Ekstrakcija alkaloida pomoću sonde-ultrasonikatora
Alkaloidi su bioaktivni spojevi koji se mogu učinkovito ekstrahirati iz biljaka pomoću ultrazvuka. Alkaloidi pokazuju široku lepezu bioloških učinaka i stoga se koriste kao lijekovi i terapeutici. Ultrazvučna ekstrakcija je poželjna tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata alkaloida iz biljnog materijala. Ultrazvučna ekstrakcija rezultira vrlo visokim prinosima alkaloida, dok je vrijeme ekstrakcije kratko, a ultrazvučna oprema sigurna i jednostavna za rukovanje.
Visokoučinkovita ekstrakcija alkaloida pomoću Power-Ultrasound
Kako ultrazvučna ekstrakcija potiče izolaciju alkaloida?
Ultrazvučna ekstrakcija koristi ultrazvučne valove niske frekvencije (npr. frekvencija 20-26kHz) i ultrazvučni učinak akustične kavitacije. Ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju kavitacijske mjehuriće koji kolabiraju, generirajući lokalne razlike u tlaku i temperaturi s gustoćom energije, kao i snažne sile smicanja, koje perforiraju i lome stijenke biljnih stanica i biljno tkivo. Strujanje tekućine generirano kavitacijom potiče prijenos mase između unutarstaničnog matriksa i okolnog otapala tako da se alkaloidi učinkovito oslobađaju. Za ultrazvučnu ekstrakciju alkaloida, biljni materijal (npr. mljeveno osušeno lišće) stavlja se u otapalo, koje je obično mješavina vode i organskog otapala kao što je vodeni etanol. Utvrđeno je da su polarna otapala kao što su metanol i etanol najučinkovitija za visoke prinose alkaloida. Nakon kratke ultrazvučne obrade kaše – koji se sastoji od biljnog materijala i otapala – alkaloidi se oslobađaju iz biljnih stanica i prisutni su u otapalu, odakle se mogu izolirati i pročistiti (npr. pomoću rotor-isparivača).
Ultrasonicator UP400St za ekstrakciju alkaloida iz biljnog materijala.
Glavne prednosti ultrazvučne ekstrakcije alkaloida
Ultrazvučna ekstrakcija smatra se vrhunskom tehnikom ekstrakcije za izolaciju alkaloida iz biljnih materijala budući da nudi nekoliko prednosti, uključujući:
- Povećana učinkovitost ekstrakcije: Ultrazvučna ekstrakcija može povećati prinos alkaloida za više od 200% u usporedbi s tradicionalnim metodama ekstrakcije.
- Smanjeno vrijeme ekstrakcije: Ultrazvučna ekstrakcija može značajno smanjiti vrijeme ekstrakcije, omogućujući bržu i učinkovitiju obradu velikih količina biljnog materijala.
- Manja potrošnja otapala: Ultrazvučna ekstrakcija može smanjiti količinu otapala potrebnog za ekstrakciju, što rezultira smanjenom potrošnjom otapala i smanjenim utjecajem na okoliš.
- Selektivna ekstrakcija: Ultrazvučna ekstrakcija može se koristiti za selektivnu ekstrakciju određenih alkaloida odabirom odgovarajućeg otapala, parametara procesa i temperature ekstrakcije. Budući da neželjeni spojevi ostaju, čistoća konačnog proizvoda se poboljšava.
- Lako se povećava: Ultrazvučna ekstrakcija može se lako povećati za obradu većih količina biljnog materijala, što ga čini prikladnim za komercijalnu proizvodnju. Ultrazvučni procesi mogu se skalirati linearno, što olakšava implementaciju u industrijskim razmjerima.
Sve u svemu, ultrazvučna ekstrakcija nudi brži, učinkovitiji i ekološki prihvatljiviji pristup izolaciji alkaloida iz biljnih materijala.
Ultrazvučna ekstrakcija alkaloida iz lišća kiselog soka
Nolasco-González i sur. (2022) istraživali su djelotvornost i učinkovitost ultrazvučne ekstrakcije bioaktivnih spojeva uključujući fenolne spojeve, alkaloide, acetogenine (svi s visokim antioksidativnim kapacitetom) iz lišća biljne vrste Annona muricata (stablo kiselog soka). Za ultrazvučnu ekstrakciju koristili su ultrazvučni uređaj tipa sonde UP400S pri sljedećim uvjetima: 80% amplitude, 0,7 s pulsni ciklus, 4,54 min. Ukupni topivi fenoli (TSP) ekstrahirani su korištenjem 0,5 g praha osušenog lišća i 20 mL smjese aceton:voda (80:20 v/v). Ekstrakt proizveden ultrazvukom sadržavao je 178,48 mg/100 ml topljivih fenola, 20,18 mg/100 ml ukupnih flavonoida, 27,81 mg/100 ml hidrolizabilnih polifenola, 167,07 mg/100 ml kondenziranih tanina, 30,44 mg/100 ml ukupnih alkaloida i 14,62 mg/100 mL ukupnih acetogenina. Ekstrakt izoliran s U400S ultrasonicatorom tipa sonde (vidi sliku lijevo) pokazao je visok antioksidativni kapacitet i veći sadržaj bioaktivnih spojeva od ~6 do ~927 puta od dekokcije ili infuzije, ovisno o vrsti spoja. U uzorcima su identificirana 24 različita fenolna spoja, a ultrazvučno izolirani ekstrakt proizveo je najveću koncentraciju.
[usp. Nolasco-González i dr., 2022.]
Antioksidativni kapacitet ekstrakata dobivenih optimalnim uvjetima ultrazvučno potpomognute ekstrakcije (UAE), dekokcije i infuzije. Ultrazvučni ekstrakti dosljedno pokazuju značajno veći antioksidativni kapacitet.
(Studija i grafika: ©Nolasco-González et al., 2022.)
HPLC kromatogram fenolnih spojeva iz ultrazvučno izoliranog ekstrakta lišća Annona muricata pomoću ultrazvučnog uređaja UP400S.
(1) šikiminska kiselina, (2) galna kiselina, (3) protokatehuinska kiselina, (4) neoklorogena kiselina,
(5) 3,4-dihidroksifeniloctena kiselina, (6) 4-hidroksibenzojeva kiselina, (7) klorogenska kiselina, (8) 4-hidroksifenil octena kiselina, (9) vanilijeva kiselina, (10) siringična kiselina, (11) 3-hidroksibenzojeva kiselina , (12) kafeinska kiselina, (13) 4-hidroksibenzaldehid, (14) homovanilna kiselina, (15) 3-(4-hidroksifenil), (16) p-kumarinska kiselina, (17) trans-ferulinska kiselina, (18) transcimetna kiselina, (19) galokatehin, (20) epigalokatehin, (21) katehin, (22) epikatehin, (23) rutin, (24) elaginska kiselina.
(Studija i grafika: ©Nolasco-González et al., 2022.)
Lee i sur. (2021) imali su slične potvrđene rezultate budući da izvješćuju o 2,3 puta više alkaloida iz listova A. muricata ekstrahiranih ultrazvučnom obradom (340 W, 56 °C, 30 min) u usporedbi s ekstrakcijom Soxhlet (7 h, 80 °C).
Ultrazvučni ekstraktor UIP1000hdT s miješalicom za ekstrakciju alkaloida u šaržnom načinu rada.
Ekstrakcija indol alkaloida iz kore korijena mimoze i ayahuasce pomoću ultrazvučnog uređaja
Kora korijena mimoze kao i listovi ayahuasce sadrže alkaloid N,N-dimetiltriptamin (DMT). Dimetiltriptamin (DMT) trenutačno se ispituje u kliničkim ispitivanjima zbog njegovih halucinogenih učinaka i stoga kao potencijalni lijek za liječenje depresije i posttraumatskih stresnih poremećaja (PTSP). Ultrazvuk učinkovito potiče oslobađanje i izolaciju alkaloida iz korijena Mimosa hostilis i lišća Psychotria viridis (ayahuasca). Ultrazvučna ekstrakcija DMT-a daje visoke prinose u vrlo kratkom vremenu. Kompatibilni s gotovo svim otapalima, ultrazvučni uređaji Hielscher tipa sonde koriste se za proizvodnju bioaktivnih spojeva farmaceutske kvalitete za upotrebu u istraživačkim i medicinskim uvjetima, kao i za pripremu uzorka prije analitičke kvalitete i testiranja potencije. Stoga Hielscher ultrasonicators može olakšati medicinski DMT i botaničko istraživanje na brojne načine.
Najčešći izvor indol akaloida N,N-dimetiltriptamina (DMT) u stablu jurema, dolazi iz korijena Mimosa hostilis (opće poznato kao jurema preta). Ayahuasca je tradicionalni naziv za još jednu biljnu vrstu, kod koje su listovi grma Psychotria viridis bogati DMT-om.
I kora korijena mimoze (također mimosa tenuiflora, kora korijena mimoze Hostilis; skraćeno MHRB) i listovi ayahuasce sadrže različite bioaktivne spojeve koji se trenutno istražuju u kliničkim ispitivanjima u pogledu njihovog potencijala kao terapeutskog lijeka. Kora korijena mimoze sadrži tanine, saponine, triptamine, alkaloide, lipide, fitoindole, ksilozu, fitosterole, glukozide, ramnozu, arabinozu, metoksihalkone, lupeol i kukulkanine. Ovi bioaktivni spojevi mogu se učinkovito ekstrahirati iz kore korijena pomoću ultrazvučnih sondi. Ultrazvučna ekstrakcija je vrhunska tehnika za izolaciju ciljanih tvari kao što su alkaloidi iz botaničkog materijala kao što je kora korijena mimoze i lišće ayahuasce. Sonikacija se ističe davanjem visokih prinosa u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije. Blagi procesni uvjeti osiguravaju najvišu kvalitetu ekstrakta sprječavajući neželjenu degradaciju aktivnih molekula.
Postavljanje ekstrakcije za botaničku izolaciju: Ultrazvučni uređaj tipa sonde UP400ST, Büchi vakuum filter i rotor-isparivač za ekstrakciju fitokemikalija kao što su alkaloidi i fenoli.
Ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT sa šaržom od nehrđajućeg čelika farmaceutske kvalitete za industrijsku proizvodnju ekstrakata alkaloida.
Hielscher Ultrasonicators za učinkovitu ekstrakciju alkaloida
Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne ekstraktore visokih performansi, koji se koriste za znanstvena istraživanja, kao i za proizvodnju ekstrakata farmaceutske kvalitete.
Vrhunska učinkovitost ekstrakcije: Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom je znanstveno dokazana tehnika s izuzetno visokom učinkovitošću u pogledu ekstrakcije bioaktivnih spojeva iz biljaka. Dok tradicionalne metode često traju dugo (nekoliko sati do dana), ultrazvučna botanička ekstrakcija traje samo nekoliko minuta.
Visoki prinos ekstrakcije i vrhunska kvaliteta ekstrakta s Hielscher ultrasonicators
Ultrazvučna ekstrakcija omogućuje potpuno oslobađanje bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala. Ultrazvučna kavitacija razbija staničnu matricu i učinkovito oslobađa bioaktivne molekule u okolno otapalo. Usporedne studije pokazale su da ultrazvuk daje veće prinose ekstrakta od drugih tehnika ekstrakcije (npr. Soxhlet, maceracija, dekokcija, infuzija). Ultrazvučna ekstrakcija kompatibilna je s bilo kojim otapalom i pritom omogućuje upotrebu vrlo blagih otapala kao što je voda ili vodeni etanol. S obzirom na specifične zahtjeve ekstrakcije, mogu se odabrati polarna i nepolarna otapala i prebacivanje između otapala nije problem. Precizna kontrola parametara procesa (npr. amplituda), upotreba blagih otapala i točna kontrola temperature sprječavaju razgradnju i kontaminaciju bioaktivnih spojeva (npr. alkaloida, polifenola, flavonoida, kanabinoida itd.) tijekom ultrazvučne ekstrakcije.
Svestrana primjena Hielscher Ultrasonicators
Dok su alternativne tehnike ekstrakcije (npr. superkritični CO2, ekstrakcija otapalom, perkolacija itd.) često primjenjive samo na ekstrakciju specifičnih molekula ovisno o molekularnoj težini, topljivosti i osjetljivosti na toplinu, ekstrakcija s Hielscher ultrazvučnim uređajima visokih performansi omogućuje svestrano ekstrakcija bilo kojeg botaničkog spoja. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom može se pouzdano primijeniti za ekstrakciju ekstrakata širokog spektra koji sadrže bioaktivne spojeve poput polifenola, alkaloida, antrakinona, flavonoida, glikozida, lipida, pektina i polisaharida.
Izvrsna energetska učinkovitost i prihvatljivost okoliša
Potrošnja energije ekstrakcije potpomognute ultrazvukom daleko je manja od tradicionalnih metoda ekstrakcije ljekovitih spojeva iz biljaka.
Pouzdanost zahvaljujući standardizaciji procesa s Hielscher Ultrasonics
Hielscher ultrasonicators omogućuju preciznu kontrolu nad svim parametrima ultrazvučnog procesa kao što su amplituda, intenzitet, trajanje i temperatura. Procesni parametri mogu se lako kontrolirati i kontinuirano se prate. Dodatno, svi procesni parametri automatski se protokoliraju kao CSV datoteka na ugrađenoj SD kartici. To operateru omogućuje reviziju procesa ultrazvuka, optimiziranje procesa ekstrakcije i osiguravanje dosljedne kvalitete ekstrakta. Hielscher ultrasonicators proizvođačima omogućuju proizvodnju botaničkih ekstrakata vrhunske kvalitete i olakšavaju ispunjavanje Dobre proizvođačke prakse (GMP).
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Što su alkaloidi?
Alkaloidi tvore klasu prirodno nastalih dušikovih spojeva niske molekularne težine koji se često nalaze kao sekundarni metaboliti u biljnom svijetu. Alkaloid sadrži najmanje jedan atom dušika. Alkaloidi se biokemijski sintetiziraju iz jedne od sljedeće tri uobičajene aminokiseline – lizin, tirozin i triptofan.
U biljkama alkaloidi općenito postoje kao soli organskih kiselina poput octene, jabučne, mliječne, limunske, oksalne, vinske, taninske i drugih kiselina. Neki slabi bazični alkaloidi (kao što je nikotin) slobodno se pojavljuju u prirodi. Nekoliko alkaloida također se pojavljuje kao glikozidi šećera kao što su glukoza, ramnoza i galaktoza, na primjer, alkaloidi iz grupe solanuma (solanin), kao amidi (piperin) i kao esteri (atropin, kokain) organskih kiselina (usp. Ramawat et. al., 2009).
Mnogi alkaloidi su bioaktivni spojevi koji pokazuju ljekovito ili terapeutsko djelovanje. Na primjer, specifične vrste alkaloida koriste se za liječenje raznih bolesti uključujući malariju, dijabetičare, specifične vrste raka, srčanu disfunkciju, depresiju itd.
Budući da mnogi alkaloidi pokazuju jaka bioaktivna svojstva, njihova upotreba kao lijekova, narkotika, stimulansa i otrova je ili usvojena ili je u znanstvenim istraživanjima. Morfin, poznati alkaloid iz maka Papaver somniferum, koristi se kao farmaceutski lijek u današnjoj medicini. Kinin i kodein dvije su druge vrste alkaloida koje se koriste u medicinske svrhe. Uz liječnički nadzor i u medicinski propisanim dozama, alkaloidi su farmakološki korisni. Međutim, kada se koriste pogrešno, neki alkaloidi mogu biti toksični u visokim dozama. Alkaloid strihnin se na primjer koristi kao vrlo učinkovit toksin koji se koristi kao pesticid protiv malih kralježaka.
Primjeri nekih alkaloida u biljkama
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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.