Estrazione altamente efficiente dell'artemisinina con la sonicazione

L'artemisinina può essere estratta in modo efficiente utilizzando la sonicazione ad alte prestazioni. L'estrazione a ultrasuoni fornisce rese molto elevate di artemisinina utilizzando solventi delicati. Il processo di estrazione con gli ultrasuoni viene accelerato drasticamente. Le condizioni di lavorazione negli estrattori a ultrasuoni sono controllabili con precisione, il che consente di prevenire la degradazione della biomolecola artemisinina, sensibile al calore.

Estrazione dell'artemisina

L'artemisinina è una molecola bioattiva presente all'interno delle ghiandole tricome della pianta Artemisia annua, che viene utilizzata come farmaco antimalarico e mostra un elevato potenziale come farmaco per il trattamento di diverse altre malattie, tra cui il cancro e la SARS-CoV-2. Il metodo di estrazione tradizionale prevede l'uso di solventi tossici ed è un processo costoso e non ottimale. Per produrre artemisinina su larga scala in condizioni favorevoli dal punto di vista ambientale ed economico, è necessaria una tecnica di estrazione efficiente e verde. L'estrazione a ultrasuoni è un metodo di estrazione ampiamente consolidato che può essere utilizzato in combinazione con acqua o etanolo come solventi non tossici. È già stato dimostrato che l'estrazione a ultrasuoni consente di ottenere elevati rendimenti di artemisinina, per cui la produzione di artemisinina può essere rapidamente scalata a grandi volumi. Le attrezzature per l'estrazione a ultrasuoni per il trattamento in batch e in linea a livello industriale sono prontamente disponibili.

Estrazione a ultrasuoni di artemisinina da Artemisia annua

L'uso degli ultrasuoni per l'estrazione è superiore ad altri metodi di estrazione per diversi fattori importanti, tra cui la resa, il tempo di estrazione, la compatibilità ambientale e l'efficienza dei costi.

Gli svantaggi dell'estrazione tradizionale dell'artemisina

I metodi tradizionali di estrazione dell'artemisina richiedono molto tempo, possono danneggiare le molecole bioattive dell'artemisina a causa delle alte temperature applicate e hanno un elevato impatto ambientale a causa dei solventi organici utilizzati ad alte temperature. Inoltre, nel processo a valle è necessaria un'ampia purificazione per rimuovere le impurità dall'estratto grezzo.

I vantaggi dell'estrazione dell'artemisina a ultrasuoni

L'applicazione di ultrasuoni di potenza per l'estrazione ha diversi effetti positivi che intensificano il processo di estrazione: Gli ultrasuoni ad alte prestazioni creano una cavitazione acustica. Questa cavitazione acustica favorisce l'estrazione botanica attraverso la rottura delle cellule, in modo che le biomolecole intrappolate vengano rilasciate dalla matrice cellulare della pianta. Inoltre, le forze cavitazionali intensificano il trasferimento di massa, trasportando le biomolecole come l'artemisinina in modo efficiente nel solvente circostante. Il principio di funzionamento dell'estrazione a ultrasuoni può essere ricondotto alle forze puramente meccaniche della cavitazione. Ciò significa che la sonicazione è una tecnica di estrazione non termica e non chimica. Essendo una tecnica di estrazione non termica, l'estrazione a ultrasuoni è particolarmente favorevole poiché l'artemisinina è un composto termosensibile, il che significa che temperature più elevate (ad esempio, 70°C) ne causano la decomposizione. Di conseguenza, l'Artemisia annua L. non può essere bollita in acqua calda per ottenere l'artemisinina.

Solventi verdi per l'estrazione ultrasonica dell'artemisina

I solventi di estrazione classici utilizzati per la produzione di artemisinina includono esano, etere di petrolio o diclorometano. L'estrazione a ultrasuoni è compatibile con qualsiasi solvente, compresi i solventi verdi e delicati come l'etanolo o l'acqua. L'estrazione a ultrasuoni dell'artemisinina con etanolo è ugualmente efficiente rispetto ai solventi aggressivi. Poiché l'artemisinina presenta una scarsa solubilità in acqua, le ciclodestrine possono essere utilizzate per migliorare l'estrazione ultrasonica in acqua fredda dell'artemisinina.

Cosa rende l'estrazione dell'artemisina a ultrasuoni così efficiente?

Per comprendere i vantaggi dell'estrazione assistita da ultrasuoni, è necessario capire il principio di funzionamento degli ultrasuoni di potenza. Il meccanismo di intensificazione dell'estrazione con gli ultrasuoni è principalmente attribuito al fenomeno della cavitazione acustica. La cavitazione ultrasonica provoca collisioni tra le particelle della biomassa botanica (come le foglie di Artemisia annua L.), con conseguente frazionamento interparticellare e riduzione delle dimensioni delle particelle. Quando le bolle di cavitazione collassano sulla superficie dei solidi vegetali, l'erosione e la sonoporazione ampliano ulteriormente la superficie delle particelle. Il trasferimento di massa così intensificato facilita il rilascio di molecole come proteine, lipidi, zuccheri, vitamine, antiossidanti, fitochimici (ad esempio, artemisinina) e fibre alimentari. Le forze di taglio generate dagli ultrasuoni migliorano la penetrazione del solvente nella matrice cellulare della materia vegetale e migliorano la permeabilità delle membrane cellulari. Questi meccanismi degli ultrasuoni di potenza sono responsabili della significativa intensificazione del processo ottenuta quando gli ultrasuoni vengono applicati per l'estrazione botanica.

Le onde degli ultrasuoni di potenza rompono la struttura cellulare delle piante, rilasciano i composti bioattivi e favoriscono il trasferimento di massa tra il materiale vegetale e il solvente (ad esempio, l'etanolo).

Risultati comprovati dalla ricerca sull'estrazione dell'artemisina con ultrasuoni

Sono stati intrapresi diversi studi scientifici per indagare l'efficienza e la praticabilità dell'estrazione ultrasonica dell'artemisinina dalle foglie di Artemisia annua.

Briars e Paniwnyk hanno dimostrato "che gli ultrasuoni a basse temperature aumentano la resa dell'artemisinina estratta da A. annua di circa il 58% e gli estratti appaiono più puri rispetto alla macerazione convenzionale; pertanto l'uso degli ultrasuoni durante l'estrazione ha il potenziale per produrre trattamenti a base di artemisinina a costi inferiori." (Briars e Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) hanno studiato l'estrazione ultrasonica dell'artemisinina utilizzando come solvente il propilenglicole metil etere (PGME). L'estratto di artemisinina prodotto a ultrasuoni è stato analizzato mediante cromatografia liquida a ultra prestazione (UPLC). I risultati delle analisi hanno evidenziato la qualità dell'estratto. Grazie alla buona ripetibilità del processo e alla stabilità dell'artemisinina estratta, l'estrazione assistita da ultrasuoni che utilizza come solvente il monoetere propilenglicole metil etere (PGME), ecologico ed efficiente, mostra grandi prospettive per l'estrazione e la separazione di molecole bioattive da prodotti botanici. L'estrazione a ultrasuoni utilizzando come solvente il propilenglicole metil etere (PGME) ha portato a un'elevata efficienza di estrazione complessiva e a rese elevate di artemisinina. (cfr. Zhang et al., 2017)

In un altro studio, Zhang et al. (2020) presentano l'estrazione a ultrasuoni dell'artemisinina utilizzando idrossipropil-β-ciclodestrina. L'aggiunta di ciclodestrina migliora il rilascio del composto scarsamente idrosolubile artemisinina e permette di utilizzare l'acqua come solvente con buone rese di estrazione. L'estrazione a ultrasuoni in combinazione con la ciclodestrina ha aumentato la quantità di artemisinina a 8,66 mg/g, che è significativamente superiore alla corrispondente quantità di 1,70 mg/g ottenuta in acqua.

Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di artemisinina

I sistemi di estrazione a ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo su R&D, piccole e medie imprese e livelli di produzione completamente commerciali in vari settori, come quello alimentare, degli integratori alimentari e farmaceutico. Gli estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni intensificano il processo di estrazione e aumentano la resa, migliorando così l'efficienza complessiva della produzione di estratti di alta qualità. Hielscher Ultrasonics offre apparecchiature di estrazione per qualsiasi volume/capacità di processo. Con un'esperienza nell'estrazione botanica di oltre 25 anni, Hielscher Ultrasonics è il vostro partner di fiducia per l'estrazione a ultrasuoni ad alte prestazioni di Artemisia annua!

Ultrasuonatori ad alte prestazioni e all'avanguardia

Le caratteristiche intelligenti degli ultrasuonatori Hielscher sono progettate per garantire un funzionamento affidabile, risultati riproducibili e facilità d'uso. Le impostazioni operative sono facilmente accessibili e selezionabili tramite un menu intuitivo, accessibile tramite display digitale a colori touch-display e telecomando browser. Tutte le condizioni di lavorazione, come energia netta, energia totale, ampiezza, tempo, pressione e temperatura, vengono automaticamente registrate su una scheda SD integrata. Ciò consente di rivedere e confrontare i precedenti cicli di sonicazione e di ottimizzare il processo di estrazione dell'artemisinina per ottenere la massima efficienza.
I sistemi a ultrasuoni Hielscher sono utilizzati in tutto il mondo per la produzione di estratti botanici di alta qualità. Gli ultrasonici industriali Hielscher possono facilmente gestire ampiezze elevate in funzionamento continuo (24/7/365). Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente generate in modo continuo con sonotrodi standard (sonde ad ultrasuoni / corna). Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Grazie alla loro robustezza e alla bassa manutenzione, i nostri sistemi di estrazione a ultrasuoni sono comunemente installati per applicazioni pesanti e in ambienti difficili.

Contattateci subito per saperne di più sull'estrazione a ultrasuoni dell'artemisinina dalla pianta Artemisia annua. Saremo lieti di inviarvi informazioni sui nostri sistemi di estrazione a ultrasuoni e sui prezzi! Il nostro personale esperto sarà lieto di discutere con voi le vostre applicazioni e i vostri requisiti di lavorazione!
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori: