Estrazione degli alcaloidi con l'ausilio di una sonda-ultrasuoni

Gli alcaloidi sono composti bioattivi che possono essere estratti efficacemente dalle piante mediante ultrasuoni. Gli alcaloidi presentano un'ampia gamma di effetti biologici e sono quindi utilizzati come prodotti farmaceutici e terapeutici. L'estrazione a ultrasuoni è la tecnica preferita per produrre estratti di alcaloidi di alta qualità da materiale vegetale. L'estrazione a ultrasuoni consente di ottenere rese alcaloidi molto elevate, mentre il tempo di estrazione è breve e l'apparecchiatura a ultrasuoni è sicura e facile da usare.

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 ultrasonore a bassa frequenza (ad esempio, 20-26 kHz) e l'effetto di cavitazione acustica degli ultrasuoni. Le onde ultrasonore ad alta intensità creano bolle di cavitazione che collassano, generando differenziali di pressione e temperatura ad alta densità energetica e potenti forze di taglio, che perforano e rompono le pareti delle cellule e i tessuti vegetali. Il flusso di liquido generato dalla cavitazione favorisce il trasferimento di massa tra la matrice intracellulare e il solvente circostante, in modo che gli alcaloidi vengano rilasciati in modo efficiente. Per l'estrazione degli alcaloidi con gli ultrasuoni, il materiale vegetale (ad esempio, foglie secche macinate) viene posto in un solvente, che di solito è una miscela di acqua e un solvente organico come l'etanolo acquoso. I solventi polari, come il metanolo e l'etanolo, si sono rivelati i più efficaci per ottenere elevate rese di alcaloidi. Dopo un breve trattamento a ultrasuoni dello slurry – costituito da materiale vegetale e solvente – gli alcaloidi vengono rilasciati dalle cellule vegetali e sono presenti nel solvente, dal quale possono essere isolati e purificati (ad esempio, utilizzando un rotore-evaporatore).

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Estrazione a ultrasuoni in batch di alcaloidi da materiale vegetale utilizzando la sonda a ultrasuoni UP400St.

ultrasuonatore UP400St per l'estrazione di alcaloidi dal materiale vegetale.

Il video mostra l'estrazione ad ultrasuoni altamente efficiente e rapida degli alcaloidi dal tabacco. Il processore a ultrasuoni utilizzato è un ultrasuonatore Hielscher UP400St, ideale per preparare lotti di medie dimensioni di estratti di alta qualità. Per grandi volumi, Hielscher Ultrasonics fornisce sistemi industriali a ultrasuoni per l'estrazione continua in linea.

Estrazione dell'intero spettro dal tabacco con gli ultrasuoni UP400St

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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 in quanto 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. Riduzione dei tempi di estrazione: 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. Minor consumo di solventi: L'estrazione a ultrasuoni può ridurre la quantità di solvente necessaria per l'estrazione, con conseguente riduzione del consumo di solvente e dell'impatto ambientale.
  4. Estrazione selettiva: L'estrazione a ultrasuoni può essere utilizzata per estrarre selettivamente alcuni alcaloidi scegliendo il solvente adatto, i parametri del processo e la temperatura di estrazione. Poiché i composti indesiderati vengono abbandonati, la purezza del prodotto finale viene migliorata.
  5. Facile da scalare: L'estrazione a ultrasuoni può essere facilmente scalata per gestire volumi maggiori di materiale vegetale, rendendola adatta alla produzione commerciale. I processi a ultrasuoni possono essere scalati linearmente, il che facilita l'implementazione su scala industriale.

Nel complesso, l'estrazione a ultrasuoni offre un approccio più rapido, efficiente ed ecologico all'isolamento degli alcaloidi dai materiali vegetali.

Estrazione ultrasonica di alcaloidi dalle foglie dell'albero di Soursop

Per l'estrazione degli alcaloidi dalle foglie essiccate è stato utilizzato l'estrattore a ultrasuoni UP400ST con sensore di temperatura.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 (albero di soursop). Per l'estrazione a ultrasuoni è stato utilizzato l'ultrasuonatore a sonda UP400S alle seguenti condizioni: 80% di ampiezza, ciclo di impulsi di 0,7 s, per 4,54 minuti. I fenoli totali solubili (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 con gli 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 l'ultrasuonatore a sonda U400S (vedi foto a sinistra) ha mostrato un'elevata capacità antiossidante e un contenuto di composti bioattivi superiore da ~6 a ~927 volte rispetto al decotto o all'infuso, a seconda del tipo di composto. Nei campioni sono stati identificati ventiquattro diversi composti fenolici e l'estratto isolato con gli ultrasuoni ha prodotto la concentrazione più alta.
[cfr. Nolasco-González et al., 2022].

L'estrazione ultrasonica degli alcaloidi fornisce rese superiori con un'elevata capacità antiossidante e supera tecniche di estrazione come il decotto e l'infusione.

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

L'estrazione a ultrasuoni con l'UP400S ha dato un estratto a spettro completo contenente un'alta resa di numerosi composti fenolici.

Cromatogramma HPLC dei composti fenolici dell'estratto isolato a ultrasuoni di foglie di Annona muricata utilizzando l'ultrasuonatore UP400S.
(1) acido shikimico, (2) acido gallico, (3) acido protocatecuico, (4) acido neoclorogenico,
(5) acido 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-idrossifenile), (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 ottenuto risultati simili e confermati, riportando una quantità di alcaloidi 2,3 volte superiore dalle foglie di A. muricata estratte con ultrasuoni (340 W, 56◦C, 30 min) rispetto all'estrazione Soxhlet (7 h, 80◦C).

Estrattore a ultrasuoni a sonda per l'isolamento di alcaloidi da materiali vegetali come foglie, corteccia, radici e fusti.

Estrattore a ultrasuoni UIP1000hdT con agitatore per l'estrazione degli alcaloidi in modalità batch.

Estrazione a ultrasuoni di alcaloidi specifici

Estrazione di alcaloidi indolici dalla corteccia di radice di mimosa e dall'ayahuasca con l'uso di un ultrasuonatore

La corteccia della radice 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). Gli ultrasuoni favoriscono efficacemente il rilascio e l'isolamento dell'alcaloide dalle radici di Mimosa hostilis e dalle foglie di Psychotria viridis (ayahuasca). L'estrazione a ultrasuoni della DMT produce rese elevate in tempi molto brevi. Compatibili con quasi tutti i solventi, gli ultrasonici Hielscher a sonda sono utilizzati per la produzione di composti bioattivi di qualità farmaceutica da utilizzare in ambito medico e di ricerca, nonché per la preparazione dei campioni prima dei test analitici di qualità e potenza. Pertanto, gli ultrasuonatori Hielscher possono facilitare la ricerca medica sulla DMT e sulla botanica in molti modi.
La fonte più comune dell'alcaloide indolico N,N-dimetiltriptamina (DMT) nell'albero di jurema proviene dalle radici della Mimosa hostilis (comunemente nota come jurema preta). Ayahuasca è il nome tradizionale di un'altra specie vegetale, in cui le foglie dell'arbusto Psychotria viridis sono ricche di DMT.
Sia la corteccia della radice di mimosa (anche mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; abbreviato MHRB) che le foglie di ayahuasca contengono vari composti bioattivi, che sono attualmente oggetto di studi clinici sul loro potenziale terapeutico. La corteccia della radice 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 della radice utilizzando ultrasuoni a sonda. L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica superiore per isolare sostanze target come gli alcaloidi da materiale botanico come la corteccia della radice di mimosa e le foglie di ayahuasca. La sonicazione eccelle in quanto fornisce rese elevate in un tempo di estrazione molto breve. Le condizioni di processo delicate garantiscono la massima qualità dell'estratto, evitando la degradazione indesiderata delle molecole attive.

Estrazione e purificazione a ultrasuoni di sostanze fitochimiche dalle piante: L'immagine mostra l'ultrasuonatore a sonda UP400ST, un filtro sottovuoto Büchi e un rotore-evaporatore per l'estrazione della curcumina.

Configurazione dell'estrazione per l'isolamento botanico: sonda ad ultrasuoni UP400St, filtro sottovuoto Büchi e rotore-evaporatore per l'estrazione di sostanze fitochimiche come alcaloidi e fenoli.

Gli estrattori a ultrasuoni di Hielscher consentono di produrre in modo affidabile ed efficiente grandi quantità di estratti di alcaloidi. L'estrazione a ultrasuoni consente di ottenere elevate rese di alcaloidi di qualità superiore in tempi brevi.

Estrattore a ultrasuoni UIP2000hdT con lotto in acciaio inox di qualità farmaceutica per la produzione industriale di estratti di alcaloidi.

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In questa presentazione vi presentiamo la produzione di estratti botanici. Spiegheremo le sfide della produzione di estratti botanici di alta qualità e come un sonicatore può aiutarvi a superarle. Questa presentazione vi mostrerà come funziona l'estrazione a ultrasuoni. Imparerete quali vantaggi potete aspettarvi utilizzando un sonicatore per l'estrazione e come potete implementare un estrattore a ultrasuoni nella vostra produzione di estratti.

Estrazione botanica a ultrasuoni - Come utilizzare i sonicatori per estrarre i composti botanici

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Ultrasuonatori 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 qualità farmaceutica.
Efficienza di estrazione superiore:L'estrazione assistita da ultrasuoni è una tecnica scientificamente provata con una straordinaria efficienza nell'estrazione di composti bioattivi dalle piante. Mentre i metodi tradizionali richiedono spesso molto tempo (da diverse ore a giorni), l'estrazione botanica a ultrasuoni richiede solo pochi minuti.

Elevata resa di estrazione e qualità superiore dell'estratto con gli ultrasuoni Hielscher

L'estrazione guidata dagli ultrasuoni consente il rilascio completo dei composti bioattivi dal materiale vegetale. La cavitazione ultrasonica rompe la matrice cellulare e rilascia le molecole bioattive in modo efficiente nel solvente circostante. Studi comparativi hanno dimostrato che la sonicazione fornisce rese di estratto più elevate rispetto ad altre tecniche di estrazione (ad esempio Soxhlet, macerazione, decozione, infusione). L'estrazione a ultrasuoni è compatibile con qualsiasi solvente e consente quindi di utilizzare anche solventi molto blandi come acqua o etanolo acquoso. In base alle specifiche esigenze di estrazione, è possibile scegliere solventi polari e non polari e passare da un solvente all'altro non è un problema. Il controllo preciso dei parametri di processo (ad esempio, l'ampiezza), l'uso di solventi delicati e l'esatto controllo della temperatura impediscono la degradazione e la contaminazione dei composti bioattivi (ad esempio, alcaloidi, polifenoli, flavonoidi, cannabinoidi ecc.) durante l'estrazione a ultrasuoni.

Applicazioni versatili degli ultrasonici Hielscher

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

Eccellente efficienza energetica e rispetto dell'ambiente

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

Affidabilità grazie alla standardizzazione dei processi con gli ultrasuoni Hielscher

Gli ultrasuonatori Hielscher possono essere controllati a distanza tramite un controllo via browser. I parametri di sonicazione possono essere monitorati e regolati con precisione in base ai requisiti del processo.Gli ultrasuonatori Hielscher consentono di controllare con precisione tutti i parametri del processo a ultrasuoni, come ampiezza, intensità, durata e temperatura. I parametri di processo possono essere facilmente controllati e sono costantemente monitorati. Inoltre, tutti i parametri di processo vengono automaticamente protocollati come file CSV su una scheda SD integrata. Ciò consente all'operatore di rivedere i cicli di sonicazione, di ottimizzare il processo di estrazione e di garantire una qualità costante dell'estratto. Gli ultrasuonatori Hielscher consentono ai produttori di produrre estratti botanici di qualità superiore e facilitano il rispetto delle Norme di Buona Fabbricazione (GMP).

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
Da 15 a 150L Da 3 a 15L/min UIP6000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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L'estrazione botanica a ultrasuoni offre rese più elevate. L'omogeneizzatore Hielscher UIP2000hdT, da 2000 watt, è sufficientemente potente per estrarre facilmente lotti da 10 litri a 120 litri.

Estrazione a ultrasuoni di sostanze botaniche - 30 litri per lotto da 8 galloni

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Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.



Letteratura / Referenze

Particolarità / Cose da sapere

Cosa sono gli alcaloidi?

Gli alcaloidi costituiscono una classe di composti azotati a basso peso molecolare presenti in natura, spesso presenti come metaboliti secondari nel regno vegetale. Un alcaloide contiene almeno un atomo di azoto. Gli alcaloidi sono sintetizzati biochimicamente a partire da uno dei seguenti tre amminoacidi comuni – lisina, tirosina e triptofano.
Nelle piante, gli alcaloidi esistono generalmente come sali di acidi organici come l'acetico, il malico, il lattico, il citrico, l'ossalico, il tartarico, il tannico e altri acidi. Alcuni alcaloidi debolmente basici (come la nicotina) sono presenti liberamente in natura. Alcuni alcaloidi sono presenti anche come glicosidi di zuccheri come il glucosio, il ramnosio e il galattosio, ad esempio gli alcaloidi del gruppo del solanum (solanina), come ammidi (piperina) e come esteri (atropina, cocaina) di acidi organici (cfr. Ramawat et al., 2009).
Molti alcaloidi sono composti bioattivi che hanno effetti medicinali o terapeutici. Ad esempio, alcuni tipi specifici di alcaloidi sono utilizzati per trattare diverse malattie, tra cui la malaria, i diabetici, specifici tipi di cancro, disfunzioni cardiache, depressione, ecc.
Poiché molti alcaloidi mostrano forti proprietà bioattive, il loro uso come farmaci, narcotici, stimolanti e veleni è stato adottato o è oggetto di ricerca scientifica. La morfina, un noto alcaloide del papavero Papaver somniferum, è usata come farmaco nella medicina di oggi. Il chinino e la codeina sono altri due tipi di alcaloidi utilizzati per scopi medici. Sotto controllo medico e a dosi prescritte dal medico, gli alcaloidi sono farmacologicamente utili. Tuttavia, se usati in modo sbagliato, alcuni alcaloidi possono essere tossici a dosi elevate. L'alcaloide stricnina, ad esempio, è una tossina molto efficace utilizzata come pesticida contro le piccole vertebre.

Esempi di alcuni alcaloidi presenti nelle piante

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


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.


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