Zeer efficiënte artemisinine-extractie met Sonicatie
Artemisinine kan efficiënt worden geëxtraheerd met behulp van krachtige sonicatie. Ultrasone extractie geeft zeer hoge opbrengsten van artemisinine met gebruik van milde oplosmiddelen. Het extractieproces met behulp van ultrasoon geluid wordt drastisch versneld. De verwerkingsomstandigheden in ultrasone extractors zijn nauwkeurig te regelen, waardoor degradatie van het warmtegevoelige biomolecuul artemisinine kan worden voorkomen.
Extractie van artemisinine
Artemisinine is een bioactieve molecule die aanwezig is in de trichoomklieren van de Artemisia annua plant, die gebruikt wordt als geneesmiddel tegen malaria en een groot potentieel heeft als geneesmiddel voor de behandeling van verschillende andere ziekten, waaronder kanker en SARS-CoV-2. De traditionele extractiemethode omvat giftige oplosmiddelen en is duur, suboptimaal proces. De traditionele extractiemethode maakt gebruik van giftige oplosmiddelen en is een duur, suboptimaal proces. Om artemisinine op grote schaal onder ecologisch en economisch gunstige omstandigheden te produceren, is een efficiënte en groene extractietechniek nodig. Ultrasone extractie is een wijdverbreide extractiemethode die kan worden gebruikt in combinatie met water of ethanol als niet-toxische oplosmiddelen. Het is al bewezen dat ultrasone extractie een hoge opbrengst aan artemisinine oplevert, zodat de artemisinineproductie snel kan worden opgeschaald naar grote volumes. Ultrasone extractieapparatuur voor batch- en inlineverwerking op industrieel niveau is direct beschikbaar.
Ultrasone extractor UIP2000hdT voor industriële batch-extractie van artemisinine uit Artemisia annua-bladeren.
Ultrasone extractie van artemisinine uit Artemisia annua
Het gebruik van ultrageluid voor de extractie overtreft andere extractiemethoden in verschillende belangrijke factoren, waaronder opbrengst, extractietijd, milieuvriendelijkheid en kostenefficiëntie.
De nadelen van traditionele artemisininewinning
Traditionele extractiemethoden voor artemisinine zijn tijdrovend, kunnen de bioactieve moleculen artemisinine beschadigen vanwege de hoge temperaturen die worden toegepast, en hebben een grote impact op het milieu vanwege de organische oplosmiddelen die bij hoge temperaturen worden gebruikt. Bovendien is in het downstreamproces uitgebreide zuivering nodig om onzuiverheden uit het ruwe extract te verwijderen.
De voordelen van ultrasone artemisinine extractie
Het toepassen van krachtig ultrageluid voor extractie heeft verschillende positieve effecten die het extractieproces intensiveren: Krachtig ultrageluid creëert akoestische cavitatie. Deze akoestische cavitatie bevordert botanische extractie door celdisruptie, zodat de ingesloten biomoleculen vrijkomen uit de celmatrix van de plant. Bovendien intensiveren de cavitatiekrachten de massaoverdracht, waardoor de biomoleculen zoals artemisinine efficiënt in het omringende oplosmiddel worden getransporteerd. Het werkingsprincipe van ultrasone extractie kan worden toegeschreven aan zuiver mechanische cavitatiekrachten. Dit betekent dat sonicatie een niet-thermische, niet-chemische extractietechniek is. Omdat het een niet-thermische extractietechniek is, is ultrasone extractie vooral gunstig omdat artemisinine een thermisch gevoelige verbinding is, wat betekent dat hogere temperaturen (bijv. 70°C) de ontbinding veroorzaken. Bijgevolg kon Artemisia annua L. niet in heet water worden gekookt om artemisinine te verkrijgen.
- hogere opbrengsten
- Superieure kwaliteit
- snelle extractie
- Kies het oplosmiddel van je voorkeur
- Geen thermische degradatie
- Werkt met verse en gedroogde bladeren
- Precies controleerbare omstandigheden
- Kostenefficiënt
Groene oplosmiddelen voor ultrasone artemisinine-extractie
Klassieke extractiemiddelen die gebruikt worden voor de productie van artemisinine zijn hexaan, petroleumether of dichloormethaan. Ultrasone extractie is compatibel met elk oplosmiddel, inclusief milde, groene oplosmiddelen zoals ethanol of water. Ultrasone extractie van artemisinine met ethanol is even efficiënt in vergelijking met agressieve oplosmiddelen. Omdat artemisinine slecht oplosbaar is in water, kunnen cyclodextrinen worden gebruikt om de ultrasone koudwaterextractie van artemisinine te verbeteren.
Wat maakt ultrasone artemisinine extractie zo efficiënt?
Om de voordelen van ultrasoon ondersteunde extractie te begrijpen, moet het werkingsprincipe van power ultrasound worden begrepen. Het extractieversterkende mechanisme van ultrageluid wordt voornamelijk toegeschreven aan het fenomeen van akoestische cavitatie. Ultrasone cavitatie veroorzaakt botsingen tussen deeltjes van de botanische biomassa (zoals Artemisia annua L. bladeren), wat resulteert in interparticulaire fractionering en verkleining van de deeltjesgrootte. Wanneer cavitatiebellen instorten op het oppervlak van de plantaardige vaste stoffen, vergroten erosie en sonoporatie het deeltjesoppervlak verder. De daardoor versterkte massaoverdracht vergemakkelijkt het vrijkomen van moleculen zoals proteïnen, lipiden, suikers, vitaminen, antioxidanten, fytochemicaliën (bijv. artemisinine) en voedingsvezels. Ultrasoon gegenereerde schuifkrachten verbeteren de penetratie van het oplosmiddel in de cellulaire matrix van het plantaardige materiaal en verbeteren de doorlaatbaarheid van de celmembranen. Deze mechanismen van krachtige ultrasoon zijn verantwoordelijk voor de aanzienlijke procesintensivering die wordt bereikt wanneer ultrasoonbehandeling wordt toegepast voor botanische extractie.
Krachtige ultrasone golven verstoren de celstructuur van plantaardige stoffen, maken de bioactieve bestanddelen vrij en bevorderen de massaoverdracht tussen het plantaardige materiaal en het oplosmiddel (bijv. ethanol).
Ultrasoonapparaat UP400St (400 watt) voor batch-extractie van artemisinine.
Bewezen resultaten van ultrasone artemisinine-extractie
Er zijn verschillende wetenschappelijke onderzoeken gedaan naar de efficiëntie en bruikbaarheid van ultrasone artemisinine-extractie uit Artemisia annua-bladeren.
Briars en Paniwnyk toonden aan "dat ultrageluid bij lage temperaturen de opbrengst van uit A. annua geëxtraheerde artemisinine met ongeveer 58% verhoogt en dat de extracten zuiverder lijken in vergelijking met conventioneel weken; daarom heeft het gebruik van ultrageluid tijdens de extractie het potentieel voor het produceren van goedkopere behandelingen op basis van artemisinine". (Briars en Paniwnyk, 2013)
Zhang et al. (2017) onderzochten ultrasone artemisinine-extractie met propyleenglycolmethylether (PGME) als oplosmiddel. Ultrasoon geproduceerd artemisinine-extract werd geanalyseerd met Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC). De analyseresultaten onderstreepten de kwaliteit van het extract. Vanwege de goede herhaalbaarheid van het proces en de stabiliteit van het geëxtraheerde artemisinine, biedt ultrasoon ondersteunde extractie met de groene en efficiënte monoether propyleenglycolmethylether (PGME) als oplosmiddel grote vooruitzichten voor de extractie en scheiding van bioactieve moleculen uit plantaardige producten. Ultrasone extractie met propyleenglycolmethylether (PGME) als oplosmiddel resulteerde in een hoge algehele extractie-efficiëntie en een hoge opbrengst aan artemisinine. (cf. Zhang et al., 2017)
In een ander onderzoek presenteren Zhang et al. (2020) de ultrasone extractie van artemisinine met hydroxypropyl-β-cyclodextrine. De toevoeging van cyclodextrine verbetert de afgifte van de slecht in water oplosbare verbinding artemisinine en maakt het mogelijk om water als oplosmiddel te gebruiken met goede extractieopbrengsten. Ultrasone extractie in combinatie met cyclodextrine verhoogde de hoeveelheid artemisinine tot 8,66 mg/g, wat aanzienlijk meer is dan de overeenkomstige hoeveelheid van 1,70 mg/g verkregen in water.
Ultrasone extractoren met hoge prestaties voor de productie van artemisinine
Ultrasone afzuigsystemen met hoge prestaties van Hielscher Ultrasonics worden wereldwijd gebruikt op R&D, kleine, middelgrote en volledig commerciële productieniveaus in verschillende industrieën zoals de productie van voedingsmiddelen, voedingssupplementen en farmaceutische producten. Krachtige ultrasone extractoren intensiveren het extractieproces en verhogen de opbrengst, waardoor de algehele efficiëntie van de productie van hoogwaardige extracten wordt verbeterd. Hielscher Ultrasonics biedt extractieapparatuur voor elk volume / procescapaciteit. Met meer dan 25 jaar ervaring in botanische extractie is Hielscher Ultrasonics uw vertrouwde partner voor hoogwaardige ultrasone extractie van Artemisia annua!
Ultrasone apparaten met hoge prestaties en geavanceerde technologie
De slimme functies van Hielscher ultrasoonapparaten zijn ontworpen om een betrouwbare werking, reproduceerbare resultaten en gebruiksvriendelijkheid te garanderen. Operationele instellingen zijn eenvoudig toegankelijk en te kiezen via een intuïtief menu dat toegankelijk is via het digitale kleuren touch-display en de browser-afstandsbediening. Daarom worden alle verwerkingscondities zoals netto-energie, totale energie, amplitude, tijd, druk en temperatuur automatisch opgeslagen op een ingebouwde SD-kaart. Hierdoor kunt u eerdere sonicatieruns herzien en vergelijken en het artemisinine extractieproces optimaliseren voor de hoogste efficiëntie.
Hielscher ultrasone systemen worden wereldwijd gebruikt voor de productie van hoogwaardige botanische extracten. Hielscher industriële ultrasone systemen kunnen gemakkelijk hoge amplitudes leveren in continu bedrijf (24/7/365). Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gegenereerd met standaard sonotrodes (ultrasone sondes/ hoorns). Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes verkrijgbaar. Vanwege hun robuustheid en lage onderhoudskosten worden onze ultrasone afzuigsystemen vaak geïnstalleerd voor zware toepassingen en in veeleisende omgevingen.
Neem nu contact met ons op voor meer informatie over ultrasone extractie van artemisinine uit de Artemisia annua plant. We sturen u graag informatie over onze ultrasone extractiesystemen en prijzen! Onze goed ervaren medewerkers bespreken graag met u uw toepassing en verwerkingsvereisten!
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 |
| 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
- 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.
Wat is artemisinine en waarvoor wordt het gebruikt?
Artemisinine is een verbinding die afkomstig is van de plant Artemisia annua, beter bekend als zoete alsem. Het staat vooral bekend om zijn antimalaria-eigenschappen en wordt gebruikt bij de behandeling van malaria. Artemisinine en zijn derivaten zijn zeer effectief gebleken tegen geneesmiddelresistente stammen van malaria, waardoor ze van cruciaal belang zijn in de strijd tegen de ziekte.
Op het gebied van industrieel gebruik is artemisinine interessant voor verschillende potentiële toepassingen buiten de geneeskunde. Het is veelbelovend op verschillende gebieden zoals de landbouw, waar het kan fungeren als een natuurlijk herbicide en pesticide. Daarnaast wordt er onderzoek gedaan naar het mogelijke gebruik bij de behandeling van kanker. Deze toepassingen worden wetenschappelijk bestudeerd en op pilotschaal getest voor implementatie in verschillende industriële gebieden.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.