초음파 처리를 통한 고효율 아르테미시닌 추출
고성능 초음파 처리를 이용하면 아르테미시닌을 효율적으로 추출할 수 있습니다. 초음파 추출은 온화한 용매를 사용하면서도 매우 높은 아르테미시닌 수율을 제공합니다. 초음파를 적용하면 추출 공정이 획기적으로 빨라집니다. 초음파 추출기의 처리 조건은 정밀하게 제어할 수 있어 열에 민감한 생체분자인 아르테미시닌의 분해를 방지할 수 있습니다.
아르테미시닌 추출
아르테미시닌은 Artemisia annua 식물의 선모 내에 존재하는 생리활성 분자로, 항말라리아제로 사용되며 암과 SARS-CoV-2를 비롯한 여러 다른 질병의 치료제로서도 높은 잠재력을 보입니다. 기존 추출법은 독성 용매를 사용하며 비용이 많이 들고 최적화되지 않은 공정입니다. 환경적·경제적으로 유리한 조건에서 아르테미시닌을 대규모로 생산하려면 효율적이고 친환경적인 추출 기술이 필요합니다. 초음파 추출은 널리 확립된 추출법으로, 무독성 용매인 물 또는 에탄올과 함께 사용할 수 있습니다. 초음파 추출은 높은 아르테미시닌 수율을 제공하는 것으로 이미 입증되었으므로 아르테미시닌 생산을 신속하게 대량 생산으로 확대할 수 있습니다. 산업 규모의 배치 및 인라인 처리를 위한 초음파 추출 장비도 쉽게 구할 수 있습니다.
초음파 추출기 UIP2000hdT – Artemisia annua 잎에서 아르테미시닌을 추출하는 산업용 배치 추출에 사용됩니다.
Artemisia annua에서 아르테미시닌의 초음파 추출
추출에 고출력 초음파를 사용하면 수율, 추출 시간, 친환경성, 비용 효율성을 비롯한 여러 주요 측면에서 다른 추출법보다 우수합니다.
기존 아르테미시닌 추출법의 단점
기존 아르테미시닌 추출법은 시간이 많이 걸리고, 적용되는 고온으로 인해 생리활성 분자인 아르테미시닌이 손상될 수 있으며, 고온에서 사용되는 유기 용매로 인해 환경에 미치는 영향이 큽니다. 또한 후속 공정에서는 조추출물의 불순물을 제거하기 위해 광범위한 정제가 필요합니다.
초음파 아르테미시닌 추출의 장점
추출에 고출력 초음파를 적용하면 추출 공정을 강화하는 여러 긍정적인 효과가 나타납니다. 고성능 초음파는 음향 캐비테이션을 생성합니다. 이 음향 캐비테이션은 세포 파쇄를 통해 식물 성분의 추출을 촉진하여 식물의 세포 기질에 갇혀 있던 생체분자를 방출합니다. 또한 캐비테이션에 의한 힘은 물질 전달을 강화하여 아르테미시닌과 같은 생체분자를 주변 용매로 효율적으로 이동시킵니다. 초음파 추출의 작동 원리는 캐비테이션의 순수한 기계적 힘에 기인합니다. 이는 초음파 처리가 비열적·비화학적 추출 기술임을 의미합니다. 아르테미시닌은 열에 민감한 화합물로, 높은 온도(예: 70°C)에서는 분해되므로 비열적 추출 기술인 초음파 추출이 특히 유리합니다. 따라서 아르테미시닌을 얻기 위해 Artemisia annua L.을 뜨거운 물에 넣고 끓일 수는 없습니다.
- 더 높은 수율
- 우수한 품질
- 신속한 추출
- 원하는 용매 선택
- 열분해 없음
- 생잎과 건조 잎 모두에 사용 가능
- 정밀하게 제어 가능한 조건
- 높은 비용 효율성
초음파 아르테미시닌 추출을 위한 친환경 용매
아르테미시닌 생산에 사용되는 전통적인 추출 용매에는 헥산, 석유 에테르 또는 디클로로메탄이 있습니다. 초음파를 이용한 추출은 에탄올이나 물과 같은 온화한 친환경 용매를 포함하여 어떤 용매와도 함께 사용할 수 있습니다. 에탄올을 이용한 아르테미시닌의 초음파 추출은 강한 용매를 사용할 때와 동등한 효율을 보입니다. 아르테미시닌은 수용성이 낮으므로 사이클로덱스트린을 사용하여 아르테미시닌의 초음파 냉수 추출을 개선할 수 있습니다.
초음파 아르테미시닌 추출이 이토록 효율적인 이유는 무엇일까요?
초음파 보조 추출의 장점을 이해하려면 고출력 초음파의 작동 원리를 이해해야 합니다. 고출력 초음파가 추출을 강화하는 메커니즘은 주로 음향 캐비테이션 현상에 기인합니다. 초음파 캐비테이션은 식물 바이오매스 입자(예: Artemisia annua L. 잎) 사이의 충돌을 일으켜 입자 간 파쇄와 입자 크기 감소를 유발합니다. 캐비테이션 기포가 식물성 고형물의 표면에서 붕괴하면 침식과 초음파 천공 작용으로 입자의 표면적이 더욱 커집니다. 이에 따라 강화된 물질 전달은 단백질, 지질, 당, 비타민, 항산화제, 식물성 화학물질(예: 아르테미시닌), 식이섬유와 같은 분자의 방출을 촉진합니다. 초음파로 발생한 전단력은 식물성 물질의 세포 기질로 용매가 침투하는 것을 개선하고 세포막의 투과성을 높입니다. 이러한 고출력 초음파의 메커니즘은 식물 추출에 초음파 처리를 적용할 때 달성되는 상당한 공정 강화의 원인입니다.
고출력 초음파는 식물의 세포 구조를 파쇄하고 생리활성 화합물을 방출하며 식물 원료와 용매(예: 에탄올) 사이의 물질 전달을 촉진합니다.
초음파 처리기 UP400St (400와트) 아르테미시닌 배치 추출용.
연구로 입증된 초음파 아르테미시닌 추출 결과
Artemisia annua 잎에서 아르테미시닌을 초음파로 추출하는 방법의 효율성과 실용성을 조사하기 위해 여러 과학적 연구가 수행되었습니다.
Briars와 Paniwnyk는 “저온에서 초음파를 사용하면 A. annua에서 추출되는 아르테미시닌의 수율이 약 58% 증가하며, 기존 침지법과 비교했을 때 추출물이 더 순수한 것으로 보인다. 따라서 추출 과정에서 초음파를 사용하면 더 저렴한 아르테미시닌 기반 치료제를 생산할 잠재력이 있다.”라고 밝혔습니다. (Briars and Paniwnyk, 2013)
Zhang 등(2017)은 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME)를 용매로 사용하는 초음파 아르테미시닌 추출을 연구했습니다. 초음파로 제조한 아르테미시닌 추출물은 초고성능 액체 크로마토그래피(UPLC)로 분석했습니다. 분석 결과는 추출물의 품질을 뒷받침했습니다. 공정의 우수한 반복성과 추출된 아르테미시닌의 안정성 덕분에, 친환경적이고 효율적인 모노에테르인 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME)를 용매로 사용하는 초음파 보조 추출은 식물에서 생리활성 분자를 추출하고 분리하는 데 큰 가능성을 보여줍니다. 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME)를 용매로 사용한 초음파 추출은 높은 전체 추출 효율과 높은 아르테미시닌 수율을 달성했습니다. (참조: Zhang et al., 2017)
또 다른 연구에서 Zhang 등(2020)은 하이드록시프로필-β-사이클로덱스트린을 사용한 아르테미시닌의 초음파 추출을 제시합니다. 사이클로덱스트린을 첨가하면 수용성이 낮은 화합물인 아르테미시닌의 방출이 개선되며, 물을 용매로 사용하면서도 우수한 추출 수율을 얻을 수 있습니다. 사이클로덱스트린과 초음파 추출을 병용하면 아르테미시닌의 양이 8.66 mg/g으로 증가했으며, 이는 물에서 얻은 해당 양인 1.70 mg/g보다 현저히 많습니다.
아르테미시닌 생산용 고성능 초음파 추출기
Hielscher Ultrasonics의 고성능 초음파 추출 시스템은 식품, 식이보충제, 의약품 생산 등 다양한 산업에서 연구개발, 소규모, 중규모 및 완전한 상업 생산 규모에 이르기까지 전 세계적으로 사용됩니다. 고성능 초음파 추출기는 추출 공정을 강화하고 수율을 높여 고품질 추출물 생산의 전반적인 효율을 향상시킵니다. Hielscher Ultrasonics는 모든 부피 / 공정 처리 용량에 맞는 추출 장비를 제공합니다. 식물 추출 분야에서 25년 이상의 경험을 보유한 Hielscher Ultrasonics는 Artemisia annua의 고성능 초음파 추출을 위한 신뢰할 수 있는 파트너입니다!
고성능 최첨단 초음파 처리기
Hielscher 초음파 처리기의 스마트 기능은 신뢰할 수 있는 작동, 재현 가능한 결과 및 사용자 편의성을 보장하도록 설계되었습니다. 디지털 컬러 터치 디스플레이와 브라우저 원격 제어를 통해 이용할 수 있는 직관적인 메뉴에서 작동 설정에 쉽게 접근하고 조정할 수 있습니다. 따라서 순 에너지, 총 에너지, 진폭, 시간, 압력 및 온도와 같은 모든 처리 조건이 내장 SD 카드에 자동으로 기록됩니다. 이를 통해 이전 초음파 처리 실행 내역을 검토하고 비교하며, 아르테미시닌 추출 공정을 최적화하여 최고의 효율을 달성할 수 있습니다.
Hielscher Ultrasonics 시스템은 고품질 식물 추출물 제조에 전 세계적으로 사용됩니다. Hielscher 산업용 초음파 처리기는 연속 운전(24/7/365) 시 높은 진폭으로 쉽게 작동할 수 있습니다. 표준 소노트로드(초음파 프로브 / 혼)를 사용하면 최대 200µm의 진폭을 연속적으로 쉽게 생성할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해서는 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. 당사의 초음파 추출 시스템은 견고하고 유지보수 요구가 적어 고강도 작업과 까다로운 환경에 널리 설치됩니다.
개똥쑥(Artemisia annua)에서 아르테미시닌을 초음파로 추출하는 방법에 대해 자세히 알아보려면 지금 문의해 주세요. 당사의 초음파 추출 시스템과 가격 정보를 기꺼이 보내드리겠습니다! 풍부한 경험을 갖춘 당사 직원이 고객의 응용 분야와 처리 요구 사항을 기꺼이 상담해 드리겠습니다!
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다:
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장비 |
|---|---|---|
| 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 |
| 해당 없음 | 10–100L/min | UIP16000 |
| 해당 없음 | 더 높은 유량 | 클러스터로 구성한 UIP16000 |
연락해 주세요! / 문의해 주세요!
Hielscher Ultrasonics는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 혼합, 분산, 유화 및 추출 용도로 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.
문헌 / 참고문헌
- 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.
아르테미시닌이란 무엇이며 어디에 사용되나요?
아르테미시닌은 흔히 개똥쑥으로 알려진 식물인 Artemisia annua에서 유래한 화합물입니다. 주로 항말라리아 특성으로 알려져 있으며 말라리아 치료에 사용됩니다. 아르테미시닌과 그 유도체는 약물 내성 말라리아 원충 균주에 매우 효과적이어서 말라리아 퇴치에 매우 중요합니다.
산업적 활용 측면에서 아르테미시닌은 의학 이외의 다양한 잠재적 응용 분야에서도 관심을 끌고 있습니다. 천연 제초제와 살충제로 작용할 수 있는 농업 등 다양한 분야에서 가능성을 보여 왔습니다. 또한 암 치료에 활용할 가능성을 탐색하는 연구도 진행되고 있습니다. 이러한 응용은 여러 산업 분야에 적용하기 위해 과학적으로 연구되고 파일럿 규모로 시험되고 있습니다.
Hielscher Ultrasonics는 고성능 초음파 균질기를 실험실 규모부터 산업 규모까지 제조합니다.