Erittäin tehokas artemisiniinin uutto ultraäänikäsittelyllä

Artemisiniini voidaan uuttaa tehokkaasti tehokkaalla ultraäänikäsittelyllä. Ultraääniuutolla saadaan erittäin suuria artemisiniinisaantoja mietoja liuottimia käyttäen. Ultraäänen käyttö nopeuttaa uuttoprosessia huomattavasti. Ultraääniuuttolaitteiden käsittelyolosuhteita voidaan hallita tarkasti, mikä mahdollistaa lämpöherkän artemisiniinibiomolekyylin hajoamisen estämisen.

Artemisiniinin uutto

Artemisiniini on bioaktiivinen molekyyli, jota esiintyy Artemisia annua -kasvin rauhaskarvojen rauhasissa. Sitä käytetään malarialääkkeenä, ja sillä on suuri potentiaali lääkkeenä useiden muiden sairauksien, kuten syövän ja SARS-CoV-2:n, hoidossa. Perinteinen uuttomenetelmä käyttää myrkyllisiä liuottimia, ja se on kallis prosessi, joka ei tuota optimaalisia tuloksia. Artemisiniinin laajamittainen tuotanto ympäristön ja talouden kannalta suotuisissa olosuhteissa edellyttää tehokasta ja ympäristöystävällistä uuttotekniikkaa. Ultraääniuutto on laajalti vakiintunut uuttomenetelmä, jossa voidaan käyttää myrkyttöminä liuottimina vettä tai etanolia. Ultraääniuuton on jo osoitettu tuottavan suuria artemisiniinisaantoja, joten artemisiniinin tuotanto voidaan nopeasti skaalata suuriin tuotantomääriin. Teollisen mittakaavan eräkäsittelyyn ja jatkuvaan linjakäsittelyyn tarkoitettuja ultraääniuuttolaitteita on helposti saatavilla.

Artemisiniinin ultraääniuutto Artemisia annua -kasvista

Tehoultraäänen käyttö uutossa on muita uuttomenetelmiä parempi useiden keskeisten tekijöiden, kuten saannon, uuttoajan, ympäristöystävällisyyden ja kustannustehokkuuden, osalta.

Perinteisen artemisiniiniuuton haitat

Perinteiset artemisiniinin uuttomenetelmät ovat aikaa vieviä, voivat vahingoittaa bioaktiivisia artemisiniinimolekyylejä käytettyjen korkeiden lämpötilojen vuoksi ja aiheuttavat suuria ympäristövaikutuksia korkeissa lämpötiloissa käytettävien orgaanisten liuottimien takia. Lisäksi jatkokäsittelyssä tarvitaan laajamittaista puhdistusta epäpuhtauksien poistamiseksi raakauutteesta.

Artemisiniinin ultraääniuuton edut

Tehoultraäänen käytöllä uutossa on useita myönteisiä vaikutuksia, jotka tehostavat uuttoprosessia: tehokas ultraääni synnyttää akustista kavitaatiota. Tämä akustinen kavitaatio edistää kasviuuttoa hajottamalla soluja, jolloin niiden sisään jääneet biomolekyylit vapautuvat kasvin solumatriisista. Lisäksi kavitaatiovoimat tehostavat aineensiirtoa ja kuljettavat biomolekyylejä, kuten artemisiniiniä, tehokkaasti ympäröivään liuottimeen. Ultraääniuuton toimintaperiaate voidaan selittää kavitaation puhtaasti mekaanisilla voimilla. Tämä tarkoittaa, että ultraäänikäsittely on uuttotekniikka, joka ei perustu lämpöön eikä kemiallisiin vaikutuksiin. Ultraääniuutto on erityisen edullinen juuri siksi, että se ei perustu lämpöön: artemisiniini on lämpöherkkä yhdiste, joten korkeammat lämpötilat (esim. 70°C) aiheuttavat sen hajoamisen. Näin ollen Artemisia annua L. -kasvia ei voisi keittää kuumassa vedessä artemisiniinin saamiseksi.

Ympäristöystävälliset liuottimet artemisiniinin ultraääniuuttoon

Artemisiniinin tuotannossa käytettäviä perinteisiä uuttoliuottimia ovat heksaani, petrolieetteri ja dikloorimetaani. Ultraääniuutto soveltuu käytettäväksi minkä tahansa liuottimen kanssa, myös mietojen ja ympäristöystävällisten liuottimien, kuten etanolin tai veden. Artemisiniinin ultraääniuutto etanolilla on yhtä tehokasta kuin voimakkailla liuottimilla. Koska artemisiniini liukenee huonosti veteen, syklodekstriinejä voidaan käyttää parantamaan artemisiniinin ultraääniuuttoa kylmällä vedellä.

Mikä tekee artemisiniinin ultraääniuutosta niin tehokasta?

Ultraääniavusteisen uuton etujen ymmärtäminen edellyttää tehoultraäänen toimintaperiaatteen ymmärtämistä. Tehoultraäänen uuttoa tehostava mekanismi perustuu pääasiassa akustiseen kavitaatioon. Ultraäänikavitaatio aiheuttaa kasvipohjaisen biomassan hiukkasten (kuten Artemisia annua L. -kasvin lehtien) välisiä törmäyksiä, jotka johtavat hiukkasten pirstoutumiseen ja hiukkaskoon pienenemiseen. Kun kavitaatiokuplat luhistuvat kiinteän kasviaineksen pinnalla, eroosio ja sonoporaatio kasvattavat hiukkasten pinta-alaa edelleen. Näin tehostunut aineensiirto helpottaa molekyylien, kuten proteiinien, lipidien, sokereiden, vitamiinien, antioksidanttien, fytokemikaalien (esim. artemisiniinin) ja ravintokuitujen, vapautumista. Ultraäänellä synnytetyt leikkausvoimat parantavat liuottimen tunkeutumista kasviaineksen solumatriisiin sekä solukalvojen läpäisevyyttä. Nämä tehoultraäänen mekanismit saavat aikaan merkittävän prosessin tehostumisen, kun ultraäänikäsittelyä käytetään kasviuutossa.

Tehoultraääniaallot hajottavat kasvien solurakenteen, vapauttavat bioaktiiviset yhdisteet ja edistävät aineensiirtoa kasvimateriaalin ja liuottimen (esim. etanolin) välillä.

Tutkimuksilla osoitetut artemisiniinin ultraääniuuton tulokset

Useissa tieteellisissä tutkimuksissa on selvitetty Artemisia annua -kasvin lehdistä tehtävän artemisiniinin ultraääniuuton tehokkuutta ja käytännön toteutettavuutta.

Briars ja Paniwnyk osoittivat, ”että ultraääni matalissa lämpötiloissa lisää A. annua -kasvista uutetun artemisiniinin saantoa noin 58% ja uutteet vaikuttavat puhtaammilta kuin perinteisellä liotuksella saadut uutteet; siksi ultraäänen käyttö uutossa voi mahdollistaa edullisempien artemisiniinipohjaisten hoitojen tuottamisen.” (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang ym. (2017) tutkivat artemisiniinin ultraääniuuttoa käyttäen liuottimena propyleeniglykolimetyylieetteriä (PGME). Ultraäänellä tuotettu artemisiniiniuute analysoitiin erittäin suuren erotuskyvyn nestekromatografialla (UPLC). Analyysitulokset korostivat uutteen laatua. Prosessin hyvän toistettavuuden ja uutetun artemisiniinin stabiilisuuden ansiosta ultraääniavusteinen uutto, jossa liuottimena käytetään ympäristöystävällistä ja tehokasta monoeetteriä propyleeniglykolimetyylieetteriä (PGME), tarjoaa erittäin lupaavia mahdollisuuksia bioaktiivisten molekyylien uuttamiseen ja erottamiseen kasveista. Ultraääniuutto propyleeniglykolimetyylieetterillä (PGME) tuotti suuren kokonaisuutto­tehokkuuden ja suuret artemisiniinisaannot. (vrt. Zhang et al., 2017)

Toisessa tutkimuksessa Zhang ym. (2020) esittelevät artemisiniinin ultraääniuuton hydroksipropyyli-β-syklodekstriinillä. Syklodekstriinin lisääminen parantaa huonosti veteen liukenevan artemisiniinin vapautumista ja mahdollistaa veden käytön liuottimena hyvillä uuttosaannoilla. Ultraääniuutto yhdessä syklodekstriinin kanssa kasvatti artemisiniinin määrän arvoon 8,66 mg/g, mikä on merkittävästi enemmän kuin vedessä saatu vastaava määrä 1,70 mg/g.

Tehokkaat ultraääniuuttolaitteet artemisiniinin tuotantoon

Hielscher Ultrasonics -yrityksen tehokkaita ultraääniuuttolaitteistoja käytetään maailmanlaajuisesti tutkimuksessa ja kehityksessä sekä pienessä, keskisuuressa ja täydessä kaupallisessa tuotannossa eri teollisuudenaloilla, kuten elintarvikkeiden, ravintolisien ja lääkkeiden tuotannossa. Tehokkaat ultraääniuuttolaitteet tehostavat uuttoprosessia ja kasvattavat saantoa, mikä parantaa korkealaatuisten uutteiden tuotannon kokonaistehokkuutta. Hielscher Ultrasonics tarjoaa uuttolaitteita kaikkiin tilavuuksiin ja prosessikapasiteetteihin. Yli 25 vuoden kokemuksella kasviuutosta Hielscher Ultrasonics on luotettava kumppanisi Artemisia annua -kasvin tehokkaassa ultraääniuutossa!

Tehokkaat, uusinta tekniikkaa edustavat ultraäänilaitteet

Ultraäänilaitteiden valmistaja Hielscher on suunnitellut niiden älykkäät ominaisuudet takaamaan luotettavan toiminnan, toistettavat tulokset ja käyttäjäystävällisyyden. Käyttöasetuksia voidaan helposti tarkastella ja säätää intuitiivisesta valikosta, jota voi käyttää digitaalisen värikosketusnäytön ja selaimen kautta tapahtuvan etäohjauksen avulla. Näin kaikki käsittelyolosuhteet, kuten nettoenergia, kokonaisenergia, amplitudi, aika, paine ja lämpötila, tallentuvat automaattisesti sisäänrakennetulle SD-kortille. Tämän ansiosta voit tarkastella ja vertailla aiempia ultraäänikäsittelyjä ja optimoida artemisiniinin uuttoprosessin mahdollisimman tehokkaaksi.
Hielscher Ultrasonics -järjestelmiä käytetään maailmanlaajuisesti korkealaatuisten kasviuutteiden valmistukseen. Teolliset ultraäänilaitteet, jotka Hielscher valmistaa, toimivat helposti suurilla amplitudeilla jatkuvassa käytössä (24/7/365). Vakiosonotrodeilla (ultraäänisauvoilla / -torvilla) voidaan helposti tuottaa jatkuvasti jopa 200µm:n amplitudeja. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Vankan rakenteensa ja vähäisen huoltotarpeensa ansiosta ultraääniuuttolaitteistojamme asennetaan yleisesti raskaaseen käyttöön ja vaativiin ympäristöihin.

Ota meihin yhteyttä nyt ja tutustu tarkemmin artemisiniinin ultraääniuuttoon Artemisia annua -kasvista. Lähetämme mielellämme tietoa ultraääniuuttolaitteistoistamme ja niiden hinnoista! Kokenut henkilökuntamme keskustelee mielellään kanssasi käyttökohteestasi ja käsittelyvaatimuksistasi!
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: