Artemizynina może być efektywnie ekstrahowana przy użyciu wysokosprawnej sonikacji. Ekstrakcja ultradźwiękowa daje bardzo wysokie wydajności artemizyny przy użyciu łagodnych rozpuszczalników. Proces ekstrakcji z zastosowaniem ultradźwięków ulega drastycznemu przyspieszeniu. Warunki obróbki w ekstraktorach ultradźwiękowych są precyzyjnie kontrolowane, co pozwala na uniknięcie degradacji wrażliwej na ciepło biomolekuły artemizyny.

Ekstrakcja artemizyniny

Artemizyna jest bioaktywną cząsteczką obecną w gruczołach trichomowych rośliny Artemisia annua, która jest stosowana jako lek przeciwmalaryczny i wykazuje wysoki potencjał jako lek w leczeniu kilku innych chorób, w tym raka i SARS-CoV-2. Tradycyjna metoda ekstrakcji wymaga użycia toksycznych rozpuszczalników i jest drogim, nieoptymalnym procesem. Aby produkować artemizynę na dużą skalę w warunkach korzystnych dla środowiska i ekonomii, konieczna jest wydajna i ekologiczna technika ekstrakcji. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest powszechnie uznaną metodą ekstrakcji, która może być stosowana w połączeniu z wodą lub etanolem jako nietoksycznymi rozpuszczalnikami. Udowodniono już, że ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia wysoką wydajność artemizyny, tak że produkcja artemizyny może być szybko skalowana do dużych ilości. Urządzenia do ekstrakcji ultradźwiękowej do przetwarzania wsadowego i liniowego na poziomie przemysłowym są łatwo dostępne.

Ultradźwiękowa ekstrakcja artemizyniny z Artemisia annua

Zastosowanie ultradźwięków do ekstrakcji przewyższa inne metody ekstrakcji pod wieloma względami, w tym pod względem wydajności, czasu ekstrakcji, przyjazności dla środowiska i opłacalności.

Wady tradycyjnej ekstrakcji artemizyniny

Tradycyjne metody ekstrakcji artemizyny są czasochłonne, mogą uszkodzić bioaktywne cząsteczki artemizyny ze względu na wysoką temperaturę i mają duży wpływ na środowisko ze względu na rozpuszczalniki organiczne stosowane w wysokiej temperaturze. Dodatkowo, w procesie końcowym konieczne jest szeroko zakrojone oczyszczanie w celu usunięcia zanieczyszczeń z surowego ekstraktu.

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny

Zastosowanie ultradźwięków o dużej mocy do ekstrakcji ma kilka pozytywnych efektów, które intensyfikują proces ekstrakcji: Wysokowydajne ultradźwięki powodują kawitację akustyczną. Ta akustyczna kawitacja wspomaga ekstrakcję roślin poprzez rozbicie komórek, dzięki czemu uwięzione biomolekuły są uwalniane z macierzy komórkowej rośliny. Dodatkowo, siły kawitacyjne intensyfikują przenoszenie masy, transportując biomolekuły, takie jak artemizyna, do otaczającego rozpuszczalnika. Zasadę działania ekstrakcji ultradźwiękowej można przypisać czysto mechanicznym siłom kawitacji. Oznacza to, że sonikacja jest nietermiczną, niechemiczną techniką ekstrakcji. Nietermiczna technika ekstrakcji sprawia, że ekstrakcja ultradźwiękowa jest szczególnie korzystna, ponieważ artemizyna jest związkiem wrażliwym termicznie, co oznacza, że wyższa temperatura (np. 70°C) spowoduje jej rozkład. W związku z tym Artemisia annua L. nie mogła być gotowana w gorącej wodzie w celu uzyskania artemizyny.

Zielone rozpuszczalniki do ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny

Klasyczne rozpuszczalniki ekstrakcyjne stosowane do produkcji artemizyniny to heksan, eter naftowy lub dichlorometan. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z każdym rozpuszczalnikiem, w tym z łagodnymi, ekologicznymi rozpuszczalnikami, takimi jak etanol lub woda. Ultradźwiękowa ekstrakcja artemizyny za pomocą etanolu jest równie wydajna w porównaniu z ostrymi rozpuszczalnikami. Ponieważ artemizynina wykazuje słabą rozpuszczalność w wodzie, cyklodekstryny mogą być stosowane do poprawy ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny zimną wodą.

Co sprawia, że ultradźwiękowa ekstrakcja artemizyniny jest tak skuteczna?

Aby zrozumieć zalety ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami, należy poznać zasadę działania ultradźwięków mocy. Mechanizm intensyfikacji ekstrakcji za pomocą ultradźwięków mocy przypisuje się głównie zjawisku kawitacji akustycznej. Kawitacja ultradźwiękowa powoduje zderzenia między cząsteczkami biomasy roślinnej (np. liści Artemisia annua L.), co skutkuje frakcjonowaniem międzypodziałowym i zmniejszeniem wielkości cząsteczek. Gdy pęcherzyki kawitacyjne zapadają się na powierzchni substancji stałych pochodzenia roślinnego, erozja i sonoporacja dodatkowo powiększają powierzchnię cząstek. Wzmożony w ten sposób transfer masy ułatwia uwalnianie cząsteczek takich jak białka, lipidy, cukry, witaminy, antyoksydanty, fitochemikalia (np. artemizyna) i włókna pokarmowe. Generowane ultradźwiękowo siły ścinające poprawiają penetrację rozpuszczalnika do macierzy komórkowej substancji roślinnej i odpowiednio poprawiają przepuszczalność błon komórkowych. Te mechanizmy działania ultradźwięków energetycznych są odpowiedzialne za znaczną intensyfikację procesu, jaką uzyskuje się stosując ultradźwięki do ekstrakcji surowców roślinnych.

Fale ultradźwiękowe o dużej mocy rozbijają strukturę komórkową roślin, uwalniają związki bioaktywne i wspomagają transfer masy pomiędzy materiałem roślinnym a rozpuszczalnikiem (np. etanolem).

Potwierdzone badaniami wyniki ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny

Podjęto szereg badań naukowych mających na celu zbadanie skuteczności i praktyczności ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyny z liści Artemisia annua.

Briars i Paniwnyk wykazali, "że ultradźwięki w niskich temperaturach zwiększają wydajność artemizyny ekstrahowanej z A. annua o około 58%, a ekstrakty wydają się czystsze w porównaniu z konwencjonalnym namaczaniem; dlatego zastosowanie ultradźwięków podczas ekstrakcji ma potencjał do produkcji tańszych terapii opartych na artemizynie." (Briars i Paniwnyk, 2013)

Zhang i wsp. (2017) badali ultradźwiękową ekstrakcję artemizyny z wykorzystaniem eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME) jako rozpuszczalnika. Ultrasonicznie wytworzony ekstrakt artemizyny analizowano przy użyciu Ultra Wydajnej Chromatografii Cieczowej (UPLC). Wyniki analiz potwierdziły wysoką jakość ekstraktu. Ze względu na dobrą powtarzalność procesu i stabilność wyekstrahowanej artemizyny, ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami z wykorzystaniem ekologicznego i wydajnego monoeteru eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME) jako rozpuszczalnika wykazuje duże perspektywy w ekstrakcji i separacji bioaktywnych molekuł z roślin botanicznych. Ekstrakcja ultradźwiękowa z użyciem eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME) jako rozpuszczalnika skutkowała wysoką ogólną wydajnością ekstrakcji i wysoką wydajnością artemizyny. (por. Zhang i in., 2017)

W innej pracy, Zhang i wsp. (2020) przedstawiają ultradźwiękową ekstrakcję artemizyny z wykorzystaniem hydroksypropyl-β-cyklodekstryny. Dodatek cyklodekstryny poprawia uwalnianie słabo rozpuszczalnego w wodzie związku - artemizyny i pozwala na zastosowanie wody jako rozpuszczalnika z dobrą wydajnością ekstrakcji. Ekstrakcja ultradźwiękowa w połączeniu z cyklodekstryną zwiększyła ilość artemizyny do 8,66 mg/g, czyli znacznie więcej niż odpowiadająca jej ilość 1,70 mg/g uzyskana w wodzie.

Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe do produkcji artemizyniny

Wysokowydajne ultradźwiękowe systemy odciągowe firmy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie na R&D, małe, średnie i w pełni komercyjne poziomy produkcji w różnych gałęziach przemysłu, takich jak produkcja żywności, suplementów diety i farmaceutyków. Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe intensyfikują proces ekstrakcji i zwiększają wydajność, poprawiając w ten sposób ogólną efektywność produkcji ekstraktów wysokiej jakości. Firma Hielscher Ultrasonics oferuje urządzenia ekstrakcyjne dla każdej objętości/wydajności procesu. Posiadając ponad 25-letnie doświadczenie w ekstrakcji botanicznej, firma Hielscher Ultrasonics jest zaufanym partnerem w zakresie wysokowydajnej ekstrakcji ultradźwiękowej Artemisia annua!

Wysokowydajne, najnowocześniejsze ultradźwięki

Inteligentne funkcje ultradźwiękowych urządzeń firmy Hielscher gwarantują niezawodną pracę, powtarzalne wyniki i łatwość obsługi. Ustawienia robocze są łatwo dostępne i wybierane za pomocą intuicyjnego menu, dostępnego za pomocą cyfrowego kolorowego wyświetlacza dotykowego i zdalnego sterowania przez przeglądarkę. Wszystkie warunki przetwarzania, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na weryfikację i porównanie poprzednich przebiegów sonikacji oraz optymalizację procesu ekstrakcji artemizyny w celu uzyskania najwyższej wydajności.
Systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher są stosowane na całym świecie do produkcji wysokiej jakości ekstraktów botanicznych. Ultradźwiękowe urządzenia przemysłowe firmy Hielscher mogą bez problemu pracować w trybie ciągłym (24/7/365) z wysokimi amplitudami. Amplitudy do 200µm mogą być bez problemu generowane w sposób ciągły za pomocą standardowych sonotrod (sond ultradźwiękowych / tub). Dla jeszcze większych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Ze względu na swoją solidność i niskie koszty konserwacji nasze ultradźwiękowe systemy ekstrakcji są powszechnie instalowane w zastosowaniach o dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.

Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyny z rośliny Artemisia annua. Chętnie prześlemy Ci informacje o naszych systemach ekstrakcji ultradźwiękowej i cenach! Nasi doświadczeni pracownicy z przyjemnością omówią z Państwem Państwa zastosowania i wymagania dotyczące przetwarzania!
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: