Estrazione di alcaloidi ad alta resa con sonicatori a sonda

Estraete gli alcaloidi dai materiali vegetali più rapidamente, in modo più completo e con un controllo preciso del processo. I sonicatori a sonda Hielscher utilizzano la cavitazione acustica per aprire le cellule vegetali e intensificare il trasferimento di massa, aiutandovi a ottenere rese elevate di alcaloidi in pochi minuti anziché in ore.
Che si tratti di foglie, radici, corteccia, semi o altro materiale vegetale, gli estrattori a ultrasuoni Hielscher consentono un’estrazione riproducibile, dalle prove di laboratorio ai lotti pilota fino alla produzione industriale in linea.

Perché scegliere l’estrazione di alcaloidi a ultrasuoni?

• Rese di estrazione più elevate grazie a una disgregazione cellulare efficiente e a una migliore penetrazione del solvente
• Tempi di trattamento più brevi rispetto a macerazione, decozione, infusione o estrazione Soxhlet
• Minore impiego di solvente con acqua, etanolo acquoso, metanolo o altri solventi idonei
• Qualità controllata dell’estratto grazie alla regolazione di ampiezza, temperatura, tempo e intensità
• Facile aumento di scala, dai piccoli campioni all’estrazione industriale continua
• Documentazione affidabile con registrazione automatica dei dati di processo per la ripetibilità e l’assicurazione della qualità

Estrazione di alcaloidi ad alta efficienza mediante ultrasuoni di potenza

In che modo l’estrazione a ultrasuoni favorisce l’isolamento degli alcaloidi?
L’estrazione a ultrasuoni utilizza onde ultrasoniche a bassa frequenza (ad es. una frequenza di 20–26kHz) e l’effetto di cavitazione acustica degli ultrasuoni. Le onde ultrasoniche ad alta intensità creano bolle di cavitazione che collassano, generando localmente differenze di pressione e temperatura ad alta densità energetica, oltre a potenti forze di taglio che perforano e rompono le pareti cellulari e il tessuto vegetale. Il movimento del liquido generato dalla cavitazione favorisce il trasferimento di massa tra la matrice intracellulare e il solvente circostante, consentendo un rilascio efficiente degli alcaloidi. Per l’estrazione di alcaloidi a ultrasuoni, il materiale vegetale (ad es. foglie essiccate e macinate) viene immerso in un solvente, generalmente una miscela di acqua e un solvente organico, come l’etanolo acquoso. I solventi polari, come metanolo ed etanolo, si sono dimostrati i più efficienti per ottenere rese elevate di alcaloidi. Dopo un breve trattamento a ultrasuoni della sospensione – composta da materiale vegetale e solvente – gli alcaloidi vengono rilasciati dalle cellule vegetali e si trovano nel solvente, dal quale possono essere isolati e purificati (ad es. mediante un evaporatore rotante).

Principali vantaggi dell’estrazione di alcaloidi a ultrasuoni

L’estrazione a ultrasuoni è considerata una tecnica di estrazione superiore per l’isolamento degli alcaloidi dai materiali vegetali, poiché offre diversi vantaggi, tra cui:

1. Maggiore efficienza di estrazione: L’estrazione a ultrasuoni può aumentare la resa degli alcaloidi di oltre il 200% rispetto ai metodi di estrazione tradizionali.
2. Tempo di estrazione ridotto: L’estrazione a ultrasuoni può ridurre significativamente il tempo di estrazione, consentendo un trattamento più rapido ed efficiente di grandi volumi di materiale vegetale.
3. Minore consumo di solvente: L’estrazione a ultrasuoni può ridurre la quantità di solvente necessaria per l’estrazione, diminuendo il consumo di solvente e l’impatto ambientale.
4. Estrazione selettiva: L’estrazione a ultrasuoni può essere utilizzata per estrarre selettivamente determinati alcaloidi scegliendo il solvente, i parametri di processo e la temperatura di estrazione idonei. Poiché i composti indesiderati non vengono estratti, la purezza del prodotto finale migliora.
5. Facile aumento di scala: L’estrazione a ultrasuoni può essere facilmente portata a una scala maggiore per trattare volumi più grandi di materiale vegetale, risultando adatta alla produzione commerciale. I processi a ultrasuoni possono essere scalati linearmente, facilitandone l’implementazione su scala industriale.

Nel complesso, l’estrazione a ultrasuoni offre un approccio più rapido, più efficiente e più rispettoso dell’ambiente all’isolamento degli alcaloidi dai materiali vegetali.

Estrazione di alcaloidi a ultrasuoni dalle foglie della graviola

Nolasco-González et al. (2022) hanno studiato l’efficacia e l’efficienza dell’estrazione a ultrasuoni di composti bioattivi, tra cui composti fenolici, alcaloidi e acetogenine (tutti con elevata capacità antiossidante), dalle foglie della specie vegetale Annona muricata (graviola). Per l’estrazione a ultrasuoni hanno utilizzato il sonicatore a sonda UP400S nelle seguenti condizioni: ampiezza dell’80%, ciclo di impulsi di 0,7 s, per 4,54 min. I fenoli solubili totali (TSP) sono stati estratti utilizzando 0,5 g di polvere di foglie essiccate e 20 mL di acetone: acqua (80:20 v/v). L’estratto prodotto mediante ultrasuoni conteneva 178,48 mg/100 mL di fenoli solubili, 20,18 mg/100 mL di flavonoidi totali, 27,81 mg/100 mL di polifenoli idrolizzabili, 167,07 mg/100 mL di tannini condensati, 30,44 mg/100 mL di alcaloidi totali e 14,62 mg/100 mL di acetogenine totali. L’estratto isolato con il sonicatore a sonda U400S (vedere l’immagine a sinistra) presentava un’elevata capacità antiossidante e un contenuto di composti bioattivi da ~6 a ~927 volte superiore rispetto alla decozione o all’infusione, a seconda del tipo di composto. Nei campioni sono stati identificati ventiquattro diversi composti fenolici e l’estratto isolato mediante ultrasuoni ha fornito la concentrazione più elevata.
[cfr. Nolasco-González et al., 2022]

Capacità antiossidante degli estratti ottenuti nelle condizioni ottimali di estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), decozione e infusione. Gli estratti ottenuti mediante ultrasuoni mostrano sistematicamente una capacità antiossidante significativamente più elevata.
(Studio e grafico: ©Nolasco-González et al., 2022)

Cromatogramma HPLC dei composti fenolici dell’estratto di foglie di Annona muricata isolato mediante ultrasuoni utilizzando il sonicatore UP400S.
(1) acido shikimico, (2) acido gallico, (3) acido protocatecuico, (4) acido neoclorogenico,
(5) 3,4-diidrossifenilacetico, (6) acido 4-idrossibenzoico, (7) acido clorogenico, (8) 4-idrossifenilacetico, (9) acido vanillico, (10) acido siringico, (11) acido 3-idrossibenzoico, (12) acido caffeico, (13) 4-idrossibenzaldeide, (14) acido omovanillico, (15) 3-(4-idrossifenil), (16) acido p-cumarico, (17) acido trans-ferulico, (18) acido trans-cinnamico, (19) gallocatechina, (20) epigallocatechina, (21) catechina, (22) epicatechina, (23) rutina, (24) acido ellagico.
(Studio e grafico: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) hanno confermato risultati simili, riportando una quantità di alcaloidi 2,3 volte maggiore dalle foglie di A. muricata estratte mediante sonicazione (340 W, 56◦C, 30 min) rispetto all’estrazione Soxhlet (7 h, 80◦C).

Estrazione di alcaloidi indolici dalla corteccia radicale di mimosa e dall’ayahuasca mediante un sonicatore

La corteccia radicale di mimosa e le foglie di ayahuasca contengono l’alcaloide N,N-dimetiltriptamina (DMT). La dimetiltriptamina (DMT) è attualmente oggetto di studi clinici per i suoi effetti allucinogeni e quindi come potenziale farmaco per il trattamento della depressione e dei disturbi da stress post-traumatico (PTSD). La sonicazione favorisce efficacemente il rilascio e l’isolamento dell’alcaloide dalle radici di Mimosa hostilis e dalle foglie di Psychotria viridis (ayahuasca). L’estrazione della DMT a ultrasuoni produce rese elevate in tempi molto brevi. Compatibili con quasi tutti i solventi, i sonicatori a sonda Hielscher vengono utilizzati per produrre composti bioattivi di grado farmaceutico destinati alla ricerca e all’impiego in ambito medico, nonché per preparare i campioni prima delle analisi di qualità e potenza. Pertanto, i sonicatori Hielscher possono agevolare in numerosi modi la ricerca medica sulla DMT e la ricerca botanica.
La fonte più comune dell’alcaloide indolico N,N-dimetiltriptamina (DMT) nell’albero di jurema sono le radici di Mimosa hostilis (comunemente nota come jurema preta). Ayahuasca è il nome tradizionale di un’altra specie vegetale, le cui foglie, appartenenti all’arbusto Psychotria viridis, sono ricche di DMT.
Sia la corteccia radicale di mimosa (anche mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; abbrev. MHRB) sia le foglie di ayahuasca contengono vari composti bioattivi attualmente oggetto di studi clinici per il loro potenziale impiego come farmaci terapeutici. La corteccia radicale di mimosa contiene tannini, saponine, triptamine, alcaloidi, lipidi, fitoindoli, xilosio, fitosteroli, glucosidi, ramnosio, arabinosio, metossicalconi, lupeolo e kukulkanine. Questi composti bioattivi possono essere estratti efficacemente dalla corteccia radicale utilizzando sonicatori a sonda. L’estrazione a ultrasuoni è una tecnica superiore per isolare sostanze bersaglio, come gli alcaloidi, da materiali vegetali quali la corteccia radicale di mimosa e le foglie di ayahuasca. La sonicazione si distingue per le rese elevate ottenute in tempi di estrazione molto brevi. Le condizioni di processo blande assicurano la massima qualità dell’estratto, prevenendo la degradazione indesiderata delle molecole attive.

Configurazione di estrazione per l’isolamento di composti vegetali: Sonicatore a sonda UP400ST, filtro sottovuoto Büchi ed evaporatore rotante per l’estrazione di composti fitochimici quali alcaloidi e fenoli.

Sonicatori Hielscher per un’estrazione efficiente degli alcaloidi

Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni utilizzati per la ricerca scientifica e per la produzione di estratti di grado farmaceutico.
Efficienza di estrazione superiore: L’estrazione assistita da ultrasuoni è una tecnica scientificamente comprovata, con un’efficienza straordinariamente elevata nell’estrazione di composti bioattivi dalle piante. Mentre i metodi tradizionali richiedono spesso molto tempo (da diverse ore a giorni), l’estrazione di composti vegetali a ultrasuoni richiede solo pochi minuti.

Resa di estrazione elevata e qualità superiore dell’estratto con i sonicatori Hielscher

L’estrazione mediante ultrasuoni consente il rilascio completo dei composti bioattivi dal materiale vegetale. La cavitazione ultrasonica rompe la matrice cellulare e rilascia efficacemente le molecole bioattive nel solvente circostante. Studi comparativi hanno dimostrato che la sonicazione fornisce rese di estrazione più elevate rispetto ad altre tecniche di estrazione (ad es. Soxhlet, macerazione, decozione, infusione). L’estrazione a ultrasuoni è compatibile con qualsiasi solvente e consente quindi anche l’uso di solventi molto blandi, come acqua o etanolo acquoso. In base ai requisiti specifici dell’estrazione, è possibile scegliere solventi polari e apolari e passare da un solvente all’altro senza problemi. Il controllo preciso dei parametri di processo (ad es. l’ampiezza), l’impiego di solventi blandi e il controllo esatto della temperatura prevengono la degradazione e la contaminazione dei composti bioattivi (ad es. alcaloidi, polifenoli, flavonoidi, cannabinoidi ecc.) durante l’estrazione a ultrasuoni.

Applicazioni versatili dei sonicatori Hielscher

Mentre le tecniche di estrazione alternative (ad es. CO2 supercritica, estrazione con solvente, percolazione ecc.) sono spesso applicabili soltanto all’estrazione di molecole specifiche, a seconda del peso molecolare, della solubilità e della sensibilità al calore, l’estrazione con i sonicatori Hielscher ad alte prestazioni consente l’estrazione versatile di qualsiasi composto vegetale. L’estrazione assistita da ultrasuoni può essere applicata in modo affidabile per ottenere estratti ad ampio spettro contenenti composti bioattivi quali polifenoli, alcaloidi, antrachinoni, flavonoidi, glicosidi, lipidi, pectina e polisaccaridi.

Eccellente efficienza energetica e rispetto dell’ambiente

Il consumo energetico dell’estrazione assistita da ultrasuoni è nettamente inferiore a quello dei metodi tradizionali per l’estrazione di composti medicinali dalle piante.

Affidabilità grazie alla standardizzazione del processo con Hielscher Ultrasonics

I sonicatori Hielscher consentono un controllo preciso di tutti i parametri del processo a ultrasuoni, quali ampiezza, intensità, durata e temperatura. I parametri di processo possono essere controllati facilmente e vengono monitorati continuamente. Inoltre, tutti i parametri di processo vengono registrati automaticamente in un file CSV su una scheda SD integrata. Ciò consente all’operatore di riesaminare i cicli di sonicazione, ottimizzare il processo di estrazione e assicurare una qualità costante dell’estratto. I sonicatori Hielscher consentono ai produttori di ottenere estratti vegetali di qualità superiore e agevolano il rispetto delle buone pratiche di fabbricazione (GMP).

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori: