Extracción de alcaloides de alto rendimiento con sonicadores de sonda
Extraiga alcaloides de materias primas vegetales de forma más rápida, más completa y con un control preciso del proceso. Los ultrasonificadores de sonda de 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 cuestión de minutos, en lugar de horas.
Tanto si procesas hojas, raíces, corteza, semillas u otro material vegetal, los extractores ultrasónicos de Hielscher permiten realizar extracciones reproducibles, desde ensayos de laboratorio hasta lotes piloto y producción industrial en línea.
¿Por qué optar por la extracción ultrasónica de alcaloides?
- Mayores rendimientos de extracción gracias a una disrupción celular eficaz y a una mejor penetración del disolvente
- Tiempos de procesamiento más cortos en comparación con la maceración, la decocción, la infusión o la extracción por Soxhlet
- Reducir el uso de disolventes utilizando agua, etanol acuoso, metanol u otros disolventes adecuados
- Calidad controlada del extracto gracias al ajuste de la amplitud, la temperatura, el tiempo y la intensidad
- Fácil ampliación desde muestras pequeñas hasta la extracción industrial en continuo
- Documentación fiable con registro automático de los datos del proceso para garantizar la repetibilidad y el control de calidad
Indíquenos el material botánico, el disolvente, el tamaño del lote y el compuesto objetivo. Nuestros especialistas en aplicaciones le ayudarán a seleccionar un sistema ultrasónico de laboratorio, piloto o industrial para una extracción eficiente de alcaloides.
Ultrasonidos UP400St para la extracción de alcaloides del material vegetal.
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 suspensión – 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).
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:
- 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.
- 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.
- Menor consumo de disolventes: La extracción por ultrasonidos puede reducir la cantidad de disolvente necesaria para la extracción, lo que se traduce en un menor consumo de disolvente y un menor impacto medioambiental.
- 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.
- 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
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].
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)
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 UIP1000hdT con agitador para la extracción de alcaloides por lotes.
Extracción de alcaloides indólicos de la corteza de la 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 la 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.
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.
Extractor ultrasónico UIP2000hdT con lote de acero inoxidable de calidad farmacéutica para la producción industrial de extractos de alcaloides.
Indíquenos el material botánico, el disolvente, el tamaño del lote y el compuesto objetivo. Nuestros especialistas en aplicaciones le ayudarán a seleccionar un sistema ultrasónico de laboratorio, piloto o industrial para una extracción eficiente de alcaloides.
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 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 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 |
Póngase en contacto con nosotros/Envíenos su pregunta
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.
Información interesante
¿En qué medida mejora la extracción por ultrasonidos el rendimiento de alcaloides en comparación con 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 el rendimiento de alcaloides en más de un 200 % en comparación con los métodos de extracción tradicionales. Por ejemplo, los estudios realizados con hojas de Annona muricata demostraron que se extraían 2,3 veces más alcaloides mediante ultrasonidos que con la extracción de Soxhlet.
¿Qué alcaloides se pueden extraer con los ultrasonificadores de Hielscher?
Los ultrasonificadores de sonda de Hielscher pueden extraer de forma eficaz una amplia gama de alcaloides, entre los que se incluyen:
- La cafeína de los granos de café
- Nicotina procedente de las hojas de tabaco
- DMT (N,N-dimetiltriptamina) procedente de Mimosa hostilis y Psychotria viridis
- Mitraginina del kratom
- Piperina de la pimienta negra
- Capsaicina de los chiles
- Psilocibina procedente de setas
- DMT y beta-carbolinas de Banisteriopsis caapi (ayahuasca)
El equipo es compatible con casi cualquier disolvente, lo que lo hace versátil para diferentes tipos de alcaloides.
¿Cuáles son las principales ventajas de la extracción ultrasónica de alcaloides?
Entre las principales ventajas se incluyen:
- Mayor eficiencia en la extracción: un rendimiento hasta un 200 % superior al de los métodos tradicionales
- Menor tiempo de extracción: la extracción dura unos minutos en lugar de horas
- Menor consumo de disolventes: reduce los costes y el impacto medioambiental
- Extracción selectiva: Elegir los disolventes y los parámetros adecuados para los compuestos de interés
- 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 de Hielscher es el más adecuado para la extracción de alcaloides?
La gama de sonicadores de Hielscher cuenta con la sonda ultrasónica adecuada para cualquier volumen. El sonicador UP400St, de 400 vatios, es ideal para lotes de laboratorio de tamaño medio, mientras que el potente sonicador industrial UIP2000hdT, de 2000 vatios, está diseñado para la producción a escala industrial.
¿Qué disolventes son los más adecuados para la extracción de alcaloides mediante ultrasonidos?
Se ha comprobado que los disolventes polares, como el metanol y el etanol, son los más eficaces 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 por ultrasonidos para los alcaloides sensibles al calor?
Sí. La extracción por ultrasonidos se lleva a cabo 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 indeseada de las moléculas activas.
¿Es posible adaptar la extracción por ultrasonidos a la producción industrial?
Por supuesto. La extracción ultrasónica se puede ampliar fácilmente para procesar mayores volúmenes de material vegetal, lo que la hace adecuada para la producción comercial. Los procesos ultrasónicos pueden ampliarse de forma lineal, 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 en línea continua a gran escala.
¿En qué se diferencia la extracción por ultrasonidos de la extracción por Soxhlet en lo que respecta a los alcaloides?
Las investigaciones demuestran que existen claras ventajas:
- Hora: La extracción por ultrasonidos tarda 30 minutos, frente a las 7 horas del método Soxhlet
- Temperatura: El método ultrasónico utiliza 56 °C frente a los 80 °C del método Soxhlet
- Rendimiento: El tratamiento ultrasónico produce 2,3 veces más alcaloides
- Calidad: Las temperaturas más bajas evitan la degradación térmica
(Véase Lee et al., 2021)
¿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 |
Literatura / 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 de laboratorio a tamaño industrial.