מיצוי יעיל ביותר של ארטמיסינין באמצעות סוניקציה
ניתן למצות ארטמיסינין ביעילות באמצעות סוניקציה עתירת ביצועים. מיצוי אולטרסוני מניב תפוקות גבוהות מאוד של ארטמיסינין תוך שימוש בממסים מתונים. תהליך המיצוי באמצעות אולטרסאונד מואץ באופן דרסטי. ניתן לשלוט במדויק בתנאי העיבוד במערכות מיצוי אולטרסוניות, וכך למנוע את התפרקותה של הביומולקולה ארטמיסינין, הרגישה לחום.
מיצוי ארטמיסינין
ארטמיסינין הוא מולקולה פעילה ביולוגית המצויה בבלוטות הטריכומות של הצמח Artemisia annua, המשמשת כתרופה נגד מלריה ומראה פוטנציאל גבוה כתרופה לטיפול במספר מחלות נוספות, ובהן סרטן ו-SARS-CoV-2. שיטת המיצוי המסורתית כרוכה בשימוש בממסים רעילים והיא תהליך יקר שאינו מיטבי. כדי לייצר ארטמיסינין בהיקף גדול בתנאים נוחים מבחינה סביבתית וכלכלית, נדרשת טכניקת מיצוי יעילה וירוקה. מיצוי אולטרסוני הוא שיטת מיצוי מבוססת ונפוצה שניתן להשתמש בה בשילוב עם מים או אתנול כממסים לא רעילים. כבר הוכח כי מיצוי אולטרסוני מניב תפוקות גבוהות של ארטמיסינין, כך שניתן להגדיל במהירות את היקף ייצור הארטמיסינין לנפחים גדולים. ציוד למיצוי אולטרסוני לעיבוד במנות ולעיבוד בקו הייצור בקנה מידה תעשייתי זמין לרכישה.
מערכת מיצוי אולטרסונית UIP2000hdT למיצוי תעשייתי במנות של ארטמיסינין מעלי Artemisia annua.
מיצוי אולטרסוני של ארטמיסינין מתוך Artemisia annua
השימוש באולטרסאונד רב-עוצמה למיצוי עולה על שיטות מיצוי אחרות בכמה היבטים מרכזיים, ובהם תפוקה, זמן מיצוי, ידידותיות לסביבה ויעילות כלכלית.
החסרונות של מיצוי ארטמיסינין מסורתי
שיטות מיצוי מסורתיות של ארטמיסינין גוזלות זמן רב, עלולות לפגוע במולקולות הארטמיסינין הפעילות ביולוגית בשל הטמפרטורות הגבוהות המופעלות, ויש להן השפעה סביבתית גבוהה בשל הממסים האורגניים המשמשים בטמפרטורות גבוהות. נוסף על כך, בשלבי העיבוד שלאחר המיצוי נדרש טיהור נרחב להסרת זיהומים מהתמצית הגולמית.
היתרונות של מיצוי ארטמיסינין אולטרסוני
לשימוש באולטרסאונד רב-עוצמה למיצוי יש כמה השפעות חיוביות המגבירות את תהליך המיצוי: אולטרסאונד עתיר ביצועים יוצר קוויטציה אקוסטית. קוויטציה אקוסטית זו מקדמת מיצוי מצמחים באמצעות פירוק תאים, כך שהביומולקולות הכלואות משתחררות מהמטריצה התאית של הצמח. נוסף על כך, כוחות הקוויטציה מגבירים את מעבר המסה ומעבירים ביעילות ביומולקולות כגון ארטמיסינין אל הממס שסביבן. ניתן לייחס את עקרון הפעולה של המיצוי האולטרסוני לכוחות המכניים בלבד של הקוויטציה. משמעות הדבר היא שסוניקציה היא טכניקת מיצוי לא תרמית ולא כימית. היותו של המיצוי האולטרסוני טכניקת מיצוי לא תרמית הופך אותו לכדאי במיוחד, שכן ארטמיסינין הוא תרכובת רגישה לחום, כלומר טמפרטורות גבוהות יותר (למשל, 70°C) יגרמו להתפרקותו. לפיכך, לא ניתן היה להרתיח את Artemisia annua L. במים חמים כדי להפיק ארטמיסינין.
- תפוקות גבוהות יותר
- איכות מעולה
- מיצוי מהיר
- בחרו את הממס המועדף עליכם
- ללא התפרקות תרמית
- מתאים לעלים טריים ומיובשים
- תנאים הניתנים לשליטה מדויקת
- יעיל מבחינה כלכלית
ממסים ירוקים למיצוי ארטמיסינין אולטרסוני
ממסי מיצוי קלאסיים המשמשים לייצור ארטמיסינין כוללים הקסאן, אתר נפט או דיכלורומתאן. מיצוי באמצעות אולטרסאונד מתאים לכל ממס, לרבות ממסים מתונים וירוקים כגון אתנול או מים. מיצוי אולטרסוני של ארטמיסינין באמצעות אתנול יעיל באותה מידה כמו מיצוי באמצעות ממסים חריפים. מכיוון שמסיסותו של ארטמיסינין במים נמוכה, ניתן להשתמש בציקלודקסטרינים לשיפור המיצוי האולטרסוני של ארטמיסינין במים קרים.
מה הופך את מיצוי הארטמיסינין האולטרסוני ליעיל כל כך?
כדי להבין את היתרונות של מיצוי בסיוע אולטרסאונד, יש להבין את עקרון הפעולה של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה. מנגנון הגברת המיצוי של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מיוחס בעיקר לתופעת הקוויטציה האקוסטית. קוויטציה אולטרסונית גורמת להתנגשויות בין חלקיקי הביומסה הצמחית (כגון עלי Artemisia annua L.), הגורמות להתפרקות החלקיקים ולהקטנת גודלם. כאשר בועות קוויטציה קורסות על פני המוצקים הצמחיים, שחיקה ויצירת נקבוביות באמצעות אולטרסאונד מגדילות עוד יותר את שטח הפנים של החלקיקים. מעבר המסה המוגבר כתוצאה מכך מקל על שחרור מולקולות כגון חלבונים, ליפידים, סוכרים, ויטמינים, נוגדי חמצון, חומרים פיטוכימיים (למשל ארטמיסינין) וסיבים תזונתיים. כוחות גזירה הנוצרים באמצעות אולטרסאונד משפרים את חדירת הממס למטריצה התאית של החומר הצמחי ואת חדירות קרומי התאים, בהתאמה. מנגנונים אלה של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה אחראים להגברה המשמעותית של התהליך המושגת כאשר משתמשים בסוניקציה למיצוי מצמחים.
גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מפרקים את מבנה התאים של הצמחים, משחררים את התרכובות הפעילות ביולוגית ומקדמים את מעבר המסה בין החומר הצמחי לממס (למשל אתנול).
מכשיר אולטרסוני UP400St (400 ואט) למיצוי ארטמיסינין באצוות.
תוצאות מוכחות במחקר של מיצוי אולטרסוני של ארטמיסינין
נערכו כמה מחקרים מדעיים כדי לבחון את היעילות ואת הישימות של מיצוי אולטרסוני של ארטמיסינין מעלי Artemisia annua.
Briars ו-Paniwnyk הראו ״שאולטרסאונד בטמפרטורות נמוכות מגדיל את תפוקת הארטמיסינין המופק מ-A. annua בכ-58%, ונראה שהתמציות טהורות יותר בהשוואה להשריה קונבנציונלית; לכן השימוש באולטרסאונד במהלך המיצוי טומן בחובו פוטנציאל לייצור טיפולים מבוססי ארטמיסינין בעלות נמוכה יותר.״ (Briars and Paniwnyk, 2013)
Zhang ועמיתיו (2017) חקרו מיצוי אולטרסוני של ארטמיסינין באמצעות פרופילן גליקול מתיל אתר (PGME) כממס. תמצית הארטמיסינין שהופקה באמצעות אולטרסאונד נבדקה באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית בביצועים גבוהים במיוחד (UPLC). תוצאות האנליזה הדגישו את איכות התמצית. בזכות הדירות התהליך הטובה ויציבות הארטמיסינין שמוצה, המיצוי בסיוע אולטרסאונד המשתמש במונואתר הירוק והיעיל פרופילן גליקול מתיל אתר (PGME) כממס מציג סיכויים מבטיחים מאוד למיצוי ולהפרדה של מולקולות פעילות ביולוגית מצמחים. מיצוי אולטרסוני באמצעות פרופילן גליקול מתיל אתר (PGME) כממס הניב יעילות מיצוי כוללת גבוהה ותפוקות גבוהות של ארטמיסינין. (ראו Zhang et al., 2017)
במחקר אחר, Zhang ועמיתיו (2020) מציגים מיצוי אולטרסוני של ארטמיסינין באמצעות הידרוקסיפרופיל-β-ציקלודקסטרין. הוספת ציקלודקסטרין משפרת את שחרור התרכובת ארטמיסינין, שמסיסותה במים נמוכה, ומאפשרת להשתמש במים כממס תוך השגת תפוקות מיצוי טובות. מיצוי אולטרסוני בשילוב ציקלודקסטרין הגדיל את כמות הארטמיסינין ל-8.66 mg/g, כמות הגדולה באופן משמעותי מהכמות המקבילה של 1.70 mg/g שהתקבלה במים.
מכשירי מיצוי אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לייצור ארטמיסינין
מערכות מיצוי אולטרסוניות בעלות ביצועים גבוהים מבית Hielscher Ultrasonics משמשות ברחבי העולם במחקר ופיתוח ובייצור בהיקף קטן, בינוני ומסחרי מלא, בתעשיות שונות כגון ייצור מזון, תוספי תזונה ותרופות. מכשירי מיצוי אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים מגבירים את תהליך המיצוי ומגדילים את התפוקה, ובכך משפרים את היעילות הכוללת של ייצור תמציות באיכות גבוהה. Hielscher Ultrasonics מציעה ציוד מיצוי לכל נפח / קיבולת עיבוד. עם ניסיון של יותר מ-25 שנים במיצוי מצמחים, Hielscher Ultrasonics היא השותפה המהימנה שלכם למיצוי אולטרסוני בעל ביצועים גבוהים מ-Artemisia annua!
מכשירים אולטרסוניים מתקדמים ביותר ובעלי ביצועים גבוהים
התכונות החכמות של המכשירים האולטרסוניים של Hielscher נועדו להבטיח פעולה אמינה, תוצאות הניתנות לשחזור וידידותיות למשתמש. ניתן לגשת בקלות להגדרות ההפעלה ולכוונן אותן באמצעות תפריט אינטואיטיבי, הזמין דרך מסך מגע דיגיטלי צבעוני ובאמצעות שליטה מרחוק דרך דפדפן. בהתאם לכך, כל תנאי העיבוד, כגון אנרגיה נטו, אנרגיה כוללת, משרעת, זמן, לחץ וטמפרטורה, מתועדים אוטומטית בכרטיס SD מובנה. כך ניתן לעיין במחזורי סוניקציה קודמים ולהשוות ביניהם, ולמטב את תהליך מיצוי הארטמיסינין להשגת היעילות הגבוהה ביותר.
מערכות Hielscher Ultrasonics משמשות ברחבי העולם לייצור תמציות צמחיות באיכות גבוהה. המכשירים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher יכולים לפעול בקלות במשרעות גבוהות בהפעלה רציפה (24/7/365). ניתן להפיק בקלות וברציפות משרעות של עד 200µm באמצעות סונוטרודות סטנדרטיות (גשושיות / קרניים אולטרסוניות). למשרעות גבוהות אף יותר, זמינות סונוטרודות אולטרסוניות בהתאמה אישית. בזכות עמידותן ודרישות התחזוקה הנמוכות שלהן, מערכות המיצוי האולטרסוניות שלנו מותקנות לעיתים קרובות ליישומים בעומס עבודה כבד ובסביבות תובעניות.
צרו איתנו קשר עכשיו כדי ללמוד עוד על מיצוי אולטרסוני של ארטמיסינין מהצמח Artemisia annua. נשמח לשלוח לכם מידע על מערכות המיצוי האולטרסוניות שלנו ועל המחירים! הצוות המנוסה שלנו ישמח לדון איתכם ביישום שלכם ובדרישות העיבוד שלכם!
הטבלה שלהלן מספקת אומדן לכושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | אשכול של UIP16000 |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים ליישומי ערבוב, פיזור, תחלוב ומיצוי בקנה מידה מעבדתי, בקנה מידה של פיילוט ובקנה מידה תעשייתי.
ספרות / מקורות
- 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.
מהו ארטמיסינין ולמה הוא משמש?
ארטמיסינין הוא תרכובת המופקת מהצמח Artemisia annua, המכונה בדרך כלל לענה מתוקה. הוא מוכר בעיקר בזכות תכונותיו נגד מלריה ומשמש לטיפול במלריה. ארטמיסינין ונגזרותיו הוכחו כיעילים מאוד נגד זני מלריה עמידים לתרופות, ולכן הם חיוניים במאבק במחלה.
מבחינת ניצול תעשייתי, ארטמיסינין מעורר עניין בשל יישומים פוטנציאליים שונים מעבר לרפואה. הוא הראה פוטנציאל מבטיח בתחומים שונים, כגון חקלאות, שבה הוא יכול לשמש כקוטל עשבים וכחומר הדברה טבעי. בנוסף, נערכים מחקרים לבחינת השימוש הפוטנציאלי בו לטיפול בסרטן. יישומים אלה נחקרים באופן מדעי ונבדקים בקנה מידה של פיילוט לצורך יישומם בתחומי תעשייה שונים.
