Wysoce wydajna ekstrakcja artemizyniny za pomocą sonikacji

Artemizynina może być skutecznie ekstrahowana przy użyciu wysokowydajnej sonikacji. Ekstrakcja ultradźwiękowa daje bardzo wysoką wydajność artemizyniny przy użyciu łagodnych rozpuszczalników. Proces ekstrakcji za pomocą ultradźwięków jest drastycznie przyspieszany. Warunki przetwarzania w ekstraktorach ultradźwiękowych są precyzyjnie kontrolowane, co pozwala zapobiec degradacji wrażliwej na ciepło biomolekuły artemizyniny.

Ekstrakcja artemizyniny

Artemizynina jest bioaktywną cząsteczką obecną w gruczołach trichomowych rośliny Artemisia annua, która jest stosowana jako lek przeciwmalaryczny i wykazuje duży potencjał jako lek do leczenia kilku innych chorób, w tym raka i SARS-CoV-2. Tradycyjna metoda ekstrakcji obejmuje toksyczne rozpuszczalniki i jest kosztownym, nieoptymalnym procesem. W celu produkcji artemizyniny na dużą skalę w warunkach korzystnych dla środowiska i gospodarki, wymagana jest wydajna i ekologiczna technika ekstrakcji. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest powszechnie stosowaną metodą ekstrakcji, która może być stosowana w połączeniu z wodą lub etanolem jako nietoksycznymi rozpuszczalnikami. Udowodniono już, że ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia wysoką wydajność artemizyniny, dzięki czemu produkcja artemizyniny może być szybko skalowana do dużych ilości. Sprzęt do ekstrakcji ultradźwiękowej do przetwarzania wsadowego i liniowego na poziomie przemysłowym jest łatwo dostępny.

Ekstrakcja ultradźwiękowa artemizyniny z Artemisia annua

Zastosowanie ultradźwięków mocy do ekstrakcji przewyższa inne metody ekstrakcji pod względem różnych głównych czynników, w tym wydajności, czasu ekstrakcji, przyjazności dla środowiska i opłacalności.

Wady tradycyjnej ekstrakcji artemizyny

Tradycyjne metody ekstrakcji artemizyniny są czasochłonne, mogą uszkadzać bioaktywne cząsteczki artemizyniny ze względu na stosowane wysokie temperatury i mają duży wpływ na środowisko ze względu na rozpuszczalniki organiczne stosowane w wysokich temperaturach. Dodatkowo, w dalszym procesie konieczne jest intensywne oczyszczanie w celu usunięcia zanieczyszczeń z surowego ekstraktu.

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyny

Zastosowanie ultradźwięków do ekstrakcji ma kilka pozytywnych efektów, które intensyfikują proces ekstrakcji: Wysokowydajne ultradźwięki tworzą kawitację akustyczną. Ta kawitacja akustyczna promuje ekstrakcję botaniczną poprzez rozerwanie komórek, dzięki czemu uwięzione biomolekuły są uwalniane z macierzy komórkowej rośliny. Dodatkowo siły kawitacyjne intensyfikują przenoszenie masy, skutecznie 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. Bycie nietermiczną techniką ekstrakcji sprawia, że ekstrakcja ultradźwiękowa jest szczególnie korzystna, ponieważ artemizyna jest związkiem wrażliwym termicznie, co oznacza, że wyższe temperatury (np. 70°C) spowodują jej rozkład. W związku z tym Artemisia annua L. nie mogła być gotowana w gorącej wodzie w celu uzyskania artemizyniny.

Zielone rozpuszczalniki do ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny

Klasyczne rozpuszczalniki ekstrakcyjne stosowane do produkcji artemizyniny obejmują heksan, eter naftowy lub dichlorometan. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z każdym rozpuszczalnikiem, w tym z łagodnymi, zielonymi rozpuszczalnikami, takimi jak etanol lub woda. Ekstrakcja ultradźwiękowa artemizyniny etanolem jest równie skuteczna w porównaniu z ostrymi rozpuszczalnikami. Ponieważ artemizynina wykazuje słabą rozpuszczalność w wodzie, cyklodekstryny mogą być stosowane w celu poprawy ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny zimną wodą.

Co sprawia, że ultradźwiękowa ekstrakcja artemizyny jest tak wydajna?

Aby zrozumieć zalety ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami, należy zrozumieć zasadę działania ultradźwięków mocy. Mechanizm intensyfikacji ekstrakcji ultradźwięków mocy przypisuje się głównie zjawisku kawitacji akustycznej. Kawitacja ultradźwiękowa powoduje kolizje między cząstkami biomasy botanicznej (np. liśćmi Artemisia annua L.), co skutkuje frakcjonowaniem międzycząsteczkowym i zmniejszeniem wielkości cząstek. Kiedy pęcherzyki kawitacyjne zapadają się na powierzchni roślinnych ciał stałych, erozja i sonoporacja dodatkowo powiększają powierzchnię cząstek. Zintensyfikowany w ten sposób transfer masy ułatwia uwalnianie cząsteczek, takich jak białka, lipidy, cukry, witaminy, przeciwutleniacze, fitochemikalia (np. artemizyna) i błonnik pokarmowy. Ultradźwiękowo generowane siły ścinające poprawiają penetrację rozpuszczalnika do macierzy komórkowej materii botanicznej i poprawiają przepuszczalność błon komórkowych, odpowiednio. Te mechanizmy ultradźwięków mocy są odpowiedzialne za znaczną intensyfikację procesu osiągniętą, gdy ultradźwięki są stosowane do ekstrakcji botanicznej.

Fale ultradźwiękowe zakłócają strukturę komórkową roślin, uwalniają związki bioaktywne i promują przenoszenie masy między materiałem roślinnym a rozpuszczalnikiem (np. etanolem).

Potwierdzone badaniami wyniki ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyny

Przeprowadzono kilka badań naukowych w celu zbadania skuteczności i praktyczności ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny z liści Artemisia annua.

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

Zhang et al. (2017) badali ultradźwiękową ekstrakcję artemizyniny przy użyciu eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME) jako rozpuszczalnika. Ultradźwiękowo wytworzony ekstrakt artemizyniny analizowano za pomocą ultradźwiękowej chromatografii cieczowej (UPLC). Wyniki analizy podkreśliły jakość ekstraktu. Ze względu na dobrą powtarzalność procesu i stabilność ekstrahowanej artemizyniny, ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami przy użyciu zielonego i wydajnego monoeteru eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME) jako rozpuszczalnika wykazuje duże perspektywy w ekstrakcji i oddzielaniu bioaktywnych cząsteczek z roślin. Ekstrakcja ultradźwiękowa przy użyciu eteru metylowego glikolu propylenowego (PGME) jako rozpuszczalnika skutkowała wysoką ogólną wydajnością ekstrakcji i wysoką wydajnością artemizyniny. (por. Zhang et al., 2017)

W innym badaniu Zhang i wsp. (2020) przedstawiają ultradźwiękową ekstrakcję artemizyniny za pomocą hydroksypropylo-β-cyklodekstryny. Dodatek cyklodekstryny poprawia uwalnianie słabo rozpuszczalnego w wodzie związku artemizyniny i pozwala na stosowanie wody jako rozpuszczalnika z dobrą wydajnością ekstrakcji. Ekstrakcja ultradźwiękowa w połączeniu z cyklodekstryną zwiększyła ilość artemizyniny 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 w urządzeniach R&D, małych, średnich i w pełni komercyjnych poziomach produkcji w różnych branżach, takich jak produkcja żywności, suplementów diety i farmaceutyków. Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe intensyfikują proces ekstrakcji i zwiększają wydajność, poprawiając w ten sposób ogólną efektywność produkcji wysokiej jakości ekstraktów. Hielscher Ultrasonics oferuje sprzęt do ekstrakcji dla dowolnej objętości / wydajności procesu. Mając doświadczenie w ekstrakcji botanicznej od ponad 25 lat, Hielscher Ultrasonics jest zaufanym partnerem w zakresie wysokowydajnej ekstrakcji ultradźwiękowej z Artemisia annua!

Wysokowydajne, najnowocześniejsze ultradźwięki

Inteligentne funkcje ultradźwiękowców Hielscher zostały zaprojektowane tak, aby zagwarantować niezawodne działanie, powtarzalne wyniki i łatwość obsługi. Ustawienia operacyjne są łatwo dostępne i wybierane za pomocą intuicyjnego menu, do którego można uzyskać dostęp za pomocą cyfrowego kolorowego wyświetlacza dotykowego i pilota zdalnego sterowania. W związku z tym wszystkie warunki przetwarzania, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura są automatycznie rejestrowane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na rewizję i porównanie poprzednich przebiegów sonikacji oraz optymalizację procesu ekstrakcji artemizyniny do najwyższej wydajności.
Systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher są wykorzystywane na całym świecie do produkcji wysokiej jakości ekstraktów botanicznych. Przemysłowe ultrasonografy firmy Hielscher mogą z łatwością pracować z wysokimi amplitudami w trybie ciągłym (24/7/365). Amplitudy do 200 µm można łatwo generować w sposób ciągły za pomocą standardowych sonotrod (sond ultradźwiękowych / rogów). Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są dostosowane sonotrody ultradźwiękowe. Ze względu na ich solidność i niskie koszty utrzymania, nasze ultradźwiękowe systemy ekstrakcji są powszechnie instalowane w ciężkich zastosowaniach i wymagających środowiskach.

Skontaktuj się z nami już teraz, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji artemizyniny z rośliny Artemisia annua. Chętnie prześlemy informacje o naszych systemach ekstrakcji ultradźwiękowej i cenach! Nasz doświadczony personel chętnie omówi z Państwem wymagania dotyczące aplikacji i przetwarzania!
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: