Zeer efficiënte extractie van artemisinine met sonicatie

Artemisinine kan efficiënt worden geëxtraheerd met sonicatie met hoge prestaties. Ultrasone extractie levert met milde oplosmiddelen zeer hoge opbrengsten aan artemisinine op. Het extractieproces met ultrasoon geluid wordt drastisch versneld. De procesomstandigheden in ultrasone extractoren zijn nauwkeurig regelbaar, waardoor afbraak van het warmtegevoelige biomolecuul artemisinine kan worden voorkomen.

Extractie van artemisinine

Artemisinine is een bioactief molecuul dat aanwezig is in de trichoomklieren van de plant Artemisia annua. Het wordt gebruikt als geneesmiddel tegen malaria en heeft een groot potentieel als geneesmiddel voor de behandeling van verschillende andere ziekten, waaronder kanker en SARS-CoV-2. Bij de traditionele extractiemethode worden giftige oplosmiddelen gebruikt en het proces is duur en suboptimaal. Om artemisinine op grote schaal te produceren onder ecologisch en economisch gunstige omstandigheden, is een efficiënte en milieuvriendelijke extractietechniek nodig. Ultrasone extractie is een breed ingeburgerde extractiemethode die kan worden gebruikt in combinatie met water of ethanol als niet-giftige oplosmiddelen. Er is al aangetoond dat ultrasone extractie hoge opbrengsten aan artemisinine oplevert, zodat de productie van artemisinine snel kan worden opgeschaald naar grote volumes. Ultrasone extractieapparatuur voor batchgewijze en inlineverwerking op industriële schaal is direct beschikbaar.

Ultrasone extractie van artemisinine uit Artemisia annua

Het gebruik van krachtig ultrasoon geluid voor extractie overtreft andere extractiemethoden op verschillende belangrijke punten, waaronder opbrengst, extractietijd, milieuvriendelijkheid en kostenefficiëntie.

De nadelen van traditionele extractie van artemisinine

Traditionele extractiemethoden voor artemisinine zijn tijdrovend, kunnen de bioactieve artemisininemoleculen beschadigen door de toegepaste hoge temperaturen en hebben een grote impact op het milieu doordat organische oplosmiddelen bij hoge temperaturen worden gebruikt. Bovendien is tijdens de daaropvolgende verwerking uitgebreide zuivering nodig om onzuiverheden uit het ruwe extract te verwijderen.

De voordelen van ultrasone extractie van artemisinine

Het toepassen van krachtig ultrasoon geluid voor extractie heeft verschillende positieve effecten die het extractieproces intensiveren: ultrasoon geluid met hoge prestaties veroorzaakt akoestische cavitatie. Deze akoestische cavitatie bevordert de extractie uit plantaardig materiaal door celontsluiting, zodat de ingesloten biomoleculen uit de celmatrix van de plant vrijkomen. Daarnaast versterken de cavitatiekrachten de massaoverdracht, waardoor biomoleculen zoals artemisinine efficiënt naar 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. Doordat ultrasone extractie een niet-thermische extractietechniek is, is deze bijzonder gunstig: artemisinine is namelijk een thermisch gevoelige verbinding, wat betekent dat hogere temperaturen (bijv. 70°C) de ontleding ervan veroorzaken. Daarom kan Artemisia annua L. niet in heet water worden gekookt om artemisinine te verkrijgen.

Milieuvriendelijke oplosmiddelen voor ultrasone extractie van artemisinine

Klassieke extractieoplosmiddelen die voor de productie van artemisinine worden gebruikt, zijn onder andere hexaan, petroleumether en dichloormethaan. Extractie met ultrasoon geluid is compatibel met elk oplosmiddel, waaronder milde, milieuvriendelijke oplosmiddelen zoals ethanol of water. Ultrasone extractie van artemisinine met ethanol is even efficiënt als extractie met agressieve oplosmiddelen. Omdat artemisinine slecht oplosbaar is in water, kunnen cyclodextrinen worden gebruikt om de ultrasone extractie van artemisinine met koud water te verbeteren.

Wat maakt ultrasone extractie van artemisinine zo efficiënt?

Om de voordelen van ultrasoon ondersteunde extractie te begrijpen, moet het werkingsprincipe van krachtig ultrasoon geluid worden begrepen. Het mechanisme waarmee krachtig ultrasoon geluid de extractie intensiveert, wordt voornamelijk toegeschreven aan het verschijnsel akoestische cavitatie. Ultrasone cavitatie veroorzaakt botsingen tussen deeltjes van de plantaardige biomassa (zoals bladeren van Artemisia annua L.), wat leidt tot fragmentatie door botsingen tussen deeltjes en een afname van de deeltjesgrootte. Wanneer cavitatiebellen aan het oppervlak van de plantaardige vaste stoffen imploderen, vergroten erosie en sonoporatie het deeltjesoppervlak verder. De daardoor versterkte massaoverdracht vergemakkelijkt het vrijkomen van moleculen zoals eiwitten, lipiden, suikers, vitaminen, antioxidanten, fytochemicaliën (bijv. artemisinine) en voedingsvezels. Ultrasoon opgewekte afschuifkrachten verbeteren de penetratie van het oplosmiddel in de celmatrix van het plantaardige materiaal en verbeteren respectievelijk de doorlaatbaarheid van de celmembranen. Deze mechanismen van krachtig ultrasoon geluid zijn verantwoordelijk voor de aanzienlijke procesintensivering die wordt bereikt wanneer sonicatie wordt toegepast voor extractie uit plantaardig materiaal.

Krachtige ultrasone golven ontwrichten de celstructuur van plantaardig materiaal, maken de bioactieve verbindingen vrij en bevorderen de massaoverdracht tussen het plantaardige materiaal en het oplosmiddel (bijv. ethanol).

Door onderzoek aangetoonde resultaten van ultrasone extractie van artemisinine

Er zijn verschillende wetenschappelijke studies uitgevoerd om de efficiëntie en praktische toepasbaarheid van ultrasone extractie van artemisinine uit bladeren van Artemisia annua te onderzoeken.

Briars en Paniwnyk toonden aan “dat ultrasoon geluid bij lage temperaturen de opbrengst van uit A. annua geëxtraheerde artemisinine met ongeveer 58% verhoogt en dat de extracten zuiverder lijken dan bij conventioneel weken; daarom biedt het gebruik van ultrasoon geluid tijdens de extractie mogelijkheden om behandelingen op basis van artemisinine tegen lagere kosten te produceren.” (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) onderzochten de ultrasone extractie van artemisinine met propyleenglycolmethylether (PGME) als oplosmiddel. Ultrasoon geproduceerd artemisinine-extract werd geanalyseerd met ultraperformante vloeistofchromatografie (UPLC). De analyseresultaten onderstreepten de kwaliteit van het extract. Dankzij de goede herhaalbaarheid van het proces en de stabiliteit van de geëxtraheerde artemisinine biedt ultrasoon ondersteunde extractie met de milieuvriendelijke en efficiënte mono-ether propyleenglycolmethylether (PGME) als oplosmiddel veel perspectief voor de extractie en scheiding van bioactieve moleculen uit plantaardig materiaal. Ultrasone extractie met propyleenglycolmethylether (PGME) als oplosmiddel resulteerde in een hoge totale extractie-efficiëntie en hoge opbrengsten aan artemisinine. (vgl. Zhang et al., 2017)

In een andere studie presenteren Zhang et al. (2020) de ultrasone extractie van artemisinine met hydroxypropyl-β-cyclodextrine. De toevoeging van cyclodextrine verbetert het vrijkomen 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 die in water werd verkregen.

Ultrasone extractoren met hoge prestaties voor de productie van artemisinine

Ultrasone extractiesystemen met hoge prestaties van Hielscher Ultrasonics worden wereldwijd gebruikt voor onderzoek en ontwikkeling en voor kleinschalige, middelgrote en volledig commerciële productie in verschillende sectoren, zoals de productie van voedingsmiddelen, voedingssupplementen en geneesmiddelen. Ultrasone extractoren met hoge prestaties intensiveren het extractieproces en verhogen de opbrengst, waardoor de algehele efficiëntie van de productie van hoogwaardige extracten verbetert. Hielscher Ultrasonics biedt extractieapparatuur voor elk volume / elke procescapaciteit. Met meer dan 25 jaar ervaring in extractie uit plantaardig materiaal is Hielscher Ultrasonics uw betrouwbare partner voor ultrasone extractie met hoge prestaties uit Artemisia annua!

Sonicatoren met hoge prestaties en de nieuwste technologie

De slimme functies van sonicatoren van Hielscher zijn ontworpen om een betrouwbare werking, reproduceerbare resultaten en gebruiksvriendelijkheid te garanderen. Bedrijfsinstellingen kunnen eenvoudig worden geraadpleegd en ingesteld via een intuïtief menu, dat toegankelijk is via een digitaal kleurentouchscreen en afstandsbediening via een browser. Alle procesomstandigheden, zoals netto-energie, totale energie, amplitude, tijd, druk en temperatuur, worden daarom automatisch vastgelegd op een ingebouwde SD-kaart. Hierdoor kunt u eerdere sonicatieprocessen bekijken en vergelijken en het extractieproces voor artemisinine optimaliseren voor de hoogste efficiëntie.
Systemen van Hielscher Ultrasonics worden wereldwijd gebruikt voor de productie van hoogwaardige plantaardige extracten. Industriële sonicatoren van Hielscher kunnen eenvoudig met hoge amplitudes werken bij continu bedrijf (24/7/365). Met standaardsonotrodes (ultrasone sondes / hoorns) kunnen eenvoudig continu amplitudes tot 200µm worden gegenereerd. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. Dankzij hun robuustheid en geringe onderhoudsbehoefte worden onze ultrasone extractiesystemen veelvuldig geïnstalleerd voor zware toepassingen en in veeleisende omgevingen.

Neem nu contact met ons op voor meer informatie over ultrasone extractie van artemisinine uit de plant Artemisia annua. Wij sturen u graag informatie over onze ultrasone extractiesystemen en prijzen! Onze zeer ervaren medewerkers bespreken graag uw toepassing en procesvereisten met u!
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren: