Extração de alcalóides com elevado rendimento utilizando sonicadores de sonda

Extraia alcalóides de plantas de forma mais rápida, mais completa e com um controlo preciso do processo. Os ultrassonificadores de sonda da Hielscher utilizam a cavitação acústica para abrir as células vegetais e intensificar a transferência de massa, ajudando-o a obter elevados rendimentos de alcalóides em minutos, em vez de horas.
Quer se trate de folhas, raízes, casca, sementes ou outro material vegetal, os extratores ultrassónicos da Hielscher permitem uma extração reprodutível, desde ensaios laboratoriais até lotes-piloto e produção industrial em linha.

Por que escolher a extração ultrassónica de alcalóides?

• Maiores rendimentos de extração graças a uma ruptura celular eficiente e a uma melhor penetração do solvente
• Tempos de processamento mais curtos em comparação com a maceração, a decocção, a infusão ou a extração por Soxhlet
• Reduzir a utilização de solventes com água, etanol aquoso, metanol ou outros solventes adequados
• Qualidade controlada do extrato através da regulação da amplitude, temperatura, tempo e intensidade
• Fácil transição de pequenas amostras para a extração industrial contínua
• Documentação fiável com registo automático dos dados do processo, para garantir a repetibilidade e a garantia de qualidade

Extração de alcalóides altamente eficiente utilizando ultra-sons de potência

Como é que a extração por ultra-sons promove o isolamento de alcalóides?
A extração por ultra-sons utiliza ondas de ultra-sons de baixa frequência (por exemplo, frequência de 20-26kHz) e o efeito de cavitação acústica dos ultra-sons. As ondas de ultrassom de alta intensidade criam bolhas de cavitação que colapsam, gerando diferenciais de pressão e temperatura localmente densos em energia, bem como poderosas forças de cisalhamento, que perfuram e quebram as paredes das células vegetais e abrem o tecido vegetal. O fluxo de líquido gerado pela cavitação promove a transferência de massa entre a matriz intracelular e o solvente circundante, de modo que os alcalóides são eficientemente libertados. Para a extração ultrassónica de alcalóides, o material vegetal (por exemplo, folhas secas moídas) é colocado num solvente, que é tipicamente uma mistura de água e um solvente orgânico, como o etanol aquoso. Os solventes polares, como o metanol e o etanol, têm-se revelado mais eficazes para obter rendimentos elevados em alcalóides. Após um breve tratamento ultrassónico da pasta – constituído por material vegetal e solvente – os alcalóides são libertados das células vegetais e estão presentes no solvente, de onde podem ser isolados e purificados (por exemplo, utilizando um rotor-evaporador).

Principais vantagens da extração de alcalóides por ultra-sons

A extração ultra-sónica é considerada como uma técnica de extração superior para o isolamento de alcalóides a partir de materiais vegetais, uma vez que oferece várias vantagens, incluindo:

1. Aumento da eficiência da extração: A extração por ultra-sons pode aumentar o rendimento dos alcalóides em mais de 200% em comparação com os métodos de extração tradicionais.
2. Redução do tempo de extração: A extração por ultra-sons pode reduzir significativamente o tempo de extração, permitindo um processamento mais rápido e eficiente de grandes volumes de material vegetal.
3. Menor consumo de solventes: A extração por ultra-sons pode reduzir a quantidade de solvente necessária para a extração, resultando num menor consumo de solvente e num menor impacto ambiental.
4. Extração selectiva: A extração por ultra-sons pode ser utilizada para extrair seletivamente determinados alcalóides, escolhendo o solvente adequado, os parâmetros do processo e a temperatura de extração. Como os compostos indesejados são deixados para trás, a pureza do produto final é melhorada.
5. Fácil de aumentar a escala: A extração ultra-sónica pode ser facilmente aumentada para lidar com volumes maiores de material vegetal, tornando-a adequada para a produção comercial. Os processos ultra-sônicos podem ser escalados linearmente, o que facilita a implementação em escala industrial.

Em geral, a extração por ultra-sons oferece uma abordagem mais rápida, mais eficiente e mais amiga do ambiente para isolar alcalóides de materiais vegetais.

Extração ultra-sónica de alcalóides das folhas da árvore da graviola

Nolasco-González et al. (2022) investigaram a eficácia e eficiência da extração ultra-sônica de compostos bioativos, incluindo compostos fenólicos, alcalóides, acetogeninas (todos com alta capacidade antioxidante) das folhas das espécies vegetais Annona muricata (árvore de soursop). Para a extração ultra-sônica, eles usaram o ultrasonicator tipo sonda UP400S nas seguintes condições: 80% de amplitude, 0,7 s de ciclo de pulso, durante 4,54 min. Os fenóis solúveis totais (TSP) foram extraídos usando 0,5 g de pó de folhas secas e 20 mL de acetona: água (80:20 v/v). O extrato produzido por ultra-sons continha 178,48 mg/100 mL de fenóis solúveis, 20,18 mg/100 mL de flavonóides totais, 27,81 mg/100 mL de polifenóis hidrolisáveis, 167,07 mg/100 mL de taninos condensados, 30,44 mg/100 mL de alcalóides totais e 14,62 mg/100 mL de acetogeninas totais. O extrato isolado com o ultrasonicator tipo sonda U400S (ver imagem à esquerda) exibiu uma alta capacidade antioxidante e um maior teor de compostos bioativos de ~ 6 a ~ 927 vezes do que a decocção ou infusão, dependendo do tipo de composto. Vinte e quatro compostos fenólicos diferentes foram identificados nas amostras, e o extrato ultrassonicamente isolado produziu a maior concentração.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]

Capacidade antioxidante dos extractos obtidos nas condições óptimas de extração assistida por ultra-sons (EAU), decocção e infusão. Os extractos ultra-sónicos mostram consistentemente uma capacidade antioxidante significativamente mais elevada.
(Estudo e gráfico: ©Nolasco-González et al., 2022)

Cromatograma de HPLC dos compostos fenólicos do extrato isolado por ultra-sons das folhas de Annona muricata utilizando o ultrasonicator UP400S.
(1) ácido chiquímico, (2) ácido gálico, (3) ácido protocatecuico, (4) ácido neoclorogénico,
(5) 3,4-di-hidroxifenilacético, (6) ácido 4-hidroxibenzóico, (7) ácido clorogénico, (8) 4-hidroxifenilacético, (9) ácido vanílico, (10) ácido siríngico, (11) ácido 3-hidroxibenzóico, (12) ácido cafeico, (13) 4-hidroxibenzaldeído, (14) ácido homovanílico, (15) 3-(4-hidroxifenil), (16) ácido p-cumárico, (17) ácido trans-ferúlico, (18) ácido trans-cinâmico, (19) galocatequina, (20) epigalocatequina, (21) catequina, (22) epicatequina, (23) rutina, (24) ácido elágico.
(Estudo e gráfico: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) tiveram resultados confirmados semelhantes, pois relatam 2,3 vezes mais alcaloides de folhas de A. muricata extraídas sob ultrassonicação (340 W, 56◦C, 30 min) em comparação com a extração de Soxhlet (7 h, 80◦C).

Extração de alcalóides indole da casca da raiz de Mimosa e Ayahuasca usando um ultrassom

A casca da raiz da Mimosa, bem como as folhas da ayahuasca, contêm o alcaloide N,N-dimetiltriptamina (DMT). A dimetiltriptamina (DMT) é atualmente investigada em ensaios clínicos pelos seus efeitos alucinogénios e, por conseguinte, como um medicamento potencial para tratar a depressão e as perturbações de stress pós-traumático (PTSD). Ultrasonication efetivamente promove a liberação e isolamento do alcaloide das raízes Mimosa hostilis e folhas Psychotria viridis (ayahuasca). A extração ultra-sónica de DMT produz rendimentos elevados num período de tempo muito curto. Compatível com quase qualquer solvente, os ultrasonicators do tipo sonda Hielscher são usados para a produção de compostos bioativos de grau farmacêutico para uso em pesquisa e configurações médicas, bem como para preparação de amostras antes da qualidade analítica e testes de potência. Portanto, os ultrassonicadores Hielscher podem facilitar a DMT médica e a pesquisa botânica de várias maneiras.
A fonte mais comum do alcaloide indólico N,N-dimetiltriptamina (DMT) na jurema, provém das raízes da Mimosa hostilis (vulgarmente conhecida como jurema preta). Ayahuasca é o nome tradicional de outra espécie de planta, na qual as folhas do arbusto Psychotria viridis são ricas em DMT.
Tanto a casca da raiz da mimosa (também mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; abrev. MHRB) como as folhas da ayahuasca contêm vários compostos bioactivos, que são atualmente investigados em ensaios clínicos relativamente ao seu potencial como medicamento terapêutico. A casca da raiz da Mimosa contém taninos, saponinas, triptaminas, alcalóides, lípidos, fitoindóis, xilose, fitoesteróis, glucósidos, ramnose, arabinose, metoxicalconas, lupeol e kukulkaninas. Estes compostos bioactivos podem ser eficientemente extraídos da casca da raiz utilizando ultrasonicators do tipo sonda. A extração ultra-sônica é a técnica superior para isolar substâncias-alvo, como alcalóides de material botânico, como casca de raiz de mimosa e folhas de ayahuasca. A sonicação distingue-se por proporcionar rendimentos elevados num período de extração muito curto. As condições suaves do processo garantem a melhor qualidade do extrato, evitando a degradação indesejada das moléculas activas.

Preparação da extração para o isolamento botânico: Ultrassonicador de tipo sonda UP400STfiltro de vácuo Büchi e rotor-evaporador para a extração de fitoquímicos como alcalóides e fenóis.

Hielscher Ultrasonicators para extração eficiente de alcalóides

A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui extractores ultra-sónicos de elevado desempenho, que são utilizados na investigação científica e na produção de extractos de qualidade farmacêutica.
Eficiência de extração superiorA extração assistida por ultra-sons é uma técnica cientificamente comprovada com uma extraordinária eficiência na extração de compostos bioactivos das plantas. Enquanto os métodos tradicionais demoram frequentemente muito tempo (várias horas até dias), a extração botânica por ultra-sons demora apenas alguns minutos.

Alto rendimento de extração e qualidade superior do extrato com ultrassonicadores Hielscher

A extração por ultra-sons permite a libertação completa de compostos bioactivos do material vegetal. A cavitação ultra-sónica quebra a matriz celular e liberta as moléculas bioactivas de forma eficiente para o solvente circundante. Estudos comparativos demonstraram que a sonicação dá rendimentos de extrato mais elevados do que outras técnicas de extração (por exemplo, Soxhlet, maceração, decocção, infusão). A extração por ultra-sons é compatível com qualquer solvente e permite, assim, também a utilização de solventes muito suaves, como a água ou o etanol aquoso. Relativamente a requisitos específicos de extração, podem ser escolhidos solventes polares e não polares e a alternância entre solventes não constitui problema. O controlo preciso dos parâmetros do processo (por exemplo, a amplitude), a utilização de solventes suaves e o controlo exato da temperatura evitam a degradação e a contaminação de compostos bioactivos (por exemplo, alcalóides, polifenóis, flavonóides, canabinóides, etc.) durante a extração por ultra-sons.

Aplicação versátil dos ultrassons Hielscher

Enquanto as técnicas de extração alternativas (por exemplo, CO2 supercrítico, extração por solvente, percolação, etc.) são frequentemente aplicáveis apenas à extração de moléculas específicas, dependendo do peso molecular, solubilidade e sensibilidade ao calor, a extração com ultrasonicators de alto desempenho Hielscher permite a extração versátil de qualquer composto botânico. A extração assistida por ultrassom pode ser aplicada de forma confiável para a extração de extratos de amplo espetro contendo compostos bioativos, como polifenóis, alcalóides, antraquinonas, flavonóides, glicosídeos, lipídios, pectina e polissacarídeos.

Excelente eficiência energética e respeito pelo ambiente

O consumo de energia da extração assistida por ultra-sons é de longe inferior ao dos métodos tradicionais de extração de compostos medicinais das plantas.

Fiabilidade devido à normalização de processos com a Hielscher Ultrasonics

Os ultrassons Hielscher permitem o controlo preciso de todos os parâmetros do processo ultrassónico, como a amplitude, a intensidade, a duração e a temperatura. Os parâmetros do processo podem ser facilmente controlados e são continuamente monitorizados. Além disso, todos os parâmetros do processo são automaticamente protocolados como ficheiro CSV num cartão SD incorporado. Isso permite que o operador para rever execuções de sonicação, para otimizar o processo de extração e para garantir a qualidade do extrato consistente. Os ultrasonicadores Hielscher permitem que os fabricantes produzam extratos botânicos de qualidade superior e facilitam o cumprimento das Boas Práticas de Fabricação (BPF).

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: