Extractie van alkaloïden met een sonde-ultrasoonapparaat
Alkaloïden zijn bioactieve verbindingen die efficiënt uit planten kunnen worden geëxtraheerd met behulp van ultrasone trillingen. Alkaloïden vertonen een breed scala aan biologische effecten en worden daarom gebruikt als geneesmiddelen en therapeutica. Ultrasone extractie is de voorkeurstechniek om hoogwaardige alkaloïde-extracten uit plantaardig materiaal te produceren. Ultrasone extractie resulteert in een zeer hoge opbrengst aan alkaloïden, terwijl de extractietijd kort is en de ultrasone apparatuur veilig en eenvoudig te bedienen is.
Zeer efficiënte extractie van alkaloïden met behulp van ultrageluid
Hoe bevordert ultrasone extractie de isolatie van alkaloïden?
Ultrasone extractie maakt gebruik van laagfrequente ultrasone golven (bijv. 20-26kHz frequentie) en het ultrasone effect van akoestische cavitatie. Ultrasone golven met hoge intensiteit creëren cavitatiebellen die instorten, waardoor lokaal energiedichte druk- en temperatuurverschillen worden gegenereerd, evenals krachtige schuifkrachten, die de celwanden van planten perforeren en openbreken en plantenweefsel openbreken. De vloeistofstroom die door cavitatie wordt gegenereerd, bevordert de massaoverdracht tussen de intracellulaire matrix en het omringende oplosmiddel, zodat de alkaloïden efficiënt worden vrijgegeven. Voor ultrasone alkaloïde-extractie wordt het plantmateriaal (bijv. gemalen gedroogde bladeren) in een oplosmiddel geplaatst, dat meestal een mengsel is van water en een organisch oplosmiddel zoals waterige ethanol. Polaire oplosmiddelen zoals methanol en ethanol blijken het meest efficiënt te zijn voor hoge alkaloïde-opbrengsten. Na een korte ultrasone behandeling van de drijfmest – bestaande uit plantaardig materiaal en oplosmiddel – de alkaloïden komen vrij uit de plantencellen en zijn aanwezig in het oplosmiddel, waaruit ze kunnen worden geïsoleerd en gezuiverd (bijvoorbeeld met een rotor-verdamper).
Ultrasone UP400St voor de extractie van alkaloïden uit plantaardig materiaal.
Belangrijkste voordelen van ultrasone alkaloïde extractie
Ultrasone extractie wordt beschouwd als een superieure extractietechniek voor de isolatie van alkaloïden uit plantaardig materiaal, omdat het verschillende voordelen biedt, waaronder:
- Verhoogde extractie-efficiëntie: Ultrasone extractie kan de opbrengst van alkaloïden met meer dan 200% verhogen vergeleken met traditionele extractiemethoden.
- Kortere extractietijd: Ultrasone extractie kan de extractietijd aanzienlijk verkorten, waardoor grote hoeveelheden plantenmateriaal sneller en efficiënter verwerkt kunnen worden.
- Lager verbruik van oplosmiddelen: Ultrasone extractie kan de hoeveelheid oplosmiddel verminderen die nodig is voor de extractie, wat leidt tot een lager verbruik van oplosmiddelen en een geringere belasting van het milieu.
- Selectieve extractie: Ultrasone extractie kan worden gebruikt om bepaalde alkaloïden selectief te extraheren door het geschikte oplosmiddel, de procesparameters en de extractietemperatuur te kiezen. Omdat ongewenste verbindingen achterblijven, wordt de zuiverheid van het eindproduct verbeterd.
- Gemakkelijk op te schalen: Ultrasone extractie kan eenvoudig worden opgeschaald om grotere hoeveelheden plantmateriaal te verwerken, waardoor het geschikt is voor commerciële productie. Ultrasone processen kunnen lineair worden geschaald, wat de implementatie op industriële schaal vergemakkelijkt.
In het algemeen biedt ultrasone extractie een snellere, efficiëntere en milieuvriendelijkere aanpak voor het isoleren van alkaloïden uit plantaardig materiaal.
Ultrasone extractie van alkaloïden uit de bladeren van de zuurzakboom
Nolasco-González et al. (2022) onderzochten de effectiviteit en efficiëntie van ultrasone extractie van bioactieve bestanddelen waaronder fenolverbindingen, alkaloïden, acetogeninen (allemaal met een hoge antioxidantcapaciteit) uit de bladeren van de plantensoort Annona muricata (zuurzakboom). Voor de ultrasone extractie gebruikten ze de sonde-type ultrasoon UP400S onder de volgende omstandigheden: 80% amplitude, 0,7 s pulscyclus, gedurende 4,54 min. Totaal oplosbare fenolen (TSP) werden geëxtraheerd met behulp van 0,5 g gedroogd bladpoeder en 20 ml aceton: water (80:20 v/v). Het ultrasoon geproduceerde extract bevatte 178,48 mg/100 ml oplosbare fenolen, 20,18 mg/100 ml totaal flavonoïden, 27,81 mg/100 ml hydrolyseerbare polyfenolen, 167,07 mg/100 ml gecondenseerde tannines, 30,44 mg/100 ml totaal alkaloïden en 14,62 mg/100 ml totaal acetogeninen. Het extract dat werd geïsoleerd met de U400S ultrasone sonde (zie afbeelding links) vertoonde een hoge antioxidantcapaciteit en een hoger gehalte aan bioactieve bestanddelen, variërend van ~6 tot ~927-voudig ten opzichte van afkooksel of aftreksel, afhankelijk van het type verbinding. Er werden vierentwintig verschillende fenolische verbindingen geïdentificeerd in de monsters en het ultrasoon geïsoleerde extract produceerde de hoogste concentratie.
[cf. Nolasco-González et al., 2022].
Antioxidantcapaciteit van extracten verkregen door de optimale omstandigheden van ultrasoon geassisteerde extractie (UAE), afkooksel en infusie. Ultrasone extracten vertonen consistent een significant hogere antioxidantcapaciteit.
HPLC-chromatogram van fenolische verbindingen uit ultrasoon geïsoleerd extract van Annona muricata-bladeren met behulp van de ultrasone UP400S.
Lee et al. (2021) hadden soortgelijke bevestigde resultaten toen ze 2,3-maal meer alkaloïden rapporteerden uit A. muricata-bladeren die geëxtraheerd waren onder ultrasoneren (340 W, 56◦C, 30 min) in vergelijking met Soxhlet-extractie (7 uur, 80◦C).
Ultrasone extractor UIP1000hdT met roerder voor alkaloïdenextractie in batchmodus.
Extractie van indoolalkaloïden uit de bast van de Mimosawortel en Ayahuasca met behulp van een ultrasoonapparaat
Zowel de bast van de Mimosa wortel als ayahuasca bladeren bevatten de alkaloïde N,N-dimethyltryptamine (DMT). Dimethyltryptamine (DMT) wordt momenteel onderzocht in klinische studies op zijn hallucinogene effecten en dus als een potentieel medicijn voor de behandeling van depressie en posttraumatische stressstoornissen (PTSS). Ultrasoon extractie bevordert effectief het vrijkomen en isoleren van de alkaloïde uit de wortels van Mimosa hostilis en de bladeren van Psychotria viridis (ayahuasca). Ultrasone DMT extractie levert een hoge opbrengst binnen zeer korte tijd. Hielscher ultrasone apparaten zijn compatibel met bijna elk oplosmiddel en worden gebruikt voor de productie van bioactieve stoffen van farmaceutische kwaliteit voor gebruik in onderzoek en medische omgevingen en voor monsterpreparatie voor analytische kwaliteits- en potentietests. Daarom kunnen Hielscher ultrasone apparaten medisch DMT- en botanisch onderzoek op talloze manieren vergemakkelijken.
De meest voorkomende bron van de indool akaloïde N,N-dimethyltryptamine (DMT) in jurema boom, is afkomstig van Mimosa hostilis wortels (algemeen bekend als jurema preta). Ayahuasca is de traditionele naam voor een andere plantensoort, waarvan de bladeren van de struik Psychotria viridis rijk zijn aan DMT.
Zowel de bast van de mimosawortel (ook wel mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; afgekort MHRB) als ayahuasca bladeren bevatten verschillende bioactieve bestanddelen, die momenteel in klinische studies onderzocht worden op hun potentieel als therapeutisch geneesmiddel. Mimosa wortelschors bevat tannines, saponinen, tryptamines, alkaloïden, lipiden, fyto-indolen, xylose, fytosterolen, glucosiden, rhamnose, arabinose, methoxychalconen, lupeol en kukulkaninen. Deze bioactieve stoffen kunnen efficiënt uit de wortelschors worden geëxtraheerd met behulp van ultrasone sondetoestellen. Ultrasone extractie is de superieure techniek om doelsubstanties zoals alkaloïden te isoleren uit botanisch materiaal zoals de bast van de mimosawortel en ayahuasca-bladeren. Sonificatie blinkt uit door hoge opbrengsten binnen een zeer korte extractietijd. Milde procescondities garanderen de hoogste extractkwaliteit en voorkomen ongewenste degradatie van de actieve moleculen.
Extractieopstelling voor botanische isolatie: Sonde-type ultrasoonapparaat UP400STBüchi vacuümfilter en rotor-verdamper voor de extractie van fytochemicaliën zoals alkaloïden en fenolen.
Ultrasone extractor UIP2000hdT met roestvrijstalen batch van farmaceutische kwaliteit voor de industriële productie van alkaloïde extracten.
Hielscher ultrasone apparaten voor efficiënte extractie van alkaloïden
Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert hoogwaardige ultrasone extractors die worden gebruikt voor wetenschappelijk onderzoek en voor de productie van farmaceutische extracten.
Superieure extractie-efficiëntieUltrasone extractie is een wetenschappelijk bewezen techniek met een buitengewoon hoog rendement voor de extractie van bioactieve stoffen uit planten. Terwijl traditionele methoden vaak veel tijd in beslag nemen (enkele uren tot dagen), duurt ultrasone botanische extractie slechts enkele minuten.
Hoog extractierendement en superieure extractkwaliteit met Hielscher ultrasoonapparaten
Ultrasone extractie zorgt ervoor dat bioactieve stoffen volledig vrijkomen uit het plantmateriaal. Ultrasone cavitatie breekt de cellulaire matrix en laat de bioactieve moleculen efficiënt vrij in het omringende oplosmiddel. Vergelijkende studies hebben aangetoond dat sonicatie een hoger extractrendement geeft dan andere extractietechnieken (bijv. Soxhlet, maceratie, afkooksel, infusie). Ultrasone extractie is compatibel met elk oplosmiddel en maakt daardoor ook het gebruik van zeer milde oplosmiddelen zoals water of waterige ethanol mogelijk. Afhankelijk van de specifieke extractievereisten kunnen polaire en apolaire oplosmiddelen worden gekozen en is het overschakelen tussen oplosmiddelen geen probleem. Nauwkeurige controle over de procesparameters (bijv. amplitude), gebruik van milde oplosmiddelen en exacte temperatuurregeling voorkomen degradatie en verontreiniging van bioactieve verbindingen (bijv. alkaloïden, polyfenolen, flavonoïden, cannabinoïden etc.) tijdens ultrasone extractie.
Veelzijdige toepassing van Hielscher ultrasoonapparatuur
Terwijl alternatieve extractietechnieken (bijv. superkritische CO2, oplosmiddelextractie, percolatie enz.) vaak alleen toepasbaar zijn voor de extractie van specifieke moleculen, afhankelijk van moleculair gewicht, oplosbaarheid en warmtegevoeligheid, maakt de extractie met Hielscher krachtige ultrasone apparaten de veelzijdige extractie van elke botanische verbinding mogelijk. Ultrasone extractie kan betrouwbaar worden toegepast voor de extractie van extracten met een breed spectrum die bioactieve verbindingen bevatten zoals polyfenolen, alkaloïden, anthrachinonen, flavonoïden, glycosiden, lipiden, pectine en polysacchariden.
Uitstekende energie-efficiëntie en milieuvriendelijkheid
Het energieverbruik van ultrasone extractie is veel lager dan dat van de traditionele methoden voor het extraheren van medicinale verbindingen uit planten.
Betrouwbaarheid dankzij processtandaardisatie met Hielscher Ultrasonics
Hielscher ultrasoonapparatuur maakt een nauwkeurige regeling mogelijk van alle ultrasone procesparameters, zoals amplitude, intensiteit, duur en temperatuur. De procesparameters kunnen eenvoudig worden geregeld en worden continu bewaakt. Bovendien worden alle procesparameters automatisch geprotocolleerd als CSV-bestand op een ingebouwde SD-kaart. Dit stelt de operator in staat om sonicatieruns te herzien, het extractieproces te optimaliseren en een consistente extractkwaliteit te garanderen. Hielscher ultrasoonapparaten stellen fabrikanten in staat om botanische extracten van superieure kwaliteit te produceren en vergemakkelijken de naleving van Good Manufacturing Practice (GMP).
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 tot 150 liter | 3 tot 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op!? Vraag het ons!
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispergeren, emulgeren en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.
Literatuur? Referenties
- Nolasco-González, Y.; Chacón-López, M.A.; Ortiz-Basurto, R.I.; Aguilera-Aguirre, S.; González-Aguilar, G.A.; Rodríguez-Aguayo, C.; Navarro-Cortez, M.C.; García-Galindo, H.S.; García-Magaña, M.d.L.; Meza-Espinoza, L.; Montalvo-González, E. (2022): Annona muricata Leaves as a Source of Bioactive Compounds: Extraction and Quantification Using Ultrasound. Horticulturae 2022, 8, 560.
- Aguilar-Hernandez, G., Zepeda-Vallejo, L. G., Lourdes Garcia-Magana, M. D., de los Angeles Vivar-Vera, M., Perez-Larios, A., Giron-Perez, M. I., Coria-Tellez, A. V., Rodriguez-Aguayo, C., Montalvo-Gonzalez, E. (2020): Extraction of Alkaloids Using Ultrasound from Pulp and By-Products of Soursop Fruit (Annona muricata L.). Applied Sciences, Vol. 10, No. 14, 15 July 2020.
- Chia Hau Lee, Ting Hun Lee, Pei Ying Ong, Syie Luing Wong, Norfadilah Hamdan, Amal A.M. Elgharbawy, Nurul Alia Azmi (2021): Integrated ultrasound-mechanical stirrer technique for extraction of total alkaloid content from Annona muricata. Process Biochemistry, Volume 109, 2021. 104-116.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Wetenswaardigheden
Wat zijn alkaloïden?
Alkaloïden vormen een klasse van natuurlijk voorkomende stikstofhoudende verbindingen met een laag moleculair gewicht die vaak worden aangetroffen als secundaire metabolieten in het plantenrijk. Een alkaloïde bevat ten minste één stikstofatoom. Alkaloïden worden biochemisch gesynthetiseerd uit een van de volgende drie veel voorkomende aminozuren – lysine, tyrosine en tryptofaan.
In planten komen alkaloïden meestal voor als zouten van organische zuren zoals azijnzuur, appelzuur, melkzuur, citroenzuur, oxaalzuur, wijnsteenzuur, looizuur en andere zuren. Sommige zwak basische alkaloïden (zoals nicotine) komen vrij voor in de natuur. Enkele alkaloïden komen ook voor als glycosiden van suiker zoals glucose, rhamnose en galactose, bijvoorbeeld alkaloïden van de solanumgroep (solanine), als amiden (piperine) en als esters (atropine, cocaïne) van organische zuren (vgl. Ramawat et al., 2009).
Veel alkaloïden zijn bioactieve verbindingen met medicinale of therapeutische effecten. Specifieke soorten alkaloïden worden bijvoorbeeld gebruikt voor de behandeling van verschillende ziekten, zoals malaria, diabetes, specifieke kankersoorten, hartstoornissen, depressies enz.
Aangezien veel alkaloïden sterke bioactieve eigenschappen vertonen, is het gebruik ervan als farmaceutica, verdovende middelen, stimulerende middelen en vergiften overgenomen of wordt er wetenschappelijk onderzoek naar gedaan. Morfine, een bekende alkaloïde uit Papaver somniferum papaver, wordt gebruikt als farmaceutisch medicijn in de hedendaagse geneeskunde. Kinine en codeïne zijn twee andere soorten alkaloïden die voor medische doeleinden worden gebruikt. Onder medisch toezicht en in medisch voorgeschreven doses zijn alkaloïden farmacologisch nuttig. Bij verkeerd gebruik kunnen sommige alkaloïden echter giftig zijn bij hoge doses. De alkaloïde strychnine wordt bijvoorbeeld gebruikt als een zeer effectief toxine dat wordt gebruikt als bestrijdingsmiddel tegen kleine wervels.
Voorbeelden van alkaloïden in planten
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
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.