מיצוי אלקלואיד באמצעות בדיקה-אולטראסוניקטור
אלקלואידים הם תרכובות ביו-אקטיביות, אשר ניתן לחלץ ביעילות מצמחים באמצעות אולטרה סאונד. אלקלואידים מפגינים מגוון רחב של השפעות ביולוגיות ובכך משמשים כתרופות וטיפולים. מיצוי אולטראסוני הוא הטכניקה המועדפת לייצור תמציות אלקלואידיות באיכות גבוהה מחומר צמחי. מיצוי אולטראסוני מביא לתפוקות אלקלואידיות גבוהות מאוד, בעוד שזמן המיצוי קצר והציוד העל-קולי בטוח וקל לתפעול.
מיצוי אלקלואיד ביעילות גבוהה באמצעות אולטרסאונד כוח
כיצד מיצוי קולי מקדם בידוד של אלקלואידים?
מיצוי אולטראסוני משתמש בגלי אולטרסאונד בתדר נמוך (למשל תדר 20-26kHz) ובהשפעת אולטרסאונד של קוויטציה אקוסטית. גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה יוצרים בועות קוויטציה שמתמוטטות, ויוצרים הפרשי לחץ וטמפרטורה מקומיים צפופים באנרגיה, כמו גם כוחות גזירה רבי עוצמה, המנקבים ושוברים את דפנות תאי הצמח ואת רקמות הצמח הפתוחות. הזרימה הנוזלית הנוצרת על ידי קוויטציה מקדמת העברת מסה בין המטריצה התוך-תאית לבין הממס שמסביב, כך שהאלקלואידים משתחררים ביעילות. עבור מיצוי אלקלואיד על-קולי, החומר הצמחי (למשל עלים יבשים טחונים) ממוקם בממס, שהוא בדרך כלל תערובת של מים וממס אורגני כגון אתנול מימי. ממסים קוטביים כגון מתנול ואתנול נמצאו כיעילים ביותר לתפוקת אלקלואידים גבוהה. לאחר טיפול אולטראסוני קצר של slurry – המורכב מחומר צמחי וממס – האלקלואידים משתחררים מתאי הצמח ונמצאים בממס, משם ניתן לבודד ולטהר אותם (למשל באמצעות מאייד רוטור).
ultrasonicator UP400St עבור מיצוי אלקלואיד מחומר צמחי.
היתרונות העיקריים של מיצוי אלקלואיד קולי
מיצוי קולי נחשב כטכניקת מיצוי מעולה לבידוד אלקלואידים מחומרים צמחיים שכן הוא מציע מספר יתרונות, כולל:
- יעילות מיצוי מוגברת: מיצוי אולטראסוני יכול להגדיל את התשואה של אלקלואידים ביותר מ -200% בהשוואה לשיטות מיצוי מסורתיות.
- זמן מיצוי מופחת: מיצוי קולי יכול להפחית באופן משמעותי את זמן המיצוי, ומאפשר עיבוד מהיר ויעיל יותר של כמויות גדולות של חומר צמחי.
- צריכת ממס נמוכה יותר: מיצוי אולטראסוני יכול להפחית את כמות הממס הדרושה למיצוי, וכתוצאה מכך צריכת ממס מופחתת והשפעה סביבתית מופחתת.
- מיצוי סלקטיבי: מיצוי קולי יכול לשמש כדי לחלץ באופן סלקטיבי אלקלואידים מסוימים על ידי בחירת הממס המתאים, פרמטרים תהליך וטמפרטורת מיצוי. ככל שתרכובות לא רצויות נותרות מאחור, טוהר המוצר הסופי משתפר.
- קל להרחבה: מיצוי קולי יכול להיות מוגדל בקלות כדי להתמודד עם כמויות גדולות יותר של חומר צמחי, מה שהופך אותו מתאים לייצור מסחרי. תהליכים קוליים ניתן לשנות את קנה המידה באופן ליניארי, מה שמקל על היישום בקנה מידה תעשייתי.
בסך הכל, מיצוי קולי מציע גישה מהירה יותר, יעילה יותר וידידותית יותר לסביבה לבידוד אלקלואידים מחומרים צמחיים.
מיצוי אלקלואיד אולטראסוני מעלי עץ החמוץ
Nolasco-González et al. (2022) חקרו את היעילות והיעילות של מיצוי על-קולי של תרכובות ביו-אקטיביות כולל תרכובות פנוליות, אלקלואידים, אצטוגנין (כולם עם יכולת נוגדת חמצון גבוהה) מעלי מין הצמח Annona muricata (עץ החמץ). עבור מיצוי קולי, הם השתמשו באולטרה-סאונד מסוג בדיקה UP400S בתנאים הבאים: משרעת 80%, מחזור דופק של 0.7 שניות, למשך 4.54 דקות. סך כל הפנולים המסיסים (TSP) הופקו באמצעות 0.5 גרם אבקת עלים יבשים ו-20 מ"ל אצטון: מים (80:20 v/v). התמצית המיוצרת באופן אולטרה-סאונד הכילה 178.48 מ"ג/100 מ"ל של פנולים מסיסים, 20.18 מ"ג/100 מ"ל של סך הפלבנואידים, 27.81 מ"ג/100 מ"ל של פוליפנולים הניתנים להידרוליזה, 167.07 מ"ג/100 מ"ל של טאנינים מרוכזים, 30.44 מ"ג/100 מ"ל של סך אלקלואידים ו-14.62 מ"ג/100 מ"ל של סך כל האצטוגנינים. התמצית שבודדה עם אולטראסוניקטור מסוג בדיקה U400S (ראו תמונה משמאל) הפגינה יכולת נוגדת חמצון גבוהה ותכולה גבוהה יותר של תרכובות ביו-אקטיביות מפי ~6 עד ~927 מאשר מרתח או עירוי, בהתאם לסוג התרכובת. עשרים וארבע תרכובות פנוליות שונות זוהו בדגימות, והתמצית המבודדת האולטרה-סאונדית הפיקה את הריכוז הגבוה ביותר.
[ראה: Nolasco-González et al., 2022]
יכולת נוגדת חמצון של תמציות המתקבלות על ידי התנאים האופטימליים של מיצוי בסיוע אולטרסאונד (איחוד האמירויות הערביות), מרתח ועירוי. תמציות אולטראסוניות מראות באופן עקבי יכולת נוגדת חמצון גבוהה יותר באופן משמעותי.
(מחקר וגרפיקה: ©Nolasco-González et al., 2022)
כרומטוגרמה HPLC של תרכובות פנוליות מתמצית מבודדת קולית של עלי Annona muricata באמצעות אולטראסוניקטור UP400S.
(1) חומצה שיקימית, (2) חומצה גאלית, (3) חומצה פרוטוקטכואית, (4) חומצה ניאו-כלורוגנית,
(5) 3,4-דיהידרוקסיפנילאצטית, (6) חומצה 4-הידרוקסיבנזואית, (7) חומצה כלורוגנית, (8) 4-הידרוקסיפניל אצטי, (9) חומצה ונילית, (10) חומצה מרינגית, (11) חומצה 3-הידרוקסיבנזואית, (12) חומצה קפאית, (13) 4-הידרוקסיבנזלדהיד, (14) חומצה הומובנילית, (15) 3-(4-הידרוקסיפניל), (16) חומצה p-קומרית, (17) חומצה טרנס-פרולית, (18) חומצה טרנס-סינמית, (19) גלוקטכין, (20) אפיגלוקטכין, (21) קטכין,(22) אפיקטכין, (23) רוטין, (24) חומצה אלגית.
(מחקר וגרפיקה: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) השיגו תוצאות מאושרות דומות כאשר הם דיווחו על פי 2.3 יותר אלקלואידים מעלי A. muricata שחולצו תחת אולטרה-סאונד (340 W, 56◦C, 30 דקות) בהשוואה למיצוי Soxhlet (7 שעות, 80◦C).
קולט אדים UIP1000hdT עם מערבל למיצוי אלקלואיד במצב אצווה.
מיצוי אלקלואיד אינדול מקליפת שורש מימוזה ואיהואסקה באמצעות אולטרסוניקטור
קליפת שורש מימוזה וכן עלי איוואסקה מכילים את האלקלואיד N,N-דימתילטריפטמין (DMT). דימתילטריפטמין (DMT) נחקר כיום בניסויים קליניים בשל השפעותיו ההלוצינוגניות ולכן כתרופה פוטנציאלית לטיפול בדיכאון ובהפרעות דחק פוסט-טראומטיות (PTSD). אולטראסאונד מקדם ביעילות את שחרורו ובידוד של האלקלואיד משורשי המימוזה העוינת ועלי פסיכוטריה וירידיס (ayahuasca). מיצוי DMT אולטראסוני מייצר תשואות גבוהות תוך זמן קצר מאוד. תואם כמעט לכל ממס, אולטראסוניקאטורים מסוג בדיקה Hielscher משמשים לייצור תרכובות ביו-אקטיביות ברמת פארמה לשימוש תחת הגדרות מחקר ורפואה, כמו גם להכנת דגימה לפני איכות אנליטית ובדיקות עוצמה. לכן, Hielscher ultrasonicators יכול להקל על DMT רפואי ומחקר בוטני בדרכים רבות.
המקור הנפוץ ביותר של אינדול אקלואיד N,N-דימתילטריפטמין (DMT) בעץ יורמה, הוא מגיע משורשי מימוזה הוסטיליס (הידוע בכינויו jurema preta). Ayahuasca הוא השם המסורתי למין צמח אחר, שבו העלים של השיח Psychotria viridis עשירים ב- DMT.
שניהם, קליפת שורש מימוזה (גם mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; קיצור של MHRB) ועלי ayahuasca מכילים תרכובות ביו-אקטיביות שונות, אשר נחקרות כיום בניסויים קליניים לגבי הפוטנציאל שלהם כתרופה טיפולית. קליפת שורש מימוזה מכילה טאנינים, ספונינים, טריפטמינים, אלקלואידים, שומנים, פיטוינדולים, קסילוז, פיטוסטרולים, גלוקוזידים, ראמנוז, אראבינוז, מתוקסיכלקונס, לופאול וקוקולקנינים. תרכובות ביו-אקטיביות אלה יכולות להיות מופקות ביעילות מקליפת השורש באמצעות אולטראסוניקאטורים מסוג בדיקה. מיצוי קולי הוא הטכניקה המעולה לבידוד חומרי מטרה כגון אלקלואידים מחומר בוטני כגון קליפת שורש מימוזה ועלי איוואסקה. סוניקציה מצטיינת במתן תשואות גבוהות תוך זמן מיצוי קצר מאוד. תנאי תהליך עדינים מבטיחים איכות מיציאה גבוהה ביותר המונעת פירוק לא רצוי של המולקולות הפעילות.
מערך מיצוי לבידוד בוטני: ultrasonicator סוג בדיקה UP400Stמסנן ואקום Büchi ומאייד רוטור למיצוי פיטוכימיקלים כגון אלקלואידים ופנולים.,
מחלץ אולטרה סאונד UIP2000hdT עם אצווה נירוסטה ברמת פארמה לייצור תעשייתי של תמציות אלקלואיד.
Hielscher אולטרסוניקאטורים למיצוי אלקלואיד יעיל
Hielscher אולטרסוניקה מתכננת, מייצרת ומפיצה תמציות קוליות בעלות ביצועים גבוהים, המשמשים למחקר מדעי, כמו גם לייצור תמציות ברמה של פארמה.
Hielscher אולטרסוניקאטורים עבור יעילות מיצוי מעולה
מיצוי בסיוע אולטרסאונד הוא טכניקה מוכחת מדעית עם יעילות גבוהה יוצאת דופן בכל הנוגע למיצוי תרכובות ביו-אקטיביות מצמחים. בעוד ששיטות מסורתיות לוקחות לעתים קרובות זמן רב (מספר שעות עד ימים), מיצוי בוטני קולי לוקח רק כמה דקות.
תפוקת מיצוי גבוהה ואיכות תמצית מעולה עם אולטרסוניקאטורים 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 תמציות גבוהה יותר מאשר טכניקות מיצוי אחרות (למשל Soxhlet, maceration, מרתח, עירוי). מיצוי קולי תואם לכל ממס ומאפשר ובכך גם לשימוש בממס קל מאוד כגון מים או אתנול מימי. לגבי דרישות מיצוי ספציפיות, ניתן לבחור ממיסים קוטביים ולא קוטביים ומעבר בין ממסים אינו מהווה בעיה. שליטה מדויקת בפרמטרים של התהליך (למשל משרעת), שימוש בממסים עדינים ובקרת טמפרטורה מדויקת מונעים פירוק וזיהום של תרכובות ביו-אקטיביות (למשל אלקלואידים, פוליפנולים, פלבנואידים, קנבינואידים וכו') במהלך מיצוי על-קולי.
יישום רב-תכליתי של אולטרסוניקאטורים Hielscher
בעוד שטכניקות מיצוי חלופיות (למשל, CO2 סופר-קריטי, מיצוי ממסים, חלחול וכו ') ישימות לעתים קרובות רק למיצוי של מולקולות ספציפיות בהתאם למשקל מולקולרי, מסיסות ורגישות לחום, המיצוי עם אולטראסוניקאטורים בעלי ביצועים גבוהים של Hielscher מאפשרים מיצוי רב-תכליתי של כל תרכובת בוטנית. מיצוי בסיוע אולטרסאונד יכול להיות מיושם באופן אמין להפקת תמציות רחבות טווח המכילות תרכובות ביו-אקטיביות כגון פוליפנולים, אלקלואידים, אנתרקווינונים, פלבנואידים, גליקוזידים, ליפידים, פקטין ופוליסכרידים.
יעילות אנרגטית מעולה וידידותיות לסביבה
צריכת האנרגיה של מיצוי בסיוע אולטרסאונד נמוכה בהרבה מהשיטות המסורתיות בהפקת תרכובות רפואיות מצמחים.
אמינות עקב סטנדרטיזציה תהליך עם Hielscher אולטרסוניקה
Hielscher אולטראסוניקאטורים מאפשרים שליטה מדויקת על כל הפרמטרים תהליך קולי כגון משרעת, עוצמה, משך וטמפרטורה. ניתן לשלוט בקלות בפרמטרים של התהליך והם מנוטרים ברציפות. בנוסף, כל פרמטרי התהליך מועברים באופן אוטומטי כקובץ CSV בכרטיס SD מובנה. הדבר מאפשר למפעיל לשנות את ריצות הסוניקציה, לייעל את תהליך החילוץ ולהבטיח איכות חילוץ עקבית. Hielscher אולטראסוניקאטורים מאפשרים ליצרנים לייצר תמציות בוטניות באיכות מעולה ולהקל על הגשמת תנאי ייצור נאותים (GMP).
הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו:
| נפח תצווה | קצב זרימה | התקנים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL / min | מעלהay |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 ל 20L | 0.2 ל 4 ליטר / דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 עד 150 ל' | 3 עד 15 ליטר לדקה | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 עד 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | יותר גדול | אשכול UIP16000 |
תיצור איתנו קשר! / שאל אותנו!
Hielscher אולטרסוניקה מייצרת הומוגניזרים אולטראסוניות ביצועים גבוהים עבור ערבוב יישומים, פיזור, אמולסיה וחילוץ על מעבדה, טייס בקנה מידה תעשייתי.
ספרות/הפניות
- 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 שראוי לדעת
מהם אלקלואידים?
אלקלואידים יוצרים קבוצה של תרכובות חנקניות טבעיות בעלות משקל מולקולרי נמוך, הנמצאות 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 בחופשיות בטבע. כמה אלקלואידים מופיעים גם כגליקוזידים של סוכר כגון גלוקוז, ראמנוז 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 לקוי של הלב, דיכאון וכו '.
מכיוון שאלקלואידים רבים מראים תכונות ביו-אקטיביות חזקות, השימוש בהם כתרופות, סמים, ממריצים ורעלים אומץ או נמצא תחת מחקר מדעי. מורפיום, אלקלואיד ידוע מפרג פאפאבר סומניפרום, משמש כתרופה תרופתית ברפואה של ימינו. כינין וקודאין הם שני סוגים אחרים של אלקלואידים המשמשים למטרות רפואיות. תחת פיקוח רפואי ובמינונים שנקבעו רפואית, אלקלואידים שימושיים מבחינה פרמקולוגית. עם זאת, כאשר נעשה שימוש לא נכון כמה אלקלואידים יכול להיות רעיל במינונים גבוהים. הסטריכנין האלקלואידי 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 אולטרסוניקה מייצרת homogenizers קולי ביצועים גבוהים מ מַעבָּדָה ל גודל תעשייתי.