Extracción altamente eficaz de artemisinina con sonicación

La artemisinina puede extraerse eficazmente mediante sonicación de alto rendimiento. La extracción ultrasónica proporciona rendimientos muy elevados de artemisinina utilizando disolventes suaves. El proceso de extracción aplicando ultrasonidos se acelera drásticamente. Las condiciones de procesamiento en los extractores ultrasónicos se pueden controlar con precisión, lo que permite evitar la degradación de la biomolécula artemisinina, sensible al calor.

Extracción de artemisinina

La artemisinina es una molécula bioactiva presente en las glándulas tricomas de la planta Artemisia annua, que se utiliza como fármaco contra la malaria y tiene un gran potencial para el tratamiento de otras enfermedades, como el cáncer y el SARS-CoV-2. El método tradicional de extracción utiliza disolventes tóxicos y es un proceso caro y poco óptimo. El método de extracción tradicional utiliza disolventes tóxicos y es un proceso caro y poco óptimo. Para producir artemisinina a gran escala en condiciones favorables desde el punto de vista medioambiental y económico, se necesita una técnica de extracción eficiente y ecológica. La extracción ultrasónica es un método de extracción ampliamente establecido que puede utilizarse en combinación con agua o etanol como disolventes no tóxicos. Ya se ha demostrado que la extracción por ultrasonidos permite obtener altos rendimientos de artemisinina, por lo que la producción de artemisinina puede ampliarse rápidamente a grandes volúmenes. El equipo de extracción por ultrasonidos para el procesamiento por lotes y en línea a nivel industrial ya está disponible.

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Extractor ultrasónico para la extracción de artemisinina en condiciones de calidad farmacéutica.

Extractor ultrasónico UIP2000hdT para la extracción industrial por lotes de artemisinina a partir de hojas de Artemisia annua.

Extracción ultrasónica de artemisinina de Artemisia annua

El uso de ultrasonidos de potencia para la extracción supera a otros métodos de extracción en varios factores importantes, como el rendimiento, el tiempo de extracción, el respeto al medio ambiente y la rentabilidad.

Homogeneizador ultrasónico UP400St para la extracción por lotes agitados de productos botánicos.

Extracción ultrasónica de productos botánicos - Lote de 8 litros - Ultrasonicator UP400S

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Inconvenientes de la extracción tradicional de artemisinina

Los métodos tradicionales de extracción de la artemisinina llevan mucho tiempo, pueden dañar las moléculas bioactivas de la artemisinina debido a las altas temperaturas aplicadas y tienen un elevado impacto ambiental debido a los disolventes orgánicos utilizados a altas temperaturas. Además, en el proceso posterior es necesaria una purificación exhaustiva para eliminar las impurezas del extracto crudo.

Ventajas de la extracción ultrasónica de artemisinina

La aplicación de ultrasonidos de potencia para la extracción tiene varios efectos positivos que intensifican el proceso de extracción: Los ultrasonidos de alto rendimiento crean cavitación acústica. Esta cavitación acústica favorece la extracción botánica por disrupción celular, de modo que las biomoléculas atrapadas se liberan de la matriz celular de la planta. Además, las fuerzas de cavitación intensifican la transferencia de masa transportando las biomoléculas, como la artemisinina, eficazmente al disolvente circundante. El principio de funcionamiento de la extracción por ultrasonidos puede atribuirse a las fuerzas puramente mecánicas de la cavitación. Esto significa que la sonicación es una técnica de extracción no térmica y no química. El hecho de ser una técnica de extracción no térmica hace que la extracción ultrasónica sea especialmente favorable, ya que la artemisinina es un compuesto térmicamente sensible, lo que significa que temperaturas más altas (por ejemplo, 70°C) provocarán su descomposición. En consecuencia, la Artemisia annua L. no podía hervirse en agua caliente para obtener artemisinina.

Ventajas de la extracción ultrasónica de artemisinina

  • mayor rendimiento
  • Calidad superior
  • extracción rápida
  • Elija su disolvente preferido
  • Sin degradación térmica
  • Funciona con hojas frescas y secas
  • Condiciones controlables con precisión
  • Rentabilidad

 

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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Disolventes ecológicos para la extracción ultrasónica de artemisinina

Los disolventes de extracción clásicos utilizados para la producción de artemisinina incluyen el hexano, el éter de petróleo o el diclorometano. La extracción por ultrasonidos es compatible con cualquier disolvente, incluidos los disolventes suaves y ecológicos como el etanol o el agua. La extracción ultrasónica de artemisinina con etanol es igual de eficaz que con disolventes fuertes. Como la artemisinina presenta una escasa solubilidad en agua, pueden utilizarse ciclodextrinas para mejorar la extracción ultrasónica en agua fría de la artemisinina.

Este vídeo muestra el homogeneizador ultrasónico UP100H de 100 vatios para la extracción de productos botánicos.

Extracción ultrasónica de compuestos bioactivos

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¿Qué hace que la extracción ultrasónica de artemisinina sea tan eficaz?

Para comprender las ventajas de la extracción asistida por ultrasonidos, hay que entender el principio de funcionamiento de los ultrasonidos de potencia. El mecanismo de intensificación de la extracción de los ultrasonidos de potencia se atribuye principalmente al fenómeno de la cavitación acústica. La cavitación ultrasónica provoca colisiones entre las partículas de la biomasa botánica (como las hojas de Artemisia annua L.), lo que da lugar al fraccionamiento interparticular y a la reducción del tamaño de las partículas. Cuando las burbujas de cavitación colapsan en la superficie de los sólidos vegetales, la erosión y la sonoporación agrandan aún más la superficie de las partículas. La transferencia de masa así intensificada facilita la liberación de moléculas como proteínas, lípidos, azúcares, vitaminas, antioxidantes, fitoquímicos (por ejemplo, artemisinina) y fibras alimentarias. Las fuerzas de cizallamiento generadas por ultrasonidos mejoran la penetración del disolvente en la matriz celular de la materia botánica y mejoran la permeabilidad de las membranas celulares, respectivamente. Estos mecanismos de los ultrasonidos de potencia son responsables de la significativa intensificación del proceso que se consigue cuando se aplica la ultrasonicación para la extracción botánica.

La extracción ultrasónica actúa alterando las estructuras celulares y favoreciendo la transferencia de masa.

Las potentes ondas ultrasónicas alteran la estructura celular de los productos botánicos, liberan los compuestos bioactivos y favorecen la transferencia de masa entre el material vegetal y el disolvente (por ejemplo, etanol).

Sonda ultrasónica deice UP400St para la extracción de artemisinina a partir de tricomas de Artemisia annua.

Ultrasonicador UP400St (400 vatios) para la extracción por lotes de artemisinina.

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Resultados probados de la extracción ultrasónica de artemisinina

Se han realizado varios estudios científicos para investigar la eficacia y viabilidad de la extracción ultrasónica de artemisinina a partir de hojas de Artemisia annua.

Briars y Paniwnyk demostraron "que los ultrasonidos a bajas temperaturas aumentan el rendimiento de la artemisinina extraída de A. annua en alrededor de un 58% y los extractos parecen más puros en comparación con el remojo convencional; por lo tanto, el uso de ultrasonidos durante la extracción tiene el potencial de producir tratamientos a base de artemisinina de menor coste." (Briars y Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) investigaron la extracción ultrasónica de artemisinina utilizando éter metílico de propilenglicol (PGME) como disolvente. El extracto de artemisinina producido por ultrasonidos se analizó mediante cromatografía líquida de ultra alta resolución (UPLC). Los resultados de los análisis pusieron de manifiesto la calidad del extracto. Debido a la buena repetibilidad del proceso y a la estabilidad de la artemisinina extraída, la extracción asistida por ultrasonidos utilizando el monoéter verde y eficiente propilenglicol metil éter (PGME) como disolvente muestra grandes perspectivas en la extracción y separación de moléculas bioactivas de productos botánicos. La extracción ultrasónica utilizando éter metílico de propilenglicol (PGME) como disolvente dio como resultado una alta eficiencia global de extracción y altos rendimientos de artemisinina. (cf. Zhang et al., 2017)

En otro estudio, Zhang et al. (2020) presentan la extracción ultrasónica de artemisinina utilizando hidroxipropil-β-ciclodextrina. La adición de ciclodextrina mejora la liberación del compuesto poco soluble en agua artemisinina y permite utilizar agua como disolvente con buenos rendimientos de extracción. La extracción ultrasónica en combinación con ciclodextrina aumentó la cantidad de artemisinina a 8,66 mg/g, que es significativamente superior a la cantidad correspondiente de 1,70 mg/g obtenida en agua.

Extractores ultrasónicos de alto rendimiento para la producción de artemisinina

Extractor ultrasónico UIP2000hdT (2000 vatios) durante la extracción botánica como la artemisinina de las hojas de Artemisia annua.Los sistemas de extracción por ultrasonidos de alto rendimiento de Hielscher Ultrasonics se utilizan en todo el mundo en R&Los extractores ultrasónicos de alto rendimiento intensifican el proceso de extracción y aumentan el rendimiento, mejorando así la eficacia general de la producción de extractos de alta calidad. Los extractores ultrasónicos de alto rendimiento intensifican el proceso de extracción y aumentan el rendimiento, mejorando así la eficiencia general de la producción de extractos de alta calidad. Hielscher Ultrasonics ofrece equipos de extracción para cualquier volumen / capacidad de proceso. Con más de 25 años de experiencia en la extracción botánica, Hielscher Ultrasonics es su socio de confianza para la extracción ultrasónica de alto rendimiento de Artemisia annua.

Ultrasonicadores de última generación y alto rendimiento

Las funciones inteligentes de los ultrasonidos Hielscher están diseñadas para garantizar un funcionamiento fiable, resultados reproducibles y facilidad de uso. Se puede acceder fácilmente a los ajustes operativos y marcarlos mediante un menú intuitivo, al que se puede acceder a través de una pantalla táctil digital en color y un mando a distancia con navegador. Así, todas las condiciones de procesamiento, como la energía neta, la energía total, la amplitud, el tiempo, la presión y la temperatura, se registran automáticamente en una tarjeta SD integrada. Esto le permite revisar y comparar procesos de sonicación anteriores y optimizar el proceso de extracción de artemisinina para obtener la máxima eficacia.
Los sistemas de ultrasonidos Hielscher se utilizan en todo el mundo para la fabricación de extractos botánicos de alta calidad. Los ultrasonidos industriales de Hielscher pueden trabajar fácilmente con amplitudes elevadas en funcionamiento continuo (24/7/365). Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente generadas de forma continua con sonotrodos estándar (sondas ultrasónicas / cuernos). Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Debido a su robustez y bajo mantenimiento, nuestros sistemas de extracción por ultrasonidos se instalan habitualmente en aplicaciones de trabajo pesado y en entornos exigentes.

Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre la extracción por ultrasonidos de artemisinina de la planta Artemisia annua. Estaremos encantados de enviarle información sobre nuestros sistemas de extracción por ultrasonidos y precios. Nuestro experimentado personal estará encantado de hablar con usted sobre su aplicación y sus requisitos de procesamiento.
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
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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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

¿Qué es la artemisinina y para qué se utiliza?

La artemisinina es un compuesto derivado de la planta Artemisia annua, comúnmente conocida como ajenjo dulce. Se conoce principalmente por sus propiedades antipalúdicas y se utiliza en el tratamiento de la malaria. La artemisinina y sus derivados han resultado muy eficaces contra las cepas de paludismo resistentes a los fármacos, por lo que son cruciales en la lucha contra la enfermedad.

Desde el punto de vista de la utilización industrial, la artemisinina presenta interés para diversas aplicaciones potenciales más allá de la medicina. Ha demostrado ser prometedora en diversos campos, como la agricultura, donde puede actuar como herbicida y pesticida natural. Además, se está investigando su posible uso en el tratamiento del cáncer. Estas aplicaciones se están estudiando científicamente y probando a escala piloto para su implantación en distintos campos industriales.


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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