Äärmiselt tõhus artemisiniini ekstraheerimine ultraheli töötlusega (sonikeerimisega)
Artemisiniini saab tõhusalt ekstraheerida suure jõudlusega ultraheli töötlusega (sonikeerimisega). Ultraheliekstraktsioon annab kerget lahustit kasutades artemisiniini väga kõrge saagise. Ultraheli kasutava ekstraheerimisprotsessi kiirus kasvab drastiliselt. Töötingimused ultraheliekstraktorites on täpselt kontrollitavad, mis võimaldab ära hoida kuumustundliku biomolekuli artemisiniini lagunemise.
Artemisiniini ekstraheerimine
Artemisiniin on bioaktiivne molekul, mida leidub ürt-india koirohu (Artemisia annua) trihhoomnäärmetes. Seda taime kasutatakse malaariavastase ravimina ning sellel on suur potentsiaal ravimina mitme muu haiguse, sealhulgas vähi ja SARS-CoV-2 ravis. Traditsiooniline ekstraheerimismeetod hõlmab mürgiseid lahusteid ning on kallis ja mitteoptimaalne protsess. Artemisiniini tootmiseks suures mahus keskkonna- ja majanduslikult soodsates tingimustes on vaja tõhusat ja keskkonnasäästlikku ekstraheerimistehnikat. Ultraheliekstraktsioon on laialt väljakujunenud ekstraheerimismeetod, mida saab kasutada koos veega või etanooliga kui mittetoksiliste lahustitega. Ultraheliekstraktsiooni on juba tõestatud andvat kõrge artemisiniinisaagise, mistõttu artemisiniini tootmist saab kiiresti suurendada suurtele mahtudele. Tööstuslikul tasemel partii- ja läbivoolutöötluseks mõeldud ultraheliekstraktsiooniseadmed on kohe saadaval.
Ultraheliekstraktor UIP2000hdT artemisiniini tööstuslikuks partiiekstraktsiooniks Artemisia annua lehtedest.
Artemisiniini ultraheliekstraktsioon taimest Artemisia annua
Võimsa ultraheli kasutamine ekstraheerimiseks ületab teisi ekstraheerimismeetodeid mitmetes olulistes tegurites, sealhulgas saagis, ekstraheerimisaeg, keskkonnasõbralikkus ja kulutõhusus.
Traditsioonilise artemisiniini ekstraheerimise puudused
Traditsioonilised artemisiniini ekstraheerimismeetodid on aeganõudvad, võivad rakendatavate kõrgete temperatuuride tõttu kahjustada bioaktiivseid artemisiniini molekule ning avaldavad suurt keskkonnamõju kõrgetel temperatuuridel kasutatavate orgaaniliste lahustite tõttu. Lisaks on järgnevas protsessis toorekstraktist lisandite eemaldamiseks vajalik ulatuslik puhastamine.
Artemisiniini ultraheliekstraktsiooni eelised
Võimsa ultraheli kasutamisel ekstraheerimiseks on mitu positiivset mõju, mis intensiivistavad ekstraheerimisprotsessi: suure jõudlusega ultraheli tekitab akustilise kavitatsiooni. See akustiline kavitatsioon soodustab taimset ekstraheerimist rakkude lõhkumise (desintegreerimise) kaudu, nii et kinnijäänud biomolekulid vabanevad taime rakumaatriksist. Lisaks intensiivistavad kavitatsioonijõud massiülekannet, mis transpordib biomolekule, näiteks artemisiniini, tõhusalt ümbritsevasse lahustisse. Ultraheliekstraktsiooni tööpõhimõtet saab omistada puhtalt kavitatsiooni mehaanilistele jõududele. See tähendab, et ultraheli töötlus (sonikeerimine) on mittetermiline ja mittekeemiline ekstraheerimistehnika. Mittetermiline ekstraheerimistehnika muudab ultraheliekstraktsiooni eriti soodsaks, kuna artemisiniin on termiliselt tundlik ühend, mis tähendab, et kõrgemad temperatuurid (nt 70°C) põhjustavad selle lagunemist. Seetõttu ei saanud Artemisia annua L. artemisiniini saamiseks kuumas vees keeta.
- Suuremad saagised
- Parem kvaliteet
- Kiire ekstraheerimine
- Valige oma eelistatud lahusti
- Termilist lagunemist ei toimu
- Sobib värskete ja kuivatatud lehtedega
- Täpselt kontrollitavad tingimused
- Kulutõhus
Keskkonnasäästlikud lahustid artemisiniini ultraheliekstraktsiooniks
Artemisiniini tootmisel kasutatavate klassikaliste ekstraheerimislahustite hulka kuuluvad heksaan, petrooleeter või diklorometaan. Ultraheliga toetatud ekstraheerimine sobib kokku mis tahes lahustiga, sealhulgas leebete, keskkonnasäästlike lahustitega, nagu etanool või vesi. Artemisiniini ultraheliekstraktsioon etanooliga on sama tõhus kui karmide lahustitega. Kuna artemisiniin lahustub vees halvasti, saab tsüklodekstriine kasutada artemisiniini ultraheliga külmaveeekstraktsiooni parandamiseks.
Mis teeb artemisiniini ultraheliekstraktsiooni nii tõhusaks?
Ultraheli abil toimuva ekstraheerimise eeliste mõistmiseks tuleb mõista võimsa ultraheli toimimispõhimõtet. Võimsa ultraheli ekstraheerimist intensiivistav mehhanism tuleneb peamiselt akustilise kavitatsiooni nähtusest. Ultraheli kavitatsioon põhjustab botaanilise biomassi (nt Artemisia annua L. lehed) osakeste vahelisi kokkupõrkeid, mille tulemuseks on osakestevaheline killustumine ja osakeste suuruse vähenemine. Kui kavitatsioonimullid kollapseeruvad taimsete tahkete osakeste pinnal, suurendavad erosioon ja sonoporatsioon osakeste pinda veelgi. Sellega intensiivistunud massiülekanne soodustab selliste molekulide vabanemist nagu valgud, lipiidid, suhkrud, vitamiinid, antioksüdandid, fütokemikaalid (nt artemisiniin) ja toidukiudained. Ultraheli abil tekitatud nihkejõud parandavad lahusti tungimist taimse materjali rakumaatriksisse ning vastavalt parandavad rakumembraanide läbilaskvust. Need võimsa ultraheli mehhanismid vastutavad märkimisväärse protsessi intensiivistamise eest, mis saavutatakse, kui ultraheli töötlust (sonikeerimist) kasutatakse botaaniliseks ekstraheerimiseks.
Võimsa ultraheli lained lõhuvad taimede rakustruktuuri, vabastavad bioaktiivsed ühendid ja soodustavad massiülekannet taimse materjali ja lahusti (nt etanooli) vahel.
Ultraheli seade UP400St (400 vatti) artemisiniini partiiekstraktsiooniks.
Teaduslikult tõestatud tulemused ultraheli abil toimuvast artemisiniini ekstraheerimisest
Artemisia annua lehtedest ultraheli abil artemisiniini ekstraheerimise tõhususe ja praktilisuse uurimiseks on tehtud mitmeid teadusuuringuid.
Briars ja Paniwnyk näitasid, „et ultraheli madalatel temperatuuridel suurendab A. annuast ekstraheeritud artemisiniini saagist umbes 58% ja ekstraktid tunduvad puhtamad võrreldes tavapärase leotamisega; seetõttu on ultraheli kasutamisel ekstraheerimisel potentsiaal odavamate artemisiniinipõhiste ravimite tootmiseks.“ (Briars ja Paniwnyk, 2013)
Zhang et al. (2017) uuris ultraheli abil toimuvat artemisiniini ekstraheerimist, kasutades lahustina propüleenglükoolmetüüleetrit (PGME). Ultraheli abil toodetud artemisiniini ekstrakti analüüsiti ülitõhusa vedelikkromatograafia (UPLC) abil. Analüüsitulemused kinnitasid ekstrakti kvaliteeti. Tänu hea protsessi korduvusele ja ekstraheeritud artemisiniini stabiilsusele on ultraheli abil toimuval ekstraheerimisel, kus lahustina kasutatakse rohelist ja tõhusat monoeetrit propüleenglükoolmetüüleetrit (PGME), suurepärased väljavaated bioaktiivsete molekulide ekstraheerimisel ja eraldamisel botaanilistest materjalidest. Ultraheli abil toimuv ekstraheerimine propüleenglükoolmetüüleetriga (PGME) lahustina andis kõrge üldise ekstraheerimistõhususe ja kõrge artemisiniini saagise. (vrd Zhang et al., 2017)
Teises uuringus esitavad Zhang et al. (2020) artemisiniini ekstraheerimise ultraheli abil hüdroksüpropüül-β-tsüklodekstriini kasutades. Tsüklodekstriini lisamine parandab halvasti vees lahustuva ühendi artemisiniini vabanemist ja võimaldab kasutada lahustina vett heade ekstraheerimissaakidega. Ultraheli abil toimuv ekstraheerimine koos tsüklodekstriiniga suurendas artemisiniini kogust 8,66 mg/g-ni, mis on oluliselt rohkem kui vastav kogus 1,70 mg/g, mis saadi vees.
Suure jõudlusega ultraheli ekstraktorid artemisiniini tootmiseks
Hielscher Ultrasonicsi suure jõudlusega ultraheli ekstraheerimissüsteeme kasutatakse kogu maailmas teadus- ja arendustegevuses, väike-, keskmise suurusega ja täismahulises kommertstootmises erinevates tööstusharudes, näiteks toidu-, toidulisandite ja ravimite tootmises. Suure jõudlusega ultraheli ekstraktorid intensiivistavad ekstraheerimisprotsessi ja suurendavad saagist, parandades seeläbi kvaliteetsete ekstraktide tootmise üldist tõhusust. Hielscher Ultrasonics pakub ekstraheerimisseadmeid mis tahes mahu / protsessi läbilaskevõime jaoks. Rohkem kui 25-aastase botaanilise ekstraheerimise kogemusega on Hielscher Ultrasonics teie usaldusväärne partner suure jõudlusega ultraheli abil toimuvaks ekstraheerimiseks Artemisia annuast!
Suure jõudlusega nüüdisaegsed ultraheli homogenisaatorid
Hielscheri ultraheli homogenisaatorite nutikad funktsioonid on mõeldud töökindla toimimise, korratavate tulemuste ja kasutajasõbralikkuse tagamiseks. Töösätetele pääseb hõlpsasti ligi ja neid saab seadistada intuitiivse menüü kaudu, millele pääseb ligi digitaalse värvilise puuteekraani ja brauseri kaugjuhtimise kaudu. Seetõttu salvestatakse kõik töötlustingimused, nagu netoenergia, koguenergia, amplituud, aeg, rõhk ja temperatuur, automaatselt sisseehitatud SD-kaardile. See võimaldab teil eelnevaid ultraheli töötluse (sonikeerimise) käike üle vaadata ja võrrelda ning optimeerida artemisiniini ekstraheerimise protsessi maksimaalse efektiivsuseni.
Hielscher Ultrasonicsi süsteeme kasutatakse kogu maailmas kvaliteetsete taimsete ekstraktide tootmiseks. Hielscheri tööstuslikud ultraheli homogenisaatorid suudavad pidevas töös (24/7/365) hõlpsasti kasutada suuri amplituude. Standardsete sonotroodidega (ultraheli sondid / sarved) saab hõlpsasti pidevalt tekitada kuni 200µm amplituude. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Tänu töökindlusele ja väikesele hooldusvajadusele paigaldatakse meie ultraheliekstraktsioonisüsteeme tavaliselt raskeks tööks ja nõudlikesse keskkondadesse.
Võtke meiega kohe ühendust, et saada lisateavet artemisiniini ultraheliekstraktsiooni kohta Artemisia annua taimest. Saadame teile hea meelega teavet meie ultraheliekstraktsioonisüsteemide ja hindade kohta! Meie kogenud töötajad arutavad teiega hea meelega teie rakendust ja töötlusnõudeid!
Allolev tabel annab ülevaate meie ultraheli homogenisaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks labori-, pilootmastaabis ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus / viited
- Zhang, Yongqiang; Prawang, Phongphat; Li, Chunshan; Meng, Xiangzhan; Zhao, Yu; Wang, Hui; Zhang, Suojiang (2017): Ultrasonic Assisted Extraction of Artemisinin from Artemisia Annua L. Using Monoether based Solvents. Green Chemistry 2017.
- Zhang, Yongqiang; Cao, Yingying; Meng, Xiangzhag; Prawang, Phonphat; Wang, Hui (2020): Extraction of Artemisinin with Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin Aqueous Solution for Fabrication of Drinkable Extract. Green Chemical Engineering 2020.
- Rhianna Briars; Larysa Paniwnyk (2012): Examining the extraction of artemisinin from artemisia annua using ultrasound. AIP Conference Proceedings 1433, 581.
- Rhianna Briars, Larysa Paniwnyk (2013): Effect of ultrasound on the extraction of artemisinin from Artemisia annua. Industrial Crops and Products, Volume 42, 2013. 595-600.
Mis on artemisiniin ja milleks seda kasutatakse?
Artemisiniin on ühend, mis on saadud taimest Artemisia annua, mida tuntakse üldnimetusega hiina koirohi. See on peamiselt tuntud oma malaariavastaste omaduste poolest ja seda kasutatakse malaaria ravis. Artemisiniin ja selle derivaadid on olnud väga tõhusad ravimresistentsete malaariatüvede vastu, mistõttu on need haiguse vastu võitlemisel üliolulised.
Tööstusliku kasutuse seisukohalt pakub artemisiniin huvi mitmesuguste võimalike rakenduste jaoks väljaspool meditsiini. See on tõotav erinevates valdkondades, näiteks põllumajanduses, kus see võib toimida looduslik herbitsiidi ja pestitsiidina. Lisaks uuritakse selle võimalikku kasutamist vähiravis. Neid rakendusi uuritakse teaduslikult ja katsetatakse pilootmastaabis, et neid erinevates tööstusvaldkondades rakendada.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborimudelitest kuni tööstusliku suuruseni.