Wysoce wydajna ekstrakcja artemizyniny za pomocą sonikacji

Artemizyninę można wydajnie ekstrahować za pomocą sonikacji o wysokiej wydajności. Ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia bardzo wysoki uzysk artemizyniny przy użyciu łagodnych rozpuszczalników. Zastosowanie ultradźwięków radykalnie przyspiesza proces ekstrakcji. Warunki przetwarzania w ekstraktorach ultradźwiękowych można precyzyjnie kontrolować, co pozwala zapobiegać degradacji wrażliwej na ciepło biomolekuły artemizyniny.

Ekstrakcja artemizyniny

Artemizynina jest bioaktywną cząsteczką obecną w gruczołach włosków wydzielniczych rośliny Artemisia annua. Jest stosowana jako lek przeciwmalaryczny i wykazuje duży potencjał jako lek do leczenia kilku innych chorób, w tym nowotworów i SARS-CoV-2. Tradycyjna metoda ekstrakcji wymaga stosowania toksycznych rozpuszczalników i jest kosztownym, nieoptymalnym procesem. Aby produkować artemizyninę na dużą skalę w warunkach korzystnych pod względem środowiskowym i ekonomicznym, potrzebna jest wydajna i ekologiczna technika ekstrakcji. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest powszechnie stosowaną metodą ekstrakcji, którą można łączyć z wykorzystaniem wody lub etanolu jako nietoksycznych rozpuszczalników. Udowodniono już, że ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia wysoki uzysk artemizyniny, dzięki czemu jej produkcję można szybko zwiększyć do dużych objętości. Urządzenia do ekstrakcji ultradźwiękowej umożliwiające przetwarzanie okresowe i w linii na skalę przemysłową są łatwo dostępne.

Ultradźwiękowa ekstrakcja artemizyniny z Artemisia annua

Zastosowanie ultradźwięków dużej mocy do ekstrakcji przewyższa inne metody ekstrakcji pod względem wielu istotnych czynników, w tym uzysku, czasu ekstrakcji, przyjazności dla środowiska i efektywności kosztowej.

Wady tradycyjnej ekstrakcji artemizyniny

Tradycyjne metody ekstrakcji artemizyniny są czasochłonne, mogą uszkadzać bioaktywne cząsteczki artemizyniny ze względu na stosowane wysokie temperatury i mają znaczny wpływ na środowisko z powodu wykorzystania rozpuszczalników organicznych w wysokich temperaturach. Ponadto na dalszym etapie procesu konieczne jest intensywne oczyszczanie w celu usunięcia zanieczyszczeń z surowego ekstraktu.

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny

Zastosowanie ultradźwięków dużej mocy do ekstrakcji wywołuje kilka korzystnych efektów, które intensyfikują proces ekstrakcji: ultradźwięki o wysokiej wydajności wytwarzają kawitację akustyczną. Kawitacja akustyczna wspomaga ekstrakcję z materiału roślinnego poprzez rozbijanie komórek, dzięki czemu uwięzione biomolekuły są uwalniane z matrycy komórkowej rośliny. Dodatkowo siły kawitacyjne intensyfikują transport masy, wydajnie przenosząc biomolekuły, takie jak artemizynina, do otaczającego rozpuszczalnika. Zasadę działania ekstrakcji ultradźwiękowej można przypisać czysto mechanicznym siłom kawitacji. Oznacza to, że sonikacja jest nietermiczną i niechemiczną techniką ekstrakcji. Nietermiczny charakter ekstrakcji ultradźwiękowej czyni ją szczególnie korzystną, ponieważ artemizynina jest związkiem wrażliwym na temperaturę, co oznacza, że wyższe temperatury (np. 70°C) powodują jej rozkład. W związku z tym Artemisia annua L. nie można gotować w gorącej wodzie w celu uzyskania artemizyniny.

Ekologiczne rozpuszczalniki do ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny

Klasyczne rozpuszczalniki ekstrakcyjne stosowane w produkcji artemizyniny obejmują heksan, eter naftowy i dichlorometan. Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest zgodna z każdym rozpuszczalnikiem, w tym z łagodnymi, ekologicznymi rozpuszczalnikami, takimi jak etanol czy woda. Ultradźwiękowa ekstrakcja artemizyniny z użyciem etanolu jest równie wydajna jak ekstrakcja z użyciem agresywnych rozpuszczalników. Ponieważ artemizynina słabo rozpuszcza się w wodzie, można zastosować cyklodekstryny w celu usprawnienia ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny zimną wodą.

Co sprawia, że ultradźwiękowa ekstrakcja artemizyniny jest tak wydajna?

Aby zrozumieć zalety ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami, należy poznać zasadę działania ultradźwięków dużej mocy. Mechanizm intensyfikacji ekstrakcji przez ultradźwięki dużej mocy przypisuje się głównie zjawisku kawitacji akustycznej. Kawitacja ultradźwiękowa powoduje zderzenia cząstek biomasy roślinnej (takiej jak liście Artemisia annua L.), co prowadzi do ich fragmentacji i zmniejszenia rozmiaru cząstek. Gdy pęcherzyki kawitacyjne zapadają się na powierzchni stałego materiału roślinnego, erozja i sonoporacja dodatkowo zwiększają powierzchnię cząstek. Zintensyfikowany w ten sposób transport masy ułatwia uwalnianie cząsteczek, takich jak białka, lipidy, cukry, witaminy, przeciwutleniacze, związki fitochemiczne (np. artemizynina) i błonnik pokarmowy. Siły ścinające generowane przez ultradźwięki poprawiają wnikanie rozpuszczalnika do matrycy komórkowej materiału roślinnego oraz przepuszczalność błon komórkowych. Te mechanizmy działania ultradźwięków dużej mocy odpowiadają za znaczną intensyfikację procesu osiąganą przy zastosowaniu sonikacji do ekstrakcji z materiału roślinnego.

Fale ultradźwiękowe dużej mocy rozbijają strukturę komórkową materiału roślinnego, uwalniają związki bioaktywne i wspomagają transport masy między materiałem roślinnym a rozpuszczalnikiem (np. etanolem).

Potwierdzone badaniami wyniki ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny

Przeprowadzono kilka badań naukowych w celu zbadania wydajności i możliwości praktycznego zastosowania ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny z liści Artemisia annua.

Briars i Paniwnyk wykazali, „że ultradźwięki w niskich temperaturach zwiększają uzysk artemizyniny ekstrahowanej z A. annua o około 58%, a ekstrakty wydają się czystsze w porównaniu z konwencjonalnym namaczaniem; dlatego zastosowanie ultradźwięków podczas ekstrakcji może umożliwić wytwarzanie tańszych środków leczniczych opartych na artemizyninie”. (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang i in. (2017) badali ultradźwiękową ekstrakcję artemizyniny z użyciem eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME) jako rozpuszczalnika. Ekstrakt artemizyniny wytworzony ultradźwiękowo analizowano za pomocą ultrasprawnej chromatografii cieczowej (UPLC). Wyniki analizy potwierdziły jakość ekstraktu. Ze względu na dobrą powtarzalność procesu i stabilność wyekstrahowanej artemizyniny ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami z użyciem ekologicznego i wydajnego monoeteru, eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME), jako rozpuszczalnika wykazuje duże perspektywy w ekstrakcji i rozdzielaniu bioaktywnych cząsteczek z materiału roślinnego. Ekstrakcja ultradźwiękowa z użyciem eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME) jako rozpuszczalnika zapewniła wysoką ogólną wydajność ekstrakcji i wysoki uzysk artemizyniny. (por. Zhang et al., 2017)

W innym badaniu Zhang i in. (2020) przedstawiają ultradźwiękową ekstrakcję artemizyniny z użyciem hydroksypropylo-β-cyklodekstryny. Dodatek cyklodekstryny poprawia uwalnianie słabo rozpuszczalnego w wodzie związku, artemizyniny, i pozwala stosować wodę jako rozpuszczalnik przy dobrym uzysku ekstrakcji. Ekstrakcja ultradźwiękowa w połączeniu z cyklodekstryną zwiększyła ilość artemizyniny do 8,66 mg/g, co stanowi znacznie więcej niż odpowiadająca jej ilość 1,70 mg/g uzyskana w wodzie.

Ekstraktory ultradźwiękowe o wysokiej wydajności do produkcji artemizyniny

Systemy ekstrakcji ultradźwiękowej o wysokiej wydajności firmy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie w pracach badawczo-rozwojowych oraz w produkcji na małą, średnią i w pełni komercyjną skalę w różnych branżach, takich jak produkcja żywności, suplementów diety i farmaceutyków. Ekstraktory ultradźwiękowe o wysokiej wydajności intensyfikują proces ekstrakcji i zwiększają uzysk, poprawiając tym samym ogólną wydajność produkcji wysokiej jakości ekstraktów. Hielscher Ultrasonics oferuje urządzenia ekstrakcyjne dla dowolnej objętości / wydajności procesu. Dzięki ponad 25-letniemu doświadczeniu w ekstrakcji z materiału roślinnego Hielscher Ultrasonics jest Twoim zaufanym partnerem w zakresie ultradźwiękowej ekstrakcji z Artemisia annua o wysokiej wydajności!

Najnowocześniejsze sonikatory o wysokiej wydajności

Inteligentne funkcje sonikatorów Hielscher zostały zaprojektowane tak, aby gwarantować niezawodną pracę, powtarzalne wyniki i łatwość obsługi. Ustawienia robocze można łatwo wyświetlać i regulować za pomocą intuicyjnego menu, dostępnego na cyfrowym kolorowym wyświetlaczu dotykowym oraz poprzez zdalne sterowanie z przeglądarki. Dzięki temu wszystkie warunki przetwarzania, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura, są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to przeglądać i porównywać wcześniejsze przebiegi sonikacji oraz optymalizować proces ekstrakcji artemizyniny w celu osiągnięcia najwyższej wydajności.
Systemy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie do wytwarzania wysokiej jakości ekstraktów roślinnych. Przemysłowe sonikatory Hielscher mogą z łatwością pracować z wysokimi amplitudami w trybie ciągłym (24/7/365). Przy użyciu standardowych sonotrod (sond ultradźwiękowych / sonotrod) można z łatwością generować w sposób ciągły amplitudy do 200µm. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Dzięki wytrzymałości i niewielkim wymaganiom konserwacyjnym nasze systemy ekstrakcji ultradźwiękowej są powszechnie instalowane w zastosowaniach wymagających intensywnej eksploatacji i w wymagających środowiskach.

Skontaktuj się z nami już teraz, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny z rośliny Artemisia annua. Chętnie prześlemy Ci informacje o naszych systemach ekstrakcji ultradźwiękowej i ich cenach! Nasz doświadczony personel chętnie omówi z Tobą Twoje zastosowanie i wymagania dotyczące przetwarzania!
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: