Alkaloīdu ekstrakcija ar augstu iznākumu, izmantojot zondes tipa ultraskaņas iekārtas

Ekstrahējiet alkaloīdus no augu izejvielām ātrāk, pilnīgāk un ar precīzu procesa kontroli. Hielscher zondes tipa ultraskaņas iekārtas izmanto akustisko kavitāciju, lai atvērtu augu šūnas un intensificētu masas pārnesi, palīdzot iegūt augstu alkaloīdu iznākumu dažu minūšu, nevis stundu laikā.
Neatkarīgi no tā, vai apstrādājat lapas, saknes, mizu, sēklas vai citu augu materiālu, Hielscher ultraskaņas ekstraktori nodrošina reproducējamu ekstrakciju no laboratorijas izmēģinājumiem līdz pilotmēroga partijām un rūpnieciskai ražošanai plūsmas režīmā.

Kāpēc izvēlēties alkaloīdu ekstrakciju ar ultraskaņu?

• Augstāks ekstrakcijas iznākums, pateicoties efektīvai šūnu sagraušanai un uzlabotai šķīdinātāja iespiešanās spējai
• Īsāks apstrādes laiks salīdzinājumā ar macerāciju, novārīšanu, uzlējuma gatavošanu vai Soksleta ekstrakciju
• Mazāks šķīdinātāja patēriņš, izmantojot ūdeni, etanola ūdens šķīdumu, metanolu vai citus piemērotus šķīdinātājus
• Kontrolēta ekstrakta kvalitāte, regulējot amplitūdu, temperatūru, laiku un intensitāti
• Vienkārša mēroga palielināšana no maziem paraugiem līdz nepārtrauktai rūpnieciskai ekstrakcijai
• Uzticama dokumentācija ar automātisku procesa datu reģistrēšanu atkārtojamībai un kvalitātes nodrošināšanai

Ļoti efektīva alkaloīdu ekstrakcija, izmantojot lieljaudas ultraskaņu

Kā ekstrakcija ar ultraskaņu veicina alkaloīdu izdalīšanu?
Ekstrakcijā ar ultraskaņu izmanto zemas frekvences ultraskaņas viļņus (piemēram, ar 20–26kHz frekvenci) un ultraskaņas izraisīto akustisko kavitāciju. Augstas intensitātes ultraskaņas viļņi rada kavitācijas burbuļus, kas sabrūkot lokāli rada spiediena un temperatūras starpības ar augstu enerģijas blīvumu, kā arī spēcīgus bīdes spēkus, kas perforē un pārrauj augu šūnu sieniņas un augu audus. Kavitācijas radītā šķidruma plūsma veicina masas pārnesi starp šūnas iekšējo matricu un apkārtējo šķīdinātāju, tādējādi efektīvi atbrīvojot alkaloīdus. Alkaloīdu ekstrakcijai ar ultraskaņu augu materiālu (piemēram, samaltas kaltētas lapas) ievieto šķīdinātājā, kas parasti ir ūdens un organiska šķīdinātāja, piemēram, etanola ūdens šķīduma, maisījums. Ir konstatēts, ka polāri šķīdinātāji, piemēram, metanols un etanols, ir visefektīvākie augsta alkaloīdu iznākuma iegūšanai. Pēc īsas suspensijas – kas sastāv no augu materiāla un šķīdinātāja – apstrādes ar ultraskaņu alkaloīdi tiek atbrīvoti no augu šūnām un nonāk šķīdinātājā, no kura tos var izdalīt un attīrīt (piemēram, izmantojot rotācijas ietvaicētāju).

Galvenās alkaloīdu ekstrakcijas ar ultraskaņu priekšrocības

Ekstrakcija ar ultraskaņu tiek uzskatīta par pārāku ekstrakcijas metodi alkaloīdu izdalīšanai no augu materiāliem, jo tā piedāvā vairākas priekšrocības, tostarp:

1. Paaugstināta ekstrakcijas efektivitāte: Ekstrakcija ar ultraskaņu var palielināt alkaloīdu iznākumu par vairāk nekā 200% salīdzinājumā ar tradicionālajām ekstrakcijas metodēm.
2. Saīsināts ekstrakcijas laiks: Ekstrakcija ar ultraskaņu var ievērojami saīsināt ekstrakcijas laiku, ļaujot ātrāk un efektīvāk apstrādāt lielus augu materiāla apjomus.
3. Mazāks šķīdinātāja patēriņš: Ekstrakcija ar ultraskaņu var samazināt ekstrakcijai nepieciešamo šķīdinātāja daudzumu, tādējādi samazinot šķīdinātāja patēriņu un ietekmi uz vidi.
4. Selektīva ekstrakcija: Ekstrakciju ar ultraskaņu var izmantot noteiktu alkaloīdu selektīvai ekstrahēšanai, izvēloties piemērotu šķīdinātāju, procesa parametrus un ekstrakcijas temperatūru. Tā kā nevēlamie savienojumi paliek neekstrahēti, uzlabojas galaprodukta tīrība.
5. Vienkārša mēroga palielināšana: Ekstrakcijas ar ultraskaņu mērogu var viegli palielināt, lai apstrādātu lielākus augu materiāla apjomus, tādēļ tā ir piemērota komerciālai ražošanai. Ultraskaņas procesu mērogu var palielināt lineāri, kas atvieglo to ieviešanu rūpnieciskā mērogā.

Kopumā ekstrakcija ar ultraskaņu nodrošina ātrāku, efektīvāku un videi draudzīgāku pieeju alkaloīdu izolēšanai no augu materiāliem.

Alkaloīdu ekstrakcija ar ultraskaņu no dzeloņainās anonas lapām

Nolasco-González et al. (2022) pētīja bioaktīvo savienojumu, tostarp fenola savienojumu, alkaloīdu un acetogenīnu (visiem piemīt augsta antioksidatīvā kapacitāte), ekstrakcijas ar ultraskaņu iedarbīgumu un efektivitāti no augu sugas Annona muricata (dzeloņainās anonas) lapām. Ekstrakcijai ar ultraskaņu viņi izmantoja zondes tipa ultraskaņas procesoru UP400S šādos apstākļos: 80% amplitūda, 0,7 s impulsu cikls, apstrādes ilgums 4,54 min. Kopējie šķīstošie fenoli (TSP) tika ekstrahēti, izmantojot 0,5 g žāvētu lapu pulvera un 20 mL acetona un ūdens maisījuma (80:20 v/v). Ar ultraskaņu iegūtais ekstrakts saturēja 178,48 mg/100 mL šķīstošo fenolu, 20,18 mg/100 mL kopējo flavonoīdu, 27,81 mg/100 mL hidrolizējamo polifenolu, 167,07 mg/100 mL kondensēto tanīnu, 30,44 mg/100 mL kopējo alkaloīdu un 14,62 mg/100 mL kopējo acetogenīnu. Ekstraktam, kas izolēts ar zondes tipa ultraskaņas procesoru U400S (skatīt attēlu pa kreisi), bija augsta antioksidatīvā kapacitāte un atkarībā no savienojuma veida no ~6 līdz ~927 reizēm lielāks bioaktīvo savienojumu saturs nekā novārījumā vai uzlējumā. Paraugos tika identificēti divdesmit četri dažādi fenola savienojumi, un ar ultraskaņu izolētajā ekstraktā tika iegūta visaugstākā koncentrācija.
[sk. Nolasco-González et al., 2022]

Ar ultraskaņas asistēto ekstrakciju (UAE), novārīšanu un uzliešanu optimālos apstākļos iegūto ekstraktu antioksidatīvā kapacitāte. Ar ultraskaņu iegūtajiem ekstraktiem pastāvīgi ir ievērojami augstāka antioksidatīvā kapacitāte.
(Pētījums un grafiks: ©Nolasco-González et al., 2022)

Fenola savienojumu HPLC hromatogramma Annona muricata lapu ekstraktam, kas izolēts ar ultraskaņu, izmantojot ultraskaņas procesoru UP400S.
(1) šikīmskābe, (2) gallusskābe, (3) protokatehīnskābe, (4) neohlorogēnskābe,
(5) 3,4-dihidroksifeniletiķskābe, (6) 4-hidroksibenzoskābe, (7) hlorogēnskābe, (8) 4-hidroksifeniletiķskābe, (9) vanilīnskābe, (10) siringskābe, (11) 3-hidroksibenzoskābe, (12) kafijskābe, (13) 4-hidroksibenzaldehīds, (14) homovanilīnskābe, (15) 3-(4-hidroksifenil), (16) p-kumārskābe, (17) trans-ferulskābe, (18) trans-kanēļskābe, (19) gallokatehīns, (20) epigallokatehīns, (21) katehīns,(22) epikatehīns, (23) rutīns, (24) ellagskābe.
(Pētījums un grafiks: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) ieguva līdzīgus apstiprinātus rezultātus, ziņojot par 2,3 reizes lielāku alkaloīdu daudzumu, kas ekstrahēts no A. muricata lapām, apstrādājot tās ar ultraskaņu (340 W, 56◦C, 30 min), salīdzinājumā ar Soksleta ekstrakciju (7 h, 80◦C).

Indola alkaloīdu ekstrakcija no mimozas sakņu mizas un ajavaskas, izmantojot ultraskaņas procesoru

Mimozas sakņu miza, kā arī ajavaskas lapas satur alkaloīdu N,N-dimetiltriptamīnu (DMT). Dimetiltriptamīns (DMT) pašlaik tiek pētīts klīniskajos pētījumos tā halucinogēnās iedarbības dēļ un tādējādi kā potenciāls medikaments depresijas un pēctraumatiskā stresa traucējumu (PTSD) ārstēšanai. Apstrāde ar ultraskaņu efektīvi veicina šī alkaloīda atbrīvošanu un izdalīšanu no Mimosa hostilis saknēm un Psychotria viridis lapām (ajavaskas). DMT ekstrakcija ar ultraskaņu nodrošina augstu iznākumu ļoti īsā laikā. Hielscher zondes tipa ultraskaņas ierīces ir saderīgas ar gandrīz jebkuru šķīdinātāju un tiek izmantotas farmaceitiskas kvalitātes bioaktīvo savienojumu ražošanai izmantošanai pētniecībā un medicīnā, kā arī paraugu sagatavošanai pirms analītiskām kvalitātes un iedarbības stipruma pārbaudēm. Tādējādi Hielscher ultraskaņas ierīces var daudzējādā ziņā atvieglot DMT medicīniskos pētījumus un augu izpēti.
Visizplatītākais indola alkaloīda N,N-dimetiltriptamīna (DMT) avots ir juremas koks – šo alkaloīdu iegūst no Mimosa hostilis saknēm (plaši pazīstams kā jurema preta). Ajavaska ir tradicionāls citas augu sugas nosaukums; šīs sugas krūma Psychotria viridis lapas ir bagātas ar DMT.
Gan mimozas sakņu miza (arī mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis sakņu miza; saīsināti MHRB), gan ajavaskas lapas satur dažādus bioaktīvus savienojumus, kuru potenciāls terapeitiskai lietošanai pašlaik tiek pētīts klīniskajos pētījumos. Mimozas sakņu miza satur tanīnus, saponīnus, triptamīnus, alkaloīdus, lipīdus, fitoindolus, ksilozi, fitosterīnus, glikozīdus, ramnozi, arabinozi, metoksihalkonus, lupeolu un kukulkanīnus. Šos bioaktīvos savienojumus var efektīvi ekstrahēt no sakņu mizas, izmantojot zondes tipa ultraskaņas ierīces. Ekstrakcija ar ultraskaņu ir pārāka metode mērķvielu, piemēram, alkaloīdu, izdalīšanai no augu materiāla, piemēram, mimozas sakņu mizas un ajavaskas lapām. Apstrāde ar ultraskaņu izceļas ar augstu iznākumu ļoti īsā ekstrakcijas laikā. Saudzīgi procesa apstākļi nodrošina visaugstāko ekstrakta kvalitāti, novēršot aktīvo molekulu nevēlamu noārdīšanos.

Ekstrakcijas iekārtu komplekts vielu izdalīšanai no augiem: Zondes tipa ultraskaņas ierīce UP400ST, Büchi vakuuma filtrs un rotācijas iztvaicētājs fitoķīmisko savienojumu, piemēram, alkaloīdu un fenolu, ekstrakcijai.

Hielscher ultraskaņas ierīces efektīvai alkaloīdu ekstrakcijai

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata augstas veiktspējas ultraskaņas ekstraktorus, kurus izmanto gan zinātniskajā pētniecībā, gan farmaceitiskas kvalitātes ekstraktu ražošanā.
Izcila ekstrakcijas efektivitāte:Ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību ir zinātniski pierādīta metode ar ārkārtīgi augstu efektivitāti bioaktīvo savienojumu ekstrakcijā no augiem. Tradicionālās metodes bieži prasa ilgu laiku (no vairākām stundām līdz pat dienām), savukārt augu ekstrakcija ar ultraskaņu aizņem tikai dažas minūtes.

Augsts ekstrakcijas iznākums un izcila ekstrakta kvalitāte ar Hielscher ultraskaņas ierīcēm

Ekstrakcija ar ultraskaņu ļauj pilnībā atbrīvot bioaktīvos savienojumus no augu materiāla. Ultraskaņas kavitācija sagrauj šūnu matricu un efektīvi atbrīvo bioaktīvās molekulas apkārtējā šķīdinātājā. Salīdzinošie pētījumi parādīja, ka apstrāde ar ultraskaņu nodrošina lielāku ekstrakta iznākumu nekā citas ekstrakcijas metodes (piemēram, Soksleta ekstrakcija, macerācija, novārīšana, uzlējuma pagatavošana). Ultraskaņas ekstrakcija ir saderīga ar jebkuru šķīdinātāju, tādējādi ļaujot izmantot arī ļoti saudzīgus šķīdinātājus, piemēram, ūdeni vai etanola ūdens šķīdumu. Atbilstoši konkrētajām ekstrakcijas prasībām var izvēlēties polārus vai nepolārus šķīdinātājus, un pāreja no viena šķīdinātāja uz citu nesagādā grūtības. Precīza procesa parametru (piemēram, amplitūdas) kontrole, saudzīgu šķīdinātāju izmantošana un precīza temperatūras kontrole novērš bioaktīvo savienojumu (piemēram, alkaloīdu, polifenolu, flavonoīdu, kanabinoīdu u. c.) noārdīšanos un piesārņošanu ultraskaņas ekstrakcijas laikā.

Hielscher ultraskaņas iekārtu daudzpusīga izmantošana

Lai gan alternatīvas ekstrakcijas metodes (piemēram, ekstrakcija ar superkritisko CO2, ekstrakcija ar šķīdinātājiem, perkolācija u. c.) bieži ir piemērojamas tikai noteiktu molekulu ekstrakcijai atkarībā no to molekulmasas, šķīdības un jutības pret karstumu, ekstrakcija ar Hielscher augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtām ļauj daudzpusīgi ekstrahēt jebkuru augu savienojumu. Ultraskaņas veicinātu ekstrakciju var droši izmantot, lai iegūtu plaša spektra ekstraktus, kas satur tādus bioaktīvos savienojumus kā polifenoli, alkaloīdi, antrahinoni, flavonoīdi, glikozīdi, lipīdi, pektīns un polisaharīdi.

Izcila energoefektivitāte un draudzīgums videi

Ekstrahējot ārstnieciskos savienojumus no augiem, ultraskaņas veicinātas ekstrakcijas enerģijas patēriņš ir ievērojami mazāks nekā tradicionālajām metodēm.

Uzticamība, pateicoties procesa standartizācijai ar Hielscher Ultrasonics

Hielscher ultraskaņas iekārtas ļauj precīzi kontrolēt visus ultraskaņas procesa parametrus, piemēram, amplitūdu, intensitāti, ilgumu un temperatūru. Procesa parametrus var viegli kontrolēt, un tie tiek nepārtraukti uzraudzīti. Turklāt visi procesa parametri tiek automātiski reģistrēti CSV failā iebūvētajā SD kartē. Tas ļauj operatoram pārskatīt apstrādes ar ultraskaņu ciklus, optimizēt ekstrakcijas procesu un nodrošināt nemainīgu ekstrakta kvalitāti. Hielscher ultraskaņas iekārtas ļauj ražotājiem iegūt izcilas kvalitātes augu ekstraktus un atvieglo labas ražošanas prakses (GMP) prasību izpildi.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu: