Visokoučinkovita ekstrakcija artemizinina sonikacijom
Artemizinin se može učinkovito ekstrahirati sonikacijom visokog učinka. Ultrazvučna ekstrakcija daje vrlo visoke prinose artemizinina uz uporabu blagih otapala. Postupak ekstrakcije primjenom ultrazvuka drastično se ubrzava. Uvjeti obrade u ultrazvučnim ekstraktorima mogu se precizno kontrolirati, što omogućuje sprječavanje razgradnje biomolekule artemizinina osjetljive na toplinu.
Ekstrakcija artemizinina
Artemizinin je bioaktivna molekula prisutna u žljezdanim trihomima biljke Artemisia annua, koja se upotrebljava kao lijek protiv malarije i pokazuje velik potencijal kao lijek za liječenje nekoliko drugih bolesti, uključujući rak i SARS-CoV-2. Tradicionalna metoda ekstrakcije uključuje toksična otapala te je skup i neoptimalan postupak. Za proizvodnju artemizinina u velikim razmjerima u ekološki i ekonomski povoljnim uvjetima potrebna je učinkovita i ekološki prihvatljiva tehnika ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija široko je prihvaćena metoda ekstrakcije koja se može primjenjivati u kombinaciji s vodom ili etanolom kao netoksičnim otapalima. Već je dokazano da ultrazvučna ekstrakcija daje visoke prinose artemizinina, pa se proizvodnja artemizinina može brzo povećati na velike količine. Oprema za ultrazvučnu ekstrakciju za šaržnu i protočnu obradu na industrijskoj razini lako je dostupna.
Ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT za industrijsku šaržnu ekstrakciju artemizinina iz listova biljke Artemisia annua.
Ultrazvučna ekstrakcija artemizinina iz biljke Artemisia annua
Primjena ultrazvuka visokog intenziteta za ekstrakciju nadmašuje druge metode ekstrakcije u različitim ključnim čimbenicima, uključujući prinos, vrijeme ekstrakcije, ekološku prihvatljivost i troškovnu učinkovitost.
Nedostaci tradicionalne ekstrakcije artemizinina
Tradicionalne metode ekstrakcije artemizinina dugotrajne su, mogu oštetiti bioaktivne molekule artemizinina zbog primjene visokih temperatura te imaju velik utjecaj na okoliš zbog organskih otapala koja se upotrebljavaju pri visokim temperaturama. Osim toga, u naknadnoj obradi potrebno je opsežno pročišćavanje radi uklanjanja nečistoća iz sirovog ekstrakta.
Prednosti ultrazvučne ekstrakcije artemizinina
Primjena ultrazvuka visokog intenziteta za ekstrakciju ima nekoliko pozitivnih učinaka koji intenziviraju postupak ekstrakcije: ultrazvuk visokog učinka stvara akustičnu kavitaciju. Ta akustična kavitacija potiče ekstrakciju iz biljnog materijala razaranjem stanica, čime se zarobljene biomolekule oslobađaju iz staničnog matriksa biljke. Osim toga, kavitacijske sile intenziviraju prijenos tvari, učinkovito prenoseći biomolekule poput artemizinina u okolno otapalo. Načelo djelovanja ultrazvučne ekstrakcije može se pripisati isključivo mehaničkim silama kavitacije. To znači da je sonikacija netoplinska i nekemijska tehnika ekstrakcije. Budući da je riječ o netoplinskoj tehnici ekstrakcije, ultrazvučna ekstrakcija posebno je povoljna jer je artemizinin toplinski osjetljiv spoj, što znači da će više temperature (npr., 70°C) uzrokovati njegovu razgradnju. Stoga se biljka Artemisia annua L. ne bi mogla kuhati u vrućoj vodi radi dobivanja artemizinina.
- Viši prinosi
- Vrhunska kvaliteta
- Brza ekstrakcija
- Odaberite željeno otapalo
- Bez toplinske razgradnje
- Djeluje sa svježim i osušenim listovima
- Uvjeti koji se mogu precizno kontrolirati
- Troškovno učinkovito
Ekološki prihvatljiva otapala za ultrazvučnu ekstrakciju artemizinina
Klasična otapala za ekstrakciju koja se upotrebljavaju u proizvodnji artemizinina uključuju heksan, petroleter ili diklormetan. Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom kompatibilna je sa svakim otapalom, uključujući blaga, ekološki prihvatljiva otapala poput etanola ili vode. Ultrazvučna ekstrakcija artemizinina etanolom jednako je učinkovita kao ekstrakcija agresivnim otapalima. Budući da je artemizinin slabo topljiv u vodi, ciklodekstrini se mogu upotrebljavati za poboljšanje ultrazvučne ekstrakcije artemizinina hladnom vodom.
Što ultrazvučnu ekstrakciju artemizinina čini tako učinkovitom?
Da bi se razumjele prednosti ultrazvučno potpomognute ekstrakcije, potrebno je razumjeti načelo rada ultrazvuka velike snage. Mehanizam kojim ultrazvuk velike snage intenzivira ekstrakciju uglavnom se pripisuje pojavi akustične kavitacije. Ultrazvučna kavitacija uzrokuje sudare između čestica biljne biomase (poput listova Artemisia annua L.), što dovodi do usitnjavanja uslijed međusobnih sudara i smanjenja veličine čestica. Kada kavitacijski mjehurići kolabiraju na površini krutih biljnih tvari, erozija i sonoporacija dodatno povećavaju površinu čestica. Time intenziviran prijenos tvari olakšava oslobađanje molekula poput proteina, lipida, šećera, vitamina, antioksidansa, fitokemikalija (npr. artemisinina) i prehrambenih vlakana. Ultrazvučno generirane smične sile poboljšavaju prodiranje otapala u stanični matriks biljnog materijala te povećavaju propusnost staničnih membrana. Ti mehanizmi ultrazvuka velike snage odgovorni su za znatno intenziviranje procesa koje se postiže primjenom sonikacije za ekstrakciju iz biljnog materijala.
Valovi ultrazvuka velike snage razaraju staničnu strukturu biljnog materijala, oslobađaju bioaktivne spojeve i potiču prijenos tvari između biljnog materijala i otapala (npr. etanola).
Ultrazvučni uređaj UP400St (400 vata) za šaržnu ekstrakciju artemisinina.
Istraživanjima dokazani rezultati ultrazvučne ekstrakcije artemisinina
Provedeno je nekoliko znanstvenih istraživanja kako bi se ispitale učinkovitost i praktična primjenjivost ultrazvučne ekstrakcije artemisinina iz listova Artemisia annua.
Briars i Paniwnyk pokazali su „da ultrazvuk pri niskim temperaturama povećava prinos artemisinina ekstrahiranog iz A. annua za oko 58%, a ekstrakti se čine čišćima u usporedbi s konvencionalnim namakanjem; stoga primjena ultrazvuka tijekom ekstrakcije ima potencijal za proizvodnju jeftinijih terapijskih pripravaka na bazi artemisinina.” (Briars i Paniwnyk, 2013)
Zhang i sur. (2017) istraživali su ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina uz metilni eter propilen glikola (PGME) kao otapalo. Ultrazvučno proizveden ekstrakt artemisinina analiziran je tekućinskom kromatografijom ultravisoke djelotvornosti (UPLC). Rezultati analize potvrdili su kvalitetu ekstrakta. Zbog dobre ponovljivosti procesa i stabilnosti ekstrahiranog artemisinina, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija uz ekološki prihvatljiv i učinkovit monoeter, metilni eter propilen glikola (PGME), kao otapalo pokazuje velik potencijal za ekstrakciju i odvajanje bioaktivnih molekula iz biljnog materijala. Ultrazvučna ekstrakcija uz metilni eter propilen glikola (PGME) kao otapalo rezultirala je visokom ukupnom učinkovitošću ekstrakcije i visokim prinosima artemisinina. (usp. Zhang i sur., 2017)
U drugom istraživanju Zhang i sur. (2020) prikazuju ultrazvučnu ekstrakciju artemisinina uz primjenu hidroksipropil-β-ciklodekstrina. Dodatak ciklodekstrina poboljšava oslobađanje artemisinina, spoja slabo topljivog u vodi, i omogućuje upotrebu vode kao otapala uz dobre prinose 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 ekstrakcijski sustavi visokih performansi tvrtke Hielscher Ultrasonics upotrebljavaju se diljem svijeta u istraživanju i razvoju, u proizvodnji malog i srednjeg opsega te u potpuno komercijalnoj proizvodnji u različitim industrijama, primjerice u proizvodnji hrane, dodataka prehrani i farmaceutskih proizvoda. Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi intenziviraju proces ekstrakcije i povećavaju prinos, čime poboljšavaju ukupnu učinkovitost proizvodnje visokokvalitetnih ekstrakata. Hielscher Ultrasonics nudi ekstrakcijsku opremu za bilo koji volumen / procesni kapacitet. S više od 25 godina iskustva u ekstrakciji iz biljnog materijala, Hielscher Ultrasonics vaš je pouzdan partner za ultrazvučnu ekstrakciju visokih performansi iz Artemisia annua!
Najsuvremeniji ultrazvučni uređaji visokih performansi
Pametne značajke Hielscher ultrazvučnih uređaja osmišljene su kako bi jamčile pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnost upotrebe. Radnim postavkama može se lako pristupiti i podesiti ih putem intuitivnog izbornika, dostupnog putem digitalnog dodirnog zaslona u boji i daljinskog upravljanja putem 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 pregled i usporedbu prethodnih postupaka sonikacije te optimizaciju procesa ekstrakcije artemizinina radi postizanja najviše učinkovitosti.
Sustavi Hielscher Ultrasonics upotrebljavaju se diljem svijeta za proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata. Hielscher industrijski ultrazvučni uređaji mogu lako raditi pri visokim amplitudama u neprekidnom radu (24/7/365). Sa standardnim sonotrodama (ultrazvučnim sondama / rogovima) lako se mogu kontinuirano generirati amplitude do 200µm. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i malih zahtjeva za održavanjem naši sustavi za ultrazvučnu ekstrakciju često se ugrađuju za primjene pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Obratite nam se sada kako biste saznali više o ultrazvučnoj ekstrakciji artemizinina iz biljke Artemisia annua. Rado ćemo vam poslati informacije o našim sustavima za ultrazvučnu ekstrakciju i cijenama! Naše osoblje s bogatim iskustvom rado će s vama razgovarati o vašoj primjeni i zahtjevima obrade!
Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, dispergiranja, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskom, pilotnom i industrijskom mjerilu.
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 artemizinin i za što se upotrebljava?
Artemizinin je spoj dobiven iz biljke Artemisia annua, poznate pod nazivom slatki pelin. Prvenstveno je poznat po svojim antimalarijskim svojstvima i upotrebljava se u liječenju malarije. Artemizinin i njegovi derivati pokazali su visoku učinkovitost protiv sojeva malarije otpornih na lijekove, što ih čini ključnima u borbi protiv te bolesti.
Kad je riječ o industrijskoj upotrebi, artemizinin je zanimljiv zbog različitih potencijalnih primjena izvan medicine. Pokazao se obećavajućim u različitim područjima, poput poljoprivrede, gdje može djelovati kao prirodni herbicid i pesticid. Osim toga, provode se istraživanja njegove potencijalne primjene u liječenju raka. Te se primjene znanstveno istražuju i ispituju u pilotnom mjerilu radi uvođenja u različita industrijska područja.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi u veličinama od laboratorijskih do industrijskih.