Zeer efficiënte artemisinine-extractie met Sonication

Artemisinine kan efficiënt worden geëxtraheerd met behulp van krachtige sonicatie. Ultrasone extractie geeft een zeer hoge opbrengst aan artemisinine met gebruikmaking van milde oplosmiddelen. Het extractieproces met behulp van ultrasoon geluid wordt drastisch versneld. De verwerkingsomstandigheden in ultrasone extractoren zijn nauwkeurig te regelen, waardoor degradatie van de warmtegevoelige biomolecule artemisinine kan worden voorkomen.

Artemisinine extractie

Artemisinine is een bioactieve molecule die aanwezig is in de trichoomklieren van de Artemisia annua-plant, die wordt gebruikt als anti-malariamedicijn en een groot potentieel vertoont als geneesmiddel voor de behandeling van verscheidene andere ziekten, waaronder kanker en SARS-CoV-2. Bij de traditionele extractiemethode worden giftige oplosmiddelen gebruikt en het is een duur, suboptimaal proces. Om artemisinine op grote schaal onder milieuvriendelijke en economisch gunstige omstandigheden te produceren, is een efficiënte en groene extractietechniek vereist. Ultrasone extractie is een algemeen toegepaste extractiemethode die kan worden gebruikt in combinatie met water of ethanol als niet-toxische oplosmiddelen. Van ultrasone extractie is reeds bewezen dat het een hoge opbrengst aan artemisinine oplevert, zodat de artemisinineproductie snel tot grote volumes kan worden opgeschaald. Ultrasone extractieapparatuur voor batch- en in-lineverwerking op industrieel niveau is gemakkelijk verkrijgbaar.

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 artemisinine extractie

Traditionele extractiemethoden voor artemisinine zijn tijdrovend, kunnen de bioactieve moleculen artemisinine beschadigen door de hoge temperaturen die worden toegepast, en hebben een grote impact op het milieu door de organische solventen die bij hoge temperaturen worden gebruikt. Bovendien is in het downstream-proces 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 de botanische extractie door celdisruptie, zodat de ingesloten biomoleculen vrijkomen uit de celmatrix van de plant. Bovendien versterken 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 de zuiver mechanische krachten van cavitatie. Dit betekent dat sonicatie een niet-thermische, niet-chemische extractietechniek is. Omdat het een niet-thermische extractietechniek is, is ultrasone extractie bijzonder gunstig, aangezien artemisinine een thermisch gevoelige verbinding is, wat betekent dat hogere temperaturen (bv. 70°C) de ontleding ervan veroorzaken. Artemisia annua L. kon bijgevolg niet in heet water worden gekookt om artemisinine te verkrijgen.

Groene oplosmiddelen voor ultrasone artemisinine-extractie

Klassieke extractiemiddelen die worden gebruikt 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. Aangezien artemisinine slecht oplosbaar is in water, kunnen cyclodextrinen worden gebruikt om de ultrasone extractie van artemisinine in koud water te verbeteren.

Wat maakt ultrasone artemisinine extractie zo efficiënt?

Om de voordelen van ultrasoon geassisteerde extractie te begrijpen, moet het werkingsprincipe van ultrasoon geluid worden begrepen. Het extractieversterkende mechanisme van ultrageluid wordt hoofdzakelijk toegeschreven aan het verschijnsel van akoestische cavitatie. Ultrasone cavitatie veroorzaakt botsingen tussen deeltjes van de botanische biomassa (zoals de bladeren van Artemisia annua L.), wat resulteert in interparticulaire fractionering en verkleining van de deeltjesgrootte. Wanneer de cavitatiebelletjes op het oppervlak van de plantaardige vaste stoffen bezwijken, vergroten erosie en sonoporatie het deeltjesoppervlak verder. De daardoor geïntensiveerde massaoverdracht vergemakkelijkt het vrijkomen van moleculen zoals eiwitten, lipiden, suikers, vitaminen, antioxidanten, fytochemicaliën (bv. artemisinine) en voedingsvezels. Door ultrasone trillingen opgewekte afschuifkrachten verbeteren de penetratie van het oplosmiddel in de celmatrix van de botanische stof en verbeteren de permeabiliteit van de celmembranen. Deze mechanismen van ultrasoon vermogen zijn verantwoordelijk voor de aanzienlijke procesintensivering die wordt bereikt wanneer ultrasoon vermogen wordt toegepast voor botanische extractie.

Krachtige ultrageluidsgolven verstoren de celstructuur van botanische stoffen, maken de bioactieve verbindingen vrij en bevorderen de massaoverdracht tussen het plantaardige materiaal en het oplosmiddel (bijv. ethanol).

Onderzoeksbewezen resultaten van ultrasone artemisinine extractie

Er zijn verschillende wetenschappelijke studies ondernomen om de doeltreffendheid en uitvoerbaarheid te onderzoeken van ultrasone artemisinine-extractie uit Artemisia annua-bladeren.

Briars en Paniwnyk toonden aan "dat ultrageluid bij lage temperaturen de opbrengst van artemisinine geëxtraheerd uit A. annua met ongeveer 58% verhoogt en de extracten zuiverder lijken in vergelijking met conventioneel inweken; daarom heeft het gebruik van ultrageluid tijdens extractie de potentie 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 en stabiliteit van het geëxtraheerde artemisinine, biedt ultrasone extractie met de groene en efficiënte mono-ether propyleenglycolmethylether (PGME) als oplosmiddel veel perspectieven voor de extractie en scheiding van bioactieve moleculen uit botanische planten. Ultrasone extractie met propyleenglycolmethylether (PGME) als oplosmiddel resulteerde in een hoge totale extractie-efficiëntie en een hoge opbrengst aan artemisinine. (cf. Zhang et al., 2017)

In een andere studie presenteren Zhang et al. (2020) de ultrasone extractie van artemisinine met behulp van 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 een goede extractieopbrengst. 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 die in water werd verkregen.

Hoogwaardige ultrasone extractoren voor de productie van artemisinine

High-performance ultrasone afzuigsystemen van Hielscher Ultrasonics worden wereldwijd gebruikt op R&D, kleine, middelgrote en volcommerciële productieniveaus in diverse industrieën, zoals in de levensmiddelen-, voedingssupplementen- en farmaceutische productie. Hoogwaardige 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 / elke procescapaciteit. Hielscher Ultrasonics heeft al meer dan 25 jaar ervaring op het gebied van botanische extractie en is uw betrouwbare partner voor hoogwaardige ultrasone extractie van Artemisia annua!

Ultrasooninstallaties met hoge prestaties en de allernieuwste technologie

De slimme functies van Hielscher ultrasoonapparaten zijn ontworpen om een betrouwbare werking, reproduceerbare resultaten en gebruiksvriendelijkheid te garanderen. Operationele instellingen kunnen eenvoudig worden opgeroepen en gekozen via een intuïtief menu, dat toegankelijk is via een digitaal kleuren touch-display en browser-afstandsbediening. Alle verwerkingscondities zoals netto energie, totale energie, amplitude, tijd, druk en temperatuur worden automatisch geregistreerd op een ingebouwde SD-kaart. Dit maakt het mogelijk om eerdere sonicatieruns te herzien en te vergelijken en het artemisinine-extractieproces te optimaliseren tot de hoogste efficiëntie.
Hielscher ultrasoon systemen worden wereldwijd gebruikt voor de productie van hoogwaardige botanische extracten. Hielscher industriële ultrasooninstallaties kunnen gemakkelijk hoge amplitudes in continubedrijf (24/7/365) draaien. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden gegenereerd met standaard sonotrodes (ultrasone sondes / hoorns). Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotroden beschikbaar. Vanwege hun robuustheid en geringe onderhoud worden onze ultrasone afzuigsystemen vaak geïnstalleerd voor zware toepassingen en in veeleisende omgevingen.

Neem nu contact met ons op om meer te weten te komen over ultrasone extractie van artemisinine uit de Artemisia annua plant. Wij sturen u graag informatie over onze ultrasone extractiesystemen en prijzen! Onze ervaren medewerkers bespreken graag met u uw toepassing en verwerkingseisen!
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: