonicadores de Hielscher pueden facilitar la investigación médica de DMT y botánica de numerosas maneras.
La fuente más común del alcaloide indol N,N-dimetiltriptamina (DMT) en la jurema, procede de las raíces de Mimosa hostilis (comúnmente conocida 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, Mimosa Hostilis Root Bark; abreviado MHRB) como las hojas de ayahuasca contienen diversos compuestos bioactivos, que actualmente se investigan en ensayos clínicos en relación con su potencial como fármaco terapéutico. La corteza de raíz de mimosa contiene taninos, saponinas, triptaminas, alcaloides, lípidos, fitoindoles, xilosa, fitoesteroles, glucósidos, ramnosa, arabinosa, metoxicalconas, lupeol y kukulkaninas. Estos compuestos bioactivos pueden extraerse eficazmente de la corteza de la raíz utilizando ultrasonidos tipo sonda. La extracción ultrasónica es la técnica superior para aislar sustancias diana como los alcaloides a partir de material botánico como la corteza de la raíz de mimosa y las hojas de ayahuasca. La sonicación destaca por su alto rendimiento en un tiempo de extracción muy corto. Las suaves condiciones del proceso garantizan la máxima calidad del extracto y evitan la degradación no deseada de las moléculas activas.

Extracción ultrasónica y purificación de fitoquímicos de plantas: La imagen muestra el ultrasonicador tipo sonda UP400ST, un filtro de vacío Büchi y un rotor-evaporador para la extracción de curcumina.

Preparación de la extracción para el aislamiento botánico: Ultrasonidos con sonda UP400StEl filtro de vacío Büchi y el rotor-evaporador para la extracción de fitoquímicos como alcaloides y fenoles.

Los extractores ultrasónicos de Hielscher permiten la producción fiable y eficiente de grandes cantidades de extractos alcaloides. La extracción ultrasónica proporciona altos rendimientos de alcaloides de calidad superior en un tiempo de procesamiento corto.

Extractor ultrasónico UIP2000hdT con lote de acero inoxidable de calidad farmacéutica para la producción industrial de extractos de alcaloides.

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En esta presentación le introducimos en la fabricación de extractos botánicos. Explicamos los retos que plantea la producción de extractos botánicos de alta calidad y cómo un sonicador puede ayudarle a superarlos. Esta presentación le mostrará cómo funciona la extracción por ultrasonidos. Aprenderá qué beneficios puede esperar utilizando un sonicador para la extracción y cómo puede implementar un extractor ultrasónico en su producción de extractos.

Extracción botánica por ultrasonidos - Cómo utilizar los sonicadores para extraer compuestos botánicos

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Ultrasonidos Hielscher para la extracción eficaz de alcaloides

Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye extractores ultrasónicos de alto rendimiento, que se utilizan tanto para la investigación científica como para la producción de extractos de calidad farmacéutica.
Eficacia de extracción superior:La extracción asistida por ultrasonidos es una técnica científicamente probada de extraordinaria eficacia para la extracción de compuestos bioactivos de las plantas. Mientras que los métodos tradicionales suelen llevar mucho tiempo (desde varias horas hasta días), la extracción botánica por ultrasonidos sólo requiere unos minutos.

Alto rendimiento de extracción y calidad superior del extracto con los ultrasonidos Hielscher

La extracción por ultrasonidos permite la liberación completa de los compuestos bioactivos del material vegetal. La cavitación ultrasónica rompe la matriz celular y libera eficazmente las moléculas bioactivas en el disolvente circundante. Estudios comparativos han demostrado que la sonicación proporciona mayores rendimientos de extracto que otras técnicas de extracción (por ejemplo, Soxhlet, maceración, decocción, infusión). La extracción ultrasónica es compatible con cualquier disolvente y permite, por tanto, utilizar también disolventes muy suaves como el agua o el etanol acuoso. En cuanto a los requisitos específicos de extracción, pueden elegirse disolventes polares y no polares, y el cambio entre disolventes no supone ningún problema. El control preciso de los parámetros del proceso (por ejemplo, la amplitud), el uso de disolventes suaves y el control exacto de la temperatura evitan la degradación y contaminación de los compuestos bioactivos (por ejemplo, alcaloides, polifenoles, flavonoides, cannabinoides, etc.) durante la extracción por ultrasonidos.

Aplicación versátil de los ultrasonidos Hielscher

Mientras que las técnicas de extracción alternativas (por ejemplo, CO2 supercrítico, extracción con disolventes, percolación, etc.) a menudo sólo son aplicables a la extracción de moléculas específicas en función del peso molecular, la solubilidad y la sensibilidad al calor, la extracción con ultrasonidos de alto rendimiento de Hielscher permite la extracción versátil de cualquier compuesto botánico. La extracción asistida por ultrasonidos puede aplicarse de forma fiable para la extracción de extractos de amplio espectro que contengan compuestos bioactivos como polifenoles, alcaloides, antraquinonas, flavonoides, glucósidos, lípidos, pectina y polisacáridos.

Excelente eficiencia energética y respeto del medio ambiente

El consumo de energía de la extracción asistida por ultrasonidos es mucho menor que el de los métodos tradicionales de extracción de compuestos medicinales de plantas.

Fiabilidad gracias a la estandarización de procesos con Hielscher Ultrasonics

Los ultrasonidos de Hielscher pueden controlarse a distancia mediante un navegador. Los parámetros de sonicación pueden supervisarse y ajustarse con precisión a los requisitos del proceso.Los ultrasonidos 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 se pueden controlar fácilmente y se supervisan de forma continua. Además, todos los parámetros del proceso se protocolizan automáticamente como 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 de Hielscher permiten a los fabricantes producir extractos botánicos de calidad superior y facilitan el cumplimiento de las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF).

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos 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 150L De 3 a 15 l/min UIP6000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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La extracción botánica ultrasónica proporciona mayores rendimientos. El Hielscher UIP2000hdT, 2000 vatios homogeneizador es lo suficientemente potente como para extraer lotes de 10 litros a 120 litros fácilmente.

Extracción ultrasónica de productos botánicos - 30 litros por lote de 8 galones

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Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan en procesos de laboratorio, de sobremesa, piloto e industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.



Literatura / Referencias

Información interesante

¿Qué son los alcaloides?

Los alcaloides son 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 tres aminoácidos comunes siguientes – lisina, tirosina y triptófano.
En las plantas, los alcaloides suelen existir como sales de ácidos orgánicos como el acético, málico, láctico, cítrico, oxálico, tartárico, tánico y otros. Algunos alcaloides básicos débiles (como la nicotina) se encuentran libremente en la naturaleza. Algunos alcaloides también se presentan como glucósidos de azúcares como la glucosa, la ramnosa y la galactosa, por ejemplo, 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 con efectos medicinales o terapéuticos. Por ejemplo, determinados tipos de alcaloides se utilizan para tratar diversas enfermedades, como la malaria, la diabetes, determinados tipos de cáncer, la disfunción cardiaca, la depresión, etc.
Dado que muchos alcaloides muestran fuertes propiedades bioactivas, su uso como fármacos, narcóticos, estimulantes y venenos ha sido adoptado o está siendo objeto de investigación científica. La morfina, un conocido alcaloide de la adormidera 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 farmacológicamente útiles. Sin embargo, cuando se utilizan incorrectamente, algunos alcaloides pueden ser tóxicos en dosis elevadas. Por ejemplo, el alcaloide estricnina es una toxina muy eficaz utilizada como pesticida contra las pequeñas vértebras.

Ejemplos de alcaloides en 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


Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonicador compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.


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