Wysokowydajna ekstrakcja alkaloidów za pomocą sonikatorów z sonotrodą

Ekstrahuj alkaloidy z surowców roślinnych szybciej, pełniej i z precyzyjną kontrolą procesu. Sonikatory Hielscher z sonotrodą wykorzystują kawitację akustyczną do otwierania komórek roślinnych i intensyfikacji transportu masy, pomagając uzyskać wysoką wydajność ekstrakcji alkaloidów w ciągu minut zamiast godzin.
Niezależnie od tego, czy przetwarzasz liście, korzenie, korę, nasiona czy inny materiał roślinny, ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher umożliwiają powtarzalną ekstrakcję – od badań laboratoryjnych przez partie pilotażowe po przemysłową produkcję w linii.

Dlaczego warto wybrać ultradźwiękową ekstrakcję alkaloidów?

• Wyższa wydajność ekstrakcji dzięki skutecznemu rozbijaniu komórek i lepszej penetracji rozpuszczalnika
• Krótszy czas przetwarzania w porównaniu z maceracją, przygotowywaniem odwaru lub naparu albo ekstrakcją Soxhleta
• Mniejsze zużycie rozpuszczalnika przy stosowaniu wody, wodnego roztworu etanolu, metanolu lub innych odpowiednich rozpuszczalników
• Kontrolowana jakość ekstraktu dzięki regulacji amplitudy, temperatury, czasu i intensywności
• Łatwe zwiększanie skali od małych próbek do ciągłej ekstrakcji przemysłowej
• Wiarygodna dokumentacja dzięki automatycznemu rejestrowaniu danych procesowych w celu zapewnienia powtarzalności i jakości

Wysoce wydajna ekstrakcja alkaloidów z wykorzystaniem ultradźwięków dużej mocy

W jaki sposób ekstrakcja ultradźwiękowa wspomaga izolację alkaloidów?
Ekstrakcja ultradźwiękowa wykorzystuje fale ultradźwiękowe o niskiej częstotliwości (np. częstotliwości 20–26kHz) oraz wywoływane przez ultradźwięki zjawisko kawitacji akustycznej. Fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności tworzą pęcherzyki kawitacyjne, które zapadają się, generując lokalnie różnice ciśnienia i temperatury o dużej gęstości energii, a także silne siły ścinające, które perforują i rozrywają ściany komórek roślinnych oraz tkankę roślinną. Przepływ cieczy wywołany kawitacją wspomaga transport masy między matrycą wewnątrzkomórkową a otaczającym rozpuszczalnikiem, dzięki czemu alkaloidy są skutecznie uwalniane. W ultradźwiękowej ekstrakcji alkaloidów materiał roślinny (np. zmielone suszone liście) umieszcza się w rozpuszczalniku, którym jest zazwyczaj mieszanina wody i rozpuszczalnika organicznego, taka jak wodny roztwór etanolu. Stwierdzono, że rozpuszczalniki polarne, takie jak metanol i etanol, są najskuteczniejsze w uzyskiwaniu wysokiej wydajności ekstrakcji alkaloidów. Po krótkiej obróbce ultradźwiękowej zawiesiny – składającej się z materiału roślinnego i rozpuszczalnika – alkaloidy zostają uwolnione z komórek roślinnych i znajdują się w rozpuszczalniku, z którego można je wyizolować i oczyścić (np. za pomocą wyparki rotacyjnej).

Główne zalety ultradźwiękowej ekstrakcji alkaloidów

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest uznawana za technikę o przewadze nad innymi technikami izolacji alkaloidów z materiałów roślinnych, ponieważ oferuje szereg korzyści, w tym:

1. Zwiększona wydajność ekstrakcji: Ekstrakcja ultradźwiękowa może zwiększyć wydajność ekstrakcji alkaloidów o ponad 200% w porównaniu z tradycyjnymi metodami ekstrakcji.
2. Skrócony czas ekstrakcji: Ekstrakcja ultradźwiękowa może znacznie skrócić czas ekstrakcji, umożliwiając szybsze i wydajniejsze przetwarzanie dużych objętości materiału roślinnego.
3. Mniejsze zużycie rozpuszczalnika: Ekstrakcja ultradźwiękowa może zmniejszyć ilość rozpuszczalnika potrzebnego do ekstrakcji, co prowadzi do mniejszego zużycia rozpuszczalnika i ograniczenia wpływu na środowisko.
4. Selektywna ekstrakcja: Ekstrakcję ultradźwiękową można stosować do selektywnego ekstrahowania określonych alkaloidów przez dobór odpowiedniego rozpuszczalnika, parametrów procesu i temperatury ekstrakcji. Ponieważ niepożądane związki pozostają niewyekstrahowane, czystość produktu końcowego wzrasta.
5. Łatwe zwiększanie skali: Skalę ekstrakcji ultradźwiękowej można łatwo zwiększyć, aby przetwarzać większe objętości materiału roślinnego, co czyni ją odpowiednią do produkcji komercyjnej. Procesy ultradźwiękowe można skalować liniowo, co ułatwia wdrożenie na skalę przemysłową.

Ogólnie ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia szybszy, wydajniejszy i bardziej przyjazny dla środowiska sposób izolacji alkaloidów z materiałów roślinnych.

Ultradźwiękowa ekstrakcja alkaloidów z liści flaszowca miękkociernistego

Nolasco-González et al. (2022) zbadali skuteczność i wydajność ultradźwiękowej ekstrakcji związków bioaktywnych, w tym związków fenolowych, alkaloidów i acetogenin (wszystkich o wysokiej zdolności antyoksydacyjnej), z liści rośliny gatunku Annona muricata (flaszowiec miękkociernisty). Do ekstrakcji ultradźwiękowej użyli sonikatora UP400S z sonotrodą w następujących warunkach: amplituda 80%, cykl impulsowy 0,7 s, czas 4,54 min. Całkowitą zawartość rozpuszczalnych fenoli (TSP) ekstrahowano z użyciem 0,5 g proszku z suszonych liści i 20 mL mieszaniny aceton: woda (80:20 v/v). Ekstrakt wytworzony ultradźwiękowo zawierał 178,48 mg/100 mL rozpuszczalnych fenoli, 20,18 mg/100 mL flawonoidów ogółem, 27,81 mg/100 mL polifenoli ulegających hydrolizie, 167,07 mg/100 mL tanin skondensowanych, 30,44 mg/100 mL alkaloidów ogółem i 14,62 mg/100 mL acetogenin ogółem. Ekstrakt wyizolowany za pomocą sonikatora U400S z sonotrodą (patrz zdjęcie po lewej) wykazywał wysoką zdolność antyoksydacyjną oraz od ~6 do ~927 razy wyższą zawartość związków bioaktywnych niż odwar lub napar, w zależności od rodzaju związku. W próbkach zidentyfikowano dwadzieścia cztery różne związki fenolowe, a ekstrakt wyizolowany ultradźwiękowo wykazywał najwyższe stężenie.
[por. Nolasco-González et al., 2022]

Zdolność antyoksydacyjna ekstraktów uzyskanych w optymalnych warunkach ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE), przygotowywania odwaru i naparu. Ekstrakty ultradźwiękowe konsekwentnie wykazują znacznie wyższą zdolność antyoksydacyjną.
(Badanie i grafika: ©Nolasco-González et al., 2022)

Chromatogram HPLC związków fenolowych z ekstraktu liści Annona muricata wyizolowanego ultradźwiękowo za pomocą sonikatora UP400S.
(1) kwas szikimowy, (2) kwas galusowy, (3) kwas protokatechowy, (4) kwas neochlorogenowy,
(5) 3,4-dihydroksyfenylooctowy, (6) kwas 4-hydroksybenzoesowy, (7) kwas chlorogenowy, (8) 4-hydroksyfenylooctowy, (9) kwas wanilinowy, (10) kwas syryngowy, (11) kwas 3-hydroksybenzoesowy, (12) kwas kawowy, (13) 4-hydroksybenzaldehyd, (14) kwas homowanilinowy, (15) 3-(4-hydroksyfenyl), (16) kwas p-kumarowy, (17) kwas trans-ferulowy, (18) kwas trans-cynamonowy, (19) gallokatechina, (20) epigallokatechina, (21) katechina,(22) epikatechina, (23) rutyna, (24) kwas elagowy.
(Badanie i grafika: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) uzyskali podobne, potwierdzone wyniki, podając 2,3 razy większą ilość alkaloidów z liści A. muricata ekstrahowanych podczas sonikacji (340 W, 56◦C, 30 min) w porównaniu z ekstrakcją Soxhleta (7 h, 80◦C).

Ekstrakcja alkaloidów indolowych z kory korzeni mimozy i ayahuaski za pomocą sonikatora

Kora korzeni mimozy, a także liście ayahuaski zawierają alkaloid N,N-dimetylotryptaminę (DMT). Dimetylotryptamina (DMT) jest obecnie badana w badaniach klinicznych pod kątem działania halucynogennego, a tym samym jako potencjalny lek do leczenia depresji i zespołu stresu pourazowego (PTSD). Sonikacja skutecznie wspomaga uwalnianie i izolację tego alkaloidu z korzeni Mimosa hostilis oraz liści Psychotria viridis (ayahuasca). Ultradźwiękowa ekstrakcja DMT zapewnia wysoką wydajność w bardzo krótkim czasie. Sonikatory Hielscher z sonotrodą, kompatybilne z niemal każdym rozpuszczalnikiem, są wykorzystywane do produkcji związków bioaktywnych klasy farmaceutycznej do zastosowań badawczych i medycznych, a także do przygotowywania próbek przed analitycznym badaniem jakości i siły działania. Dlatego sonikatory Hielscher mogą na wiele sposobów ułatwiać medyczne badania nad DMT oraz badania botaniczne.
Najczęstszym źródłem alkaloidu indolowego N,N-dimetylotryptaminy (DMT) w drzewie jurema są korzenie Mimosa hostilis (powszechnie znanej jako jurema preta). Ayahuasca to tradycyjna nazwa innego gatunku rośliny, którego liście – liście krzewu Psychotria viridis – są bogate w DMT.
Zarówno kora korzeni mimozy (także mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; skrót MHRB), jak i liście ayahuaski zawierają różne związki bioaktywne, które są obecnie badane w badaniach klinicznych pod kątem ich potencjału jako leków terapeutycznych. Kora korzeni mimozy zawiera taniny, saponiny, tryptaminy, alkaloidy, lipidy, fitoindole, ksylozę, fitosterole, glukozydy, ramnozę, arabinozę, metoksychalkony, lupeol i kukulkaniny. Te związki bioaktywne można skutecznie ekstrahować z kory korzeni za pomocą sonikatorów z sonotrodą. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest techniką o przewadze nad innymi technikami izolacji substancji docelowych, takich jak alkaloidy, z materiału roślinnego, takiego jak kora korzeni mimozy i liście ayahuaski. Sonikacja wyróżnia się wysoką wydajnością przy bardzo krótkim czasie ekstrakcji. Łagodne warunki procesu zapewniają najwyższą jakość ekstraktu, zapobiegając niepożądanej degradacji aktywnych cząsteczek.

Zestaw do ekstrakcji służący do izolacji związków z materiału roślinnego: Sonikator UP400ST z sonotrodą, filtr próżniowy Büchi i wyparka rotacyjna do ekstrakcji związków fitochemicznych, takich jak alkaloidy i fenole.

Sonikatory Hielscher do wydajnej ekstrakcji alkaloidów

Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe, które są wykorzystywane do badań naukowych oraz do produkcji ekstraktów klasy farmaceutycznej.
Doskonała wydajność ekstrakcji:Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest naukowo potwierdzoną techniką o wyjątkowo wysokiej wydajności ekstrakcji związków bioaktywnych z roślin. Podczas gdy tradycyjne metody często wymagają długiego czasu (od kilku godzin do dni), ultradźwiękowa ekstrakcja z materiału roślinnego zajmuje tylko kilka minut.

Wysoka wydajność ekstrakcji i doskonała jakość ekstraktu dzięki sonikatorom Hielscher

Ekstrakcja z wykorzystaniem ultradźwięków umożliwia całkowite uwolnienie związków bioaktywnych z materiału roślinnego. Kawitacja ultradźwiękowa rozbija matrycę komórkową i skutecznie uwalnia cząsteczki bioaktywne do otaczającego rozpuszczalnika. Badania porównawcze wykazały, że sonikacja zapewnia wyższą wydajność uzyskiwania ekstraktu niż inne techniki ekstrakcji (np. ekstrakcja Soxhleta, maceracja, przygotowywanie odwaru i naparu). Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z każdym rozpuszczalnikiem i tym samym umożliwia również stosowanie bardzo łagodnych rozpuszczalników, takich jak woda lub wodny roztwór etanolu. W zależności od konkretnych wymagań ekstrakcji można wybrać rozpuszczalniki polarne lub niepolarne, a zmiana rozpuszczalników nie stanowi problemu. Precyzyjna kontrola parametrów procesu (np. amplitudy), stosowanie łagodnych rozpuszczalników i dokładna kontrola temperatury zapobiegają degradacji i zanieczyszczeniu związków bioaktywnych (np. alkaloidów, polifenoli, flawonoidów, kannabinoidów itp.) podczas ekstrakcji ultradźwiękowej.

Wszechstronne zastosowanie sonikatorów Hielscher

Podczas gdy alternatywne techniki ekstrakcji (np. ekstrakcja nadkrytycznym CO2, ekstrakcja rozpuszczalnikowa, perkolacja itp.) często mają zastosowanie tylko do ekstrakcji określonych cząsteczek, w zależności od ich masy cząsteczkowej, rozpuszczalności i wrażliwości na ciepło, ekstrakcja za pomocą wysokowydajnych sonikatorów Hielscher umożliwia wszechstronną ekstrakcję dowolnego związku roślinnego. Ekstrakcję wspomaganą ultradźwiękami można niezawodnie stosować do uzyskiwania ekstraktów o szerokim spektrum, zawierających związki bioaktywne, takie jak polifenole, alkaloidy, antrachinony, flawonoidy, glikozydy, lipidy, pektyny i polisacharydy.

Doskonała efektywność energetyczna i przyjazność dla środowiska

Zużycie energii podczas ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami jest znacznie mniejsze niż w tradycyjnych metodach ekstrakcji związków leczniczych z roślin.

Niezawodność dzięki standaryzacji procesu z Hielscher Ultrasonics

Sonikatory Hielscher umożliwiają precyzyjną kontrolę wszystkich parametrów procesu ultradźwiękowego, takich jak amplituda, intensywność, czas trwania i temperatura. Parametry procesu można łatwo kontrolować i są one stale monitorowane. Ponadto wszystkie parametry procesu są automatycznie rejestrowane w pliku CSV na wbudowanej karcie SD. Umożliwia to operatorowi analizowanie przebiegów sonikacji, optymalizację procesu ekstrakcji i zapewnienie stałej jakości ekstraktu. Sonikatory Hielscher umożliwiają producentom wytwarzanie ekstraktów roślinnych o doskonałej jakości i ułatwiają spełnianie wymogów Dobrej Praktyki Wytwarzania (GMP).

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną zdolność przetwarzania naszych sonikatorów: