Ekstrakcija alkaloida pomoću sonde-ultrasonicator
Alkaloidi su bioaktivni spojevi, koji se mogu učinkovito ekstrahirati iz biljaka pomoću ultrazvuka. Alkaloidi pokazuju širok spektar bioloških učinaka i time se koriste kao lijekovi i terapeutici. Ultrazvučna ekstrakcija je preferirana tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih alkaloidnih ekstrakata iz biljnog materijala. Ultrazvučna ekstrakcija rezultira vrlo visokim alkaloidnim prinosima, dok je vrijeme ekstrakcije kratko, a ultrazvučna oprema sigurna i jednostavna za rukovanje.
Visokoučinkovita ekstrakcija alkaloida pomoću Power-Ultrazvuka
Kako ultrazvučna ekstrakcija potiče izolaciju alkaloida?
Ultrazvučna ekstrakcija koristi niskofrekventne ultrazvučne valove (npr. Frekvencija od 20-26 kHz) i ultrazvučni učinak akustične kavitacije. Ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju kavitacijske mjehuriće koji se urušavaju, stvarajući lokalno energetski guste razlike tlaka i temperature, kao i snažne sile smicanja, koje perforiraju i razbijaju stijenke biljnih stanica i biljno tkivo se otvaraju. Struja tekućine generirana kavitacijom potiče prijenos mase između unutarstanične matrice i okolnog otapala tako da se alkaloidi učinkovito oslobađaju. Za ultrazvučnu ekstrakciju alkaloida, biljni materijal (npr. Mljeveni osušeni listovi) stavlja se u otapalo, koje je obično mješavina vode i organskog otapala kao što je vodeni etanol. Utvrđeno je da su polarna otapala poput metanola i etanola najučinkovitija za visoke prinose alkaloida. Nakon kratkog ultrazvučnog tretmana 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 rotora-isparivača).
ultrasonicator UP400St za ekstrakciju alkaloida iz biljnog materijala.
Glavne prednosti ultrazvučne ekstrakcije alkaloida
Ultrazvučna ekstrakcija smatra se vrhunskom tehnikom ekstrakcije za izolaciju alkaloida od biljnih materijala jer nudi nekoliko prednosti, uključujući:
- Povećana učinkovitost ekstrakcije: Ultrazvučna ekstrakcija može povećati prinos alkaloida za više od 200% u usporedbi s tradicionalnim metodama ekstrakcije.
- Skraćeno 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 selektivno izdvajanje određenih alkaloida odabirom odgovarajućeg otapala, parametara procesa i temperature ekstrakcije. Kako su neželjeni spojevi ostavljeni, poboljšava se čistoća konačnog proizvoda.
- Jednostavno povećanje: Ultrazvučna ekstrakcija može se lako povećati kako bi se obradile veće količine biljnog materijala, što ga čini pogodnim za komercijalnu proizvodnju. Ultrazvučni procesi mogu se skalirati linearno, što olakšava provedbu u industrijskim razmjerima.
Sve u svemu, ultrazvučna ekstrakcija nudi brži, učinkovitiji i ekološki prihvatljiviji pristup izoliranju alkaloida od biljnih materijala.
Ultrazvučna ekstrakcija alkaloida iz lišća soursop stabla
(2022) istraživao je učinkovitost i učinkovitost ultrazvučne ekstrakcije bioaktivnih spojeva, uključujući fenolne spojeve, alkaloide, acetogeneine (sve s visokim antioksidativnim kapacitetom) iz lišća biljne vrste Annona muricata (soursop tree). Za ultrazvučnu ekstrakciju, koristili su sondu tipa ultrasonicator UP400S u sljedećim uvjetima: 80% amplituda, 0,7 s puls-ciklus, za 4,54 min. Ukupni topljivi fenoli (TSP) ekstrahirani su pomoću 0,5 g suhog lišća u prahu i 20 mL acetona: vode (80:20 v/v). Ultrazvučno proizvedeni ekstrakt 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 acetogena. Ekstrakt izoliran s U400S sonda tipa ultrasonicator (vidi sliku lijevo) pokazao je visok antioksidativni kapacitet i veći sadržaj bioaktivnih spojeva od ~ 6 do ~ 927-struko od izvarka 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 et al., 2022]
Antioksidativni kapacitet ekstrakata dobivenih optimalnim uvjetima ultrazvučno potpomognute ekstrakcije (UAE), izvarka i infuzije. Ultrazvučni ekstrakti dosljedno pokazuju znatno veći antioksidativni kapacitet.
(Studija i grafika: ©Nolasco-González i dr., 2022)
HPLC kromatogram fenolnih spojeva iz ultrazvučno izoliranog ekstrakta listova Annona muricata pomoću ultrasonicator UP400S.
(1) shikimska kiselina, (2) galska kiselina, (3) protokatehuična kiselina, (4) neoklorogena kiselina,
(5) 3,4-dihidroksifilelaketička, (6) 4-hidroksibenzoična kiselina, (7) klorogena kiselina, (8) 4-hidroksifenil octena, (9) vaniilna kiselina, (10) štrcaljka kiselina, (11) 3-hidroksibenzoična kiselina, (12) kofeinska kiselina, (13) 4-hidroksibenzaldehid, (14) homovanilna kiselina, (15) 3-(4-hidroksifenil), (16) p-kumamarna kiselina, (17) trans-ferulinska kiselina, (18) trans-cinamička kiselina, (19) hidrokatehin, (23) rutin, rutin, (20) epigallokatehin, (21) katekina,(22) epikatehin, (23) rutin, rutin, (24) Elagična kiselina.
(Studija i grafika: ©Nolasco-González i dr., 2022)
(2021) imao je slične potvrđene rezultate jer su izvijestili o 2,3 puta više alkaloida iz listova A. muricata izvađenih ultrazvukom (340 W, 56◦C, 30 min) u usporedbi s ekstrakcijom Soxhleta (7 h, 80◦C).
Ultrazvučni ekstraktor UIP1000hdT s miješalicom za ekstrakciju alkaloida u serijskom načinu rada.
Ekstrakcija indolskog alkaloida iz kore korijena mimoze i Ayahuasce pomoću Ultrasonicatora
Kora korijena mimoze kao i listovi ayahuasce sadrže alkaloid N,N-dimetiltriptamin (DMT). Dimetiltriptamin (DMT) trenutno se istražuje u kliničkim ispitivanjima zbog svojih halucinogenih učinaka, a time i kao potencijalni lijek za liječenje depresije i posttraumatskih stresnih poremećaja (PTSP). Ultrasonication učinkovito potiče oslobađanje i izolaciju alkaloida iz mimoza hostilis korijena i Psihotria viridis lišća (ayahuasca). Ultrazvučna DMT ekstrakcija proizvodi visoke prinose u vrlo kratkom vremenu. Kompatibilni s gotovo svakim otapalom, Hielscher sonde tipa ultrasonicators koriste se za proizvodnju bioaktivnih spojeva farmaceutskog stupnja za uporabu u istraživačkim i medicinskim okruženjima, kao i za pripremu uzorka prije analitičke kvalitete i ispitivanja potencije. Stoga Hielscher ultrasonicators može olakšati medicinski DMT i botanička istraživanja na brojne načine.
Najčešći izvor indolskog akaloida N,N-dimetiltriptamina (DMT) u stablu jurema, dolazi iz korijena Mimoze hostilis (poznatiji kao jurema preta). Ayahuasca je tradicionalni naziv za drugu biljnu vrstu, u kojoj su listovi grmlja Psychotria viridis bogati DMT-om.
I kora korijena mimoze (također mimoza tenuiflora, Kora korijena Mimosa Hostilis; kratica MHRB) i listovi ayahuasce sadrže različite bioaktivne spojeve, koji se trenutno istražuju u kliničkim ispitivanjima o njihovom potencijalu kao terapijskom lijeku. Kora korijena mimoze sadrži tanine, saponine, triptamine, alkaloide, lipide, fitoindole, ksilozu, fitosterole, glukozide, rhamnoze, arabinozu, metoksihalcone, lupeol i kukulkanine. Ovi bioaktivni spojevi mogu se učinkovito ekstrahirati iz kore korijena pomoću sonde tipa ultrasonicators. Ultrazvučna ekstrakcija je superiorna tehnika za izoliranje ciljnih tvari kao što su alkaloidi iz botaničkog materijala kao što su kora korijena mimoze i lišće ayahuasce. Ultrazvukom se ističe davanjem visokih prinosa u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije. Blagi uvjeti procesa osiguravaju najvišu kvalitetu ekstrakta sprječavajući neželjenu razgradnju aktivnih molekula.
Postavljanje ekstrakcije za botaničku izolaciju: sonda tipa ultrasonicator UP400St, Büchi vakuumski filter i rotor-isparivač za ekstrakciju fitokemikalija kao što su alkaloidi i fenoli.
Ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT s farmaceutskom serijom nehrđajućeg čelika za industrijsku proizvodnju alkaloidnih ekstrakata.
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 farmaceutskog stupnja.
Hielscher Ultrasonicators za vrhunsku učinkovitost ekstrakcije
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom znanstveno je dokazana tehnika s izvanrednom 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.
Visok 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. Komparativna istraživanja pokazala su da ultrazvukom daje veće prinose ekstrakta od ostalih tehnika ekstrakcije (npr. Soxhlet, maceracija, izvarak, infuzija). Ultrazvučna ekstrakcija je kompatibilna s bilo kojim otapalom i time omogućuje i uporabu vrlo blagog otapala kao što su voda ili vodeni etanol. Što se tiče specifičnih zahtjeva ekstrakcije, mogu se odabrati polarna i nepolarna otapala, a 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 otapala, perkolacija itd.) često primjenjive samo na ekstrakciju specifičnih molekula ovisno o molekularnoj težini, topljivosti i osjetljivosti na toplinu, ekstrakcija Hielscherovim visokoučinkovitim ultrasonicatorima omogućuje svestranu ekstrakciju bilo kojeg botaničkog spoja. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom može se pouzdano primijeniti za ekstrakciju ekstrakata širokog spektra koji sadrže bioaktivne spojeve kao što su polifenoli, alkaloidi, antrakinoni, flavonoidi, glikozidi, lipidi, pektin i polisaharidi.
Izvrsna energetska učinkovitost i ekološka prihvatljivost
Potrošnja energije ultrazvučno potpomognute ekstrakcije daleko je manja od tradicionalnih metoda u ekstrakciji ljekovitih spojeva iz biljaka.
Pouzdanost zbog standardizacije procesa s Hielscher ultrasonics
Hielscher ultrasonicators omogućuju preciznu kontrolu nad svim ultrazvučnim parametrima procesa kao što su amplituda, intenzitet, trajanje i temperatura. Parametri procesa mogu se lako kontrolirati i kontinuirano se pratiti. Osim toga, svi parametri procesa automatski se protokoliraju kao CSV datoteka na ugrađenoj SD kartici. To omogućuje operateru da revidira soničke staze, optimizira proces ekstrakcije i osigura dosljednu kvalitetu ekstrakta. Hielscher ultrasonicators omogućuju proizvođačima proizvodnju botaničkih ekstrakata vrhunske kvalitete i olakšavaju ispunjenje dobre proizvođačke prakse (GMP).
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 mL | 10 do 200 mL / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Književnost / 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 prirodnih dušičnih spojeva niske molekularne težine koji se često nalaze kao sekundarni metaboliti u biljnom kraljevstvu. Alkaloid sadrži najmanje jedan atom dušika. Alkaloidi su biokemijski sintetizirani iz jedne od sljedeće tri uobičajene aminokiseline – lizin, tirozin i triptofan.
U biljkama alkaloidi općenito postoje kao soli organskih kiselina poput octenih, jabučnih, mliječnih, limunskih, oksalnih, vinskih, taninskih i drugih kiselina. Neki slabi osnovni alkaloidi (kao što je nikotin) slobodno se javljaju u prirodi. Nekoliko alkaloida javlja se i kao glikozidi šećera kao što su glukoza, rhamnoza i galaktoza, na primjer, alkaloidi skupine solanum (solanin), kao amidi (piperin) i kao esteri (atropin, kokain) organskih kiselina (usp.
Mnogi alkaloidi su bioaktivni spojevi koji pokazuju ljekovite ili terapijske učinke. 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 uporaba kao lijekova, narkotika, stimulansa i otrova ili je usvojena ili je pod znanstvenim istraživanjima. Morfij, poznati alkaloid iz Papaver somniferum maka, koristi se kao farmaceutski lijek u današnjoj medicini. Kinin i kodein su još dvije vrste alkaloida koje se koriste u medicinske svrhe. Pod liječničkim nadzorom i medicinski propisanim dozama alkaloidi su farmakološki korisni. Međutim, kada se pogrešno koriste, neki alkaloidi mogu biti toksični u visokim dozama. Alkaloidni 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 Laboratorija do industrijske veličine.