מיצוי אלקלואיד באמצעות בדיקה אולטרה-סוניקטור
אלקלואידים הם תרכובות ביו-אקטיביות, אשר ניתן לחלץ ביעילות מצמחים באמצעות ultrasonication. אלקלואידים מפגינים מגוון רחב של השפעות ביולוגיות ולכן משמשים כתרופות וטיפולים. מיצוי קולי הוא הטכניקה המועדפת לייצור תמציות אלקלואיד באיכות גבוהה מחומר צמחי. מיצוי אולטראסוני מביא לתפוקת אלקלואידים גבוהה מאוד, בעוד זמן החילוץ קצר והציוד האולטרסוני בטוח וקל לתפעול.
מיצוי אלקלואיד יעיל באמצעות אולטרסאונד כוח
כיצד מיצוי קולי מקדם בידוד של אלקלואידים?
מיצוי אולטרסאונד משתמש בגלי אולטרסאונד בתדר נמוך (למשל תדר 20-26kHz) ובאפקט האולטרסאונד של קוויטציה אקוסטית. גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה יוצרים בועות קוויטציה שקורסות, ומייצרות הפרשי לחץ וטמפרטורה צפופים באנרגיה מקומית וכן כוחות גזירה חזקים, המנקבים ושוברים את דפנות תאי הצמח ואת רקמת הצמח פתוחה. הזרימה הנוזלית הנוצרת על ידי קוויטציה מקדמת העברת מסה בין המטריצה התוך-תאית לבין הממס הסובב אותה, כך שהאלקלואידים משתחררים ביעילות. עבור מיצוי אלקלואיד קולי, החומר הצמחי (למשל עלים יבשים טחונים) ממוקמים בממס, שהוא בדרך כלל תערובת של מים וממס אורגני כגון אתנול מימי. ממיסים קוטביים כגון מתנול ואתנול נמצאו כיעילים ביותר עבור תפוקות אלקלואידיות גבוהות. לאחר טיפול קולי קצר של slurry – המורכב מחומר צמחי וממס – האלקלואידים משתחררים מתאי הצמח ונמצאים בממס, משם ניתן לבודד ולטהר אותם (למשל באמצעות רוטור-מאייד).
אולטרסוניקטור UP400St למיצוי אלקלואיד מחומר צמחי.
היתרונות העיקריים של מיצוי אלקלואיד קולי
מיצוי אולטראסוני נחשב לטכניקת מיצוי מעולה לבידוד אלקלואידים מחומרים צמחיים מכיוון שהוא מציע מספר יתרונות, כולל:
- יעילות מיצוי מוגברת: מיצוי קולי יכול להגדיל את התשואה של אלקלואידים ביותר מ -200% בהשוואה לשיטות מיצוי מסורתיות.
- קיצור זמן השאיבה: מיצוי קולי יכול לקצר משמעותית את זמן המיצוי, ומאפשר עיבוד מהיר ויעיל יותר של כמויות גדולות של חומר צמחי.
- צריכת ממסים נמוכה יותר: מיצוי אולטראסוני יכול להפחית את כמות הממס הנדרשת למיצוי, וכתוצאה מכך להפחית את צריכת הממס ולהפחית את ההשפעה על הסביבה.
- מיצוי סלקטיבי: מיצוי קולי יכול לשמש לחילוץ סלקטיבי אלקלואידים מסוימים על ידי בחירת הממס המתאים, פרמטרים תהליך וטמפרטורת מיצוי. כאשר תרכובות לא רצויות נותרות מאחור, טוהר המוצר הסופי משופר.
- קל להרחבה: מיצוי קולי ניתן בקנה מידה בקלות כדי להתמודד עם כמויות גדולות יותר של חומר צמחי, מה שהופך אותו מתאים לייצור מסחרי. תהליכים קוליים ניתן בקנה מידה ליניארי, אשר מאפשר את היישום בקנה מידה תעשייתי.
בסך הכל, מיצוי על-קולי מציע גישה מהירה, יעילה וידידותית יותר לסביבה לבידוד אלקלואידים מחומרים צמחיים.
מיצוי אלקלואיד קולי מעלי עץ החמוצה
Nolasco-González et al. (2022) חקרו את היעילות והיעילות של מיצוי קולי של תרכובות ביו-אקטיביות כולל תרכובות פנוליות, אלקלואידים, אצטוגנין (כולם עם יכולת נוגדת חמצון גבוהה) מעלי מיני הצמחים Annona muricata (עץ חמוצה). עבור חילוץ קולי, הם השתמשו אולטרסוניקטור מסוג בדיקה UP400S בתנאים הבאים: 80% משרעת, 0.7 s מחזור דופק, במשך 4.54 דקות. סך כל הפנולים מסיסים (TSP) הופקו באמצעות 0.5 גרם אבקת עלים יבשים ו -20 מ"ל אצטון: מים (80:20 v/v). התמצית המיוצרת באולטרסאונד הכילה 178.48 מ"ג/100 מ"ל פנולים מסיסים, 20.18 מ"ג/100 מ"ל של סך כל הפלבנואידים, 27.81 מ"ג/100 מ"ל פוליפנולים הניתנים להידרוליזה, 167.07 מ"ג/100 מ"ל של טאנינים מרוכזים, 30.44 מ"ג/100 מ"ל של אלקלואידים כוללים ו-14.62 מ"ג/100 מ"ל של סך אצטוגנין. התמצית שבודדה עם האולטרסוניקטור מסוג U400S (ראו תמונה משמאל) הציגה יכולת נוגדת חמצון גבוהה ותכולה גבוהה יותר של תרכובות ביו-אקטיביות מ~ פי 6 עד ~ 927 מאשר מרתח או עירוי, בהתאם לסוג התרכובת. עשרים וארבע תרכובות פנוליות שונות זוהו בדגימות, והתמצית שבודדה באולטרסאונד הפיקה את הריכוז הגבוה ביותר.
[ראה: Nolasco-González et al., 2022]
יכולת נוגדת חמצון של תמציות המתקבלות בתנאים אופטימליים של מיצוי בסיוע אולטרסאונד (איחוד האמירויות הערביות), מרתח ועירוי. תמציות על-קוליות מראות באופן עקבי יכולת נוגדת חמצון גבוהה יותר באופן משמעותי.
(מחקר וגרפיקה: ©Nolasco-González et al., 2022)
כרומטוגרמה HPLC של תרכובות פנוליות מתמצית מבודדת באולטרה-סאונד של עלי אנונה מוריקטה באמצעות האולטרסוניקטור UP400S.
(1) חומצה שיקמית, (2) חומצה גאלית, (3) חומצה פרוטוקטצ'ואית, (4) חומצה ניאוכלורוגנית,
(5) 3,4-דיהידרוקסיפנילאצטית, (6) 4-חומצה הידרוקסיבנזואית, (7) חומצה כלורוגנית, (8) 4-הידרוקסיפניל אצטי, (9) חומצה ונילית, (10) חומצה מזרקית, (11) 3-חומצה הידרוקסיבנזואית, (12) חומצה קפאית, (13) 4-הידרוקסיבנזאלדהיד, (14) חומצה הומוונילית, (15) 3-(4-הידרוקסיפניל), (16) חומצה p-קומרית, (17) חומצה טרנס-פרולית, (18) חומצה טרנס-קינמית, (19) גאלוקטכין, (20) אפיגלוקטכין, (21) קטכין, (22) אפיקטכין, (23) רוטין, (24) חומצה אלגית.
(מחקר וגרפיקה: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) היו תוצאות מאושרות דומות כאשר הם דיווחו על פי 2.3 יותר אלקלואידים מעלי A. muricata שחולצו תחת אולטרה-סוניקציה (340 W, 56◦C, 30 דקות) בהשוואה למיצוי Soxhlet (7 שעות, 80◦C).
מחלץ קולי UIP1000hdT עם בוחש למיצוי אלקלואיד במצב אצווה.
מיצוי אלקלואיד אינדול מקליפת שורש מימוזה ואיוואסקה באמצעות אולטרסוניקטור
קליפת שורש מימוזה כמו גם עלי איוואסקה מכילים את האלקלואיד N,N-dimethyltryptamine (DMT). דימתילטריפטמין (DMT) נחקר כיום בניסויים קליניים בשל השפעותיו ההלוצינוגניות ולכן כתרופה פוטנציאלית לטיפול בדיכאון ובהפרעות דחק פוסט-טראומטיות (PTSD). אולטרה-סוניקציה מקדמת ביעילות את שחרורו ובידודו של האלקלואיד משורשי המימוזה העוינת ומעלי פסיכוטריה וירידיס (איוואסקה). מיצוי DMT קולי מייצר תשואות גבוהות תוך זמן קצר מאוד. תואם כמעט לכל ממס, אולטרסאונד מסוג בדיקה Hielscher משמשים לייצור תרכובות ביו-אקטיביות ברמת פארמה לשימוש תחת הגדרות מחקר ורפואה, כמו גם להכנת דגימה לפני בדיקות איכות ועוצמה אנליטיות. לכן, אולטרסאונד Hielscher יכול להקל על DMT רפואי ומחקר בוטני בדרכים רבות.
המקור הנפוץ ביותר של אינדול אקאלואיד N,N-dimethyltryptamine (DMT) בעץ jurema, הוא מגיע שורשים Mimosa hostilis (הידוע בכינויו jurema preta). איוואסקה הוא השם המסורתי למין צמח אחר, שבו עלי השיח Psychotria viridis עשירים ב-DMT.
שניהם, קליפת שורש מימוזה (גם מימוזה tenuiflora, קליפת שורש מימוזה Hostilis; קיצור MHRB) ועלי איוואסקה מכילים תרכובות ביו-אקטיביות שונות, אשר נחקרות כיום בניסויים קליניים לגבי הפוטנציאל שלהם כתרופה טיפולית. קליפת שורש מימוזה מכילה טאנינים, ספונינים, טריפטמינים, אלקלואידים, שומנים, פיטואינדולים, קסילוז, פיטוסטרולים, גלוקוזידים, רמנוז, אראבינוז, מתוקסיכלקונים, לופאול וקוקולקנינים. תרכובות ביו-אקטיביות אלה ניתנות למיצוי יעיל מקליפת השורש באמצעות אולטרסאונד מסוג בדיקה. מיצוי על-קולי הוא טכניקה מעולה לבידוד חומרי מטרה כגון אלקלואידים מחומר בוטני כגון קליפת שורש מימוזה ועלי איוואסקה. סוניקציה מצטיינת במתן תפוקות גבוהות בזמן מיצוי קצר מאוד. תנאי תהליך מתונים מבטיחים את איכות התמציות הגבוהה ביותר ומונעים פירוק לא רצוי של המולקולות הפעילות.
מערך מיצוי לבידוד בוטני: סוג בדיקה ultrasonicator UP400STמסנן ואקום Büchi ומאייד רוטור למיצוי פיטוכימיקלים כגון אלקלואידים ופנולים.,
מחלץ קולי UIP2000hdT עם אצווה מנירוסטה ברמת פארמה לייצור תעשייתי של תמציות אלקלואיד.
Hielscher Ultrasonicators עבור מיצוי אלקלואיד יעיל
Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומפיצה מחלצים קוליים בעלי ביצועים גבוהים, המשמשים למחקר מדעי, כמו גם לייצור תמציות ברמת פארמה.
יעילות מיצוי מעולהמיצוי בעזרת אולטרסאונד היא טכניקה מוכחת מדעית עם יעילות גבוהה יוצאת דופן לגבי מיצוי תרכובות ביו-אקטיביות מצמחים. בעוד שיטות מסורתיות לעתים קרובות לקחת זמן רב (כמה שעות עד ימים), מיצוי בוטני קולי לוקח רק כמה דקות.
תפוקת מיצוי גבוהה ואיכות תמצית מעולה עם Ultrasonicators Hielscher
מיצוי מונע אולטרסאונד מאפשר שחרור מלא של תרכובות ביו-אקטיביות מהחומר הצמחי. קוויטציה על-קולית שוברת את המטריצה התאית ומשחררת את המולקולות הביו-אקטיביות ביעילות לתוך הממס שמסביב. מחקרים השוואתיים הראו כי סוניקציה נותנת תפוקת מיצוי גבוהה יותר מאשר טכניקות מיצוי אחרות (למשל Soxhlet, maceration, מרתח, עירוי). מיצוי אולטראסוני תואם לכל ממס ומאפשר בכך גם לשימוש בממס עדין מאוד כמו מים או אתנול מימי. לגבי דרישות מיצוי ספציפיות, ניתן לבחור ממיסים קוטביים ולא קוטביים ומעבר בין ממסים אינו מהווה בעיה. בקרה מדויקת על פרמטרים של התהליך (למשל משרעת), שימוש בממיסים קלים ובקרת טמפרטורה מדויקת מונעים פירוק וזיהום של תרכובות ביו-אקטיביות (כגון אלקלואידים, פוליפנולים, פלבנואידים, קנבינואידים וכו ') במהלך מיצוי קולי.
יישום תכליתי של Hielscher Ultrasonicators
בעוד שטכניקות מיצוי חלופיות (למשל, CO2 סופר-קריטי, מיצוי ממס, חלחול וכו ') ישימות לעתים קרובות רק למיצוי של מולקולות ספציפיות בהתאם למשקל המולקולרי, המסיסות והרגישות לחום, המיצוי עם אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים של Hielscher מאפשר מיצוי רב-תכליתי של כל תרכובת בוטנית. מיצוי בעזרת אולטרסאונד יכול להיות מיושם באופן אמין עבור מיצוי של תמציות ספקטרום רחב המכילות תרכובות ביו-אקטיביות כגון פוליפנולים, אלקלואידים, אנתרקינון, פלבנואידים, גליקוזידים, שומנים, פקטין ורב-סוכרים.
יעילות אנרגטית מעולה וידידותיות לסביבה
צריכת האנרגיה של מיצוי בעזרת אולטרסאונד נמוכה בהרבה מהשיטות המסורתיות בהפקת תרכובות רפואיות מצמחים.
אמינות עקב סטנדרטיזציה תהליך עם Hielscher Ultrasonics
Hielscher ultrasonicators מאפשרים שליטה מדויקת על כל הפרמטרים תהליך קולי כגון משרעת, עוצמה, משך וטמפרטורה. ניתן לשלוט בקלות בפרמטרי התהליך ולנטר אותם באופן רציף. בנוסף, כל פרמטרי התהליך פרוטוקולים באופן אוטומטי כקובץ CSV בכרטיס SD מובנה. זה מאפשר למפעיל לשנות את ריצות הסוניקציה, לייעל את תהליך החילוץ ולהבטיח איכות חילוץ עקבית. Hielscher ultrasonicators מאפשרים ליצרנים לייצר תמציות בוטניות באיכות מעולה להקל על מילוי של תנאי ייצור נאותים (GMP).
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| 15 עד 150 ליטר | 3 עד 15 ליטר/דקה | UIP6000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים לערבוב יישומים, פיזור, תחליב וחילוץ בקנה מידה מעבדתי, פיילוט ותעשייתי.
ספרות / מקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
מהם אלקלואידים?
אלקלואידים יוצרים קבוצה של תרכובות חנקניות טבעיות בעלות משקל מולקולרי נמוך שנמצאות לעתים קרובות כמטבוליטים משניים בממלכת הצמחים. אלקלואיד מכיל לפחות אטום חנקן אחד. אלקלואידים מסונתזים ביוכימית מאחת משלוש חומצות האמינו הנפוצות הבאות: – ליזין, טירוזין וטריפטופן.
בצמחים, אלקלואידים קיימים בדרך כלל כמלחים של חומצות אורגניות כמו חומצה אצטית, מאלית, לקטית, ציטרית, אוקסלית, טרטרית, טאנית וחומצות אחרות. כמה אלקלואידים בסיסיים חלשים (כגון ניקוטין) מופיעים באופן חופשי בטבע. אלקלואידים מעטים מתרחשים גם כגליקוזידים של סוכר כגון גלוקוז, רמנוז וגלקטוז, למשל, אלקלואידים מקבוצת הסולנום (סולנין), כאמידים (פיפרין) וכאסטרים (אטרופין, קוקאין) של חומצות אורגניות (ראה: Ramawat et al., 2009).
אלקלואידים רבים הם תרכובות ביו-אקטיביות המציגות השפעות רפואיות או טיפוליות. לדוגמה, סוגים ספציפיים של אלקלואידים משמשים לטיפול במחלות שונות כולל מלריה, חולי סוכרת, סוגי סרטן ספציפיים, תפקוד לבבי, דיכאון וכו '.
מכיוון שאלקלואידים רבים מראים תכונות ביו-אקטיביות חזקות, השימוש בהם כתרופות, סמים, ממריצים ורעלים אומץ או נמצא במחקר מדעי. מורפין, אלקלואיד ידוע מפרג Papaver somniferum, משמש כתרופה פרמצבטית ברפואה של ימינו. כינין וקודאין הם שני סוגי אלקלואידים אחרים המשמשים למטרות רפואיות. תחת פיקוח רפואי ובמינונים שנקבעו רפואית, אלקלואידים שימושיים מבחינה פרמקולוגית. עם זאת, כאשר נעשה שימוש שגוי אלקלואידים מסוימים יכולים להיות רעילים במינונים גבוהים. הסטריכנין האלקלואיד משמש למשל כרעלן יעיל ביותר המשמש כחומר הדברה נגד חוליות קטנות.
דוגמאות לכמה אלקלואידים בצמחים
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
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.