Visoko učinkovita ekstrakcija artemisinina sonikacijom
Artemisinin se može učinkovito ekstrahirati korištenjem sonikacije visokih performansi. Ultrazvučna ekstrakcija daje vrlo visoke prinose artemisinina korištenjem blagih otapala. Proces ekstrakcije ultrazvukom se drastično ubrzava. Uvjeti obrade u ultrazvučnim ekstraktorima mogu se precizno kontrolirati, što omogućuje sprječavanje degradacije biomolekule artemisinin osjetljive na toplinu.
Ekstrakcija artemisinina
Artemisinin je bioaktivna molekula prisutna unutar žlijezda trihoma biljke Artemisia annua, koja se koristi kao lijek protiv malarije i pokazuje veliki potencijal kao lijek za liječenje nekoliko drugih bolesti uključujući rak i SARS-CoV-2. Tradicionalna metoda ekstrakcije uključuje toksična otapala i skup je proces koji nije optimalan. Kako bi se proizveo artemisinin u velikim količinama pod ekološki i ekonomski povoljnim uvjetima, potrebna je učinkovita i zelena tehnika ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija široko je poznata metoda ekstrakcije koja se može koristiti u kombinaciji s vodom ili etanolom kao netoksičnim otapalima. Već je dokazano da ultrazvučna ekstrakcija daje visoke prinose artemisinina, tako da se proizvodnja artemisinina može brzo povećati na velike količine. Ultrazvučna oprema za ekstrakciju za šaržnu i in-line obradu na industrijskoj razini je lako dostupna.
Ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT za industrijsku šaržnu ekstrakciju artemisinina iz lišća Artemisia annua.
Ultrazvučna ekstrakcija artemisinina iz Artemisia annua
Korištenje snažnog ultrazvuka za ekstrakciju nadmašuje druge metode ekstrakcije u raznim glavnim čimbenicima, uključujući prinos, vrijeme ekstrakcije, ekološku prihvatljivost i isplativost.
Nedostaci tradicionalne ekstrakcije artemisinina
Tradicionalne metode ekstrakcije artemisinina oduzimaju puno vremena, mogu oštetiti bioaktivne molekule artemisinina zbog primijenjenih visokih temperatura i imaju veliki utjecaj na okoliš zbog organskih otapala koja se koriste na visokim temperaturama. Dodatno, u nizvodnom procesu potrebno je opsežno pročišćavanje kako bi se uklonile nečistoće iz sirovog ekstrakta.
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije artemisinina
Primjena snažnog ultrazvuka za ekstrakciju ima nekoliko pozitivnih učinaka koji intenziviraju proces ekstrakcije: Ultrazvuk visokih performansi stvara akustičnu kavitaciju. Ova akustična kavitacija potiče botaničku ekstrakciju razbijanjem stanica, tako da se zarobljene biomolekule oslobađaju iz stanične matrice biljke. Dodatno, kavitacijske sile intenziviraju prijenos mase učinkovito transportirajući biomolekule kao što je artemisinin u okolno otapalo. Princip rada ultrazvučne ekstrakcije može se pridonijeti čisto mehaničkim silama kavitacije. To znači da je sonikacija ne-termalna, ne-kemijska tehnika ekstrakcije. Budući da se radi o netermalnoj tehnici ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija je posebno povoljna budući da je artemisinin toplinski osjetljiv spoj, što znači da će više temperature (npr. 70°C) uzrokovati njegovu razgradnju. Posljedično, Artemisia annua L. nije se mogla kuhati u vrućoj vodi da bi se dobio artemisinin.
- veći prinosi
- Vrhunska kvaliteta
- brza ekstrakcija
- Odaberite željeno otapalo
- Nema toplinske degradacije
- Djeluje sa svježim i osušenim listovima
- Precizno kontrolirani uvjeti
- Isplativo
Zelena otapala za ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina
Klasična ekstrakcijska otapala koja se koriste za proizvodnju artemisinina uključuju heksan, petrol eter ili diklorometan. Ekstrakcija vođena ultrazvukom kompatibilna je sa svim otapalima, uključujući blaga, zelena otapala kao što su etanol ili voda. Ultrazvučna ekstrakcija artemisinina etanolom jednako je učinkovita u usporedbi s oštrim otapalima. Kako artemisinin pokazuje slabu topljivost u vodi, ciklodekstrini se mogu koristiti za poboljšanje ultrazvučne ekstrakcije artemisinina hladnom vodom.
Što ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina čini tako učinkovitom?
Da biste razumjeli prednosti ultrazvučno potpomognute ekstrakcije, morate razumjeti princip rada snažnog ultrazvuka. Mehanizam intenziviranja ekstrakcije snažnog ultrazvuka uglavnom se pripisuje fenomenu akustične kavitacije. Ultrazvučna kavitacija uzrokuje sudare između čestica botaničke biomase (kao što je lišće Artemisia annua L.), što rezultira međupartikularnim frakcioniranjem i smanjenjem veličine čestica. Kada se kavitacijski mjehurići skupe na površini krutih tvari povrća, erozija i sonoporacija dodatno povećavaju površinu čestica. Time pojačani prijenos mase olakšava otpuštanje molekula kao što su proteini, lipidi, šećeri, vitamini, antioksidansi, fitokemikalije (npr. artemisinin) i dijetalna vlakna. Ultrazvučno generirane sile smicanja poboljšavaju prodiranje otapala u stanični matriks botaničke tvari i poboljšavaju propusnost staničnih membrana. Ovi mehanizmi snage ultrazvuka odgovorni su za značajno intenziviranje procesa postignuto kada se ultrazvuk primjenjuje za botaničku ekstrakciju.
Snažni ultrazvučni valovi remete staničnu strukturu biljaka, oslobađaju bioaktivne spojeve i potiču prijenos mase između biljnog materijala i otapala (npr. etanola).
Ultrasonicator UP400St (400 W) za šaržnu ekstrakciju artemisinina.
Istraživanjem dokazani rezultati ultrazvučne ekstrakcije artemisinina
Provedeno je nekoliko znanstvenih studija kako bi se istražila učinkovitost i izvedivost ultrazvučne ekstrakcije artemisinina iz lišća Artemisia annua.
Briars i Paniwnyk pokazali su “da ultrazvuk na niskim temperaturama povećava prinos artemisinina ekstrahiranog iz A. annua za oko 58% i ekstrakti izgledaju čišći u usporedbi s konvencionalnim namakanjem; stoga uporaba ultrazvuka tijekom ekstrakcije ima potencijal za proizvodnju jeftinijih tretmana temeljenih na artemisininu.” (Briars i Paniwnyk, 2013.)
Zhang i sur. (2017) istraživali su ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina koristeći propilen glikol metil eter (PGME) kao otapalo. Ekstrakt artemisinina proizveden ultrazvučno analiziran je pomoću tekućinske kromatografije ultraučinkovitosti (UPLC). Rezultati analize naglasili su kvalitetu ekstrakta. Zbog dobre ponovljivosti procesa i stabilnosti ekstrahiranog artemisinina, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija korištenjem zelenog i učinkovitog monoeter propilen glikol metil etera (PGME) kao otapala pokazuje velike izglede u ekstrakciji i odvajanju bioaktivnih molekula iz biljaka. Ultrazvučna ekstrakcija korištenjem propilen glikol metil etera (PGME) kao otapala rezultirala je visokom ukupnom učinkovitosti ekstrakcije i visokim prinosima artemisinina. (usp. Zhang et al., 2017.)
U drugoj studiji, Zhang i sur. (2020) predstavljaju ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina pomoću hidroksipropil-β-ciklodekstrina. Dodavanje ciklodekstrina poboljšava otpuštanje u vodi slabo topljivog spoja artemisinina i omogućuje korištenje vode kao otapala s dobrim prinosima ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija u kombinaciji s ciklodekstrinom povećala je količinu artemisinina na 8,66 mg/g, što je znatno više od odgovarajuće količine od 1,70 mg/g dobivene u vodi.
Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi za proizvodnju artemisinina
Ultrazvučni sustavi za ekstrakciju visokih performansi tvrtke Hielscher Ultrasonics koriste se širom svijeta na R&D, male, srednje i potpuno komercijalne razine proizvodnje u raznim industrijama kao što su proizvodnja hrane, dodataka prehrani i farmaceutska proizvodnja. Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi intenziviraju proces ekstrakcije i povećavaju prinos, čime se poboljšava ukupna učinkovitost proizvodnje visokokvalitetnog ekstrakta. Hielscher Ultrasonics nudi opremu za ekstrakciju za bilo koji volumen / kapacitet procesa. S iskustvom u botaničkoj ekstrakciji više od 25 godina, Hielscher Ultrasonics vaš je partner od povjerenja za visokoučinkovitu ultrazvučnu ekstrakciju iz Artemisia annua!
Ultrazvučni uređaji visokih performansi, najsuvremeniji
Pametne značajke Hielscher ultrazvučnih uređaja dizajnirane su da jamče pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnost korištenja. Operativnim postavkama može se jednostavno pristupiti i birati putem intuitivnog izbornika, kojem se može pristupiti putem digitalnog zaslona u boji osjetljivog na dodir i daljinskog upravljača preglednika. Stoga se svi uvjeti obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, tlak i temperatura automatski bilježe na ugrađenu SD karticu. To vam omogućuje da revidirate i usporedite prethodne postupke sonikacije i da optimizirate proces ekstrakcije artemisinina na najveću učinkovitost.
Hielscher Ultrasonics sustavi koriste se diljem svijeta za proizvodnju visokokvalitetnih botaničkih ekstrakata. Hielscher industrijski ultrasonicators može lako pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitude do 200 µm mogu se jednostavno kontinuirano generirati sa standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi). Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i malog održavanja, naši ultrazvučni sustavi ekstrakcije obično se postavljaju za teške primjene iu zahtjevnim okruženjima.
Kontaktirajte nas sada kako biste saznali više o ultrazvučnoj ekstrakciji artemisinina iz biljke Artemisia annua. Rado ćemo vam poslati informacije o našim ultrazvučnim sustavima ekstrakcije i cijenama! Naše iskusno osoblje rado će s vama razgovarati o vašoj prijavi i zahtjevima za obradu!
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 |
| 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
- 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.
Što je Artemisinin i za što se koristi?
Artemisinin je spoj dobiven iz biljke Artemisia annua, poznatije kao slatki pelin. Prvenstveno je poznat po svojim antimalarijskim svojstvima i koristi se u liječenju malarije. Artemisinin i njegovi derivati bili su vrlo učinkoviti protiv sojeva malarije otpornih na lijekove, što ih čini ključnima u borbi protiv bolesti.
Što se tiče industrijske upotrebe, artemisinin je od interesa za različite potencijalne primjene izvan medicine. Pokazalo se obećavajuće u raznim područjima kao što je poljoprivreda, gdje može djelovati kao prirodni herbicid i pesticid. Osim toga, provode se istraživanja kako bi se ispitala njegova potencijalna upotreba u liječenju raka. Ove se aplikacije znanstveno proučavaju i testiraju na pilot razini za primjenu u različitim industrijskim područjima.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.