Extração de alcaloides de alto rendimento com sonicadores de sonda

Extraia alcaloides de materiais vegetais mais rapidamente, de forma mais completa e com um controlo preciso do processo. Os sonicadores de sonda Hielscher utilizam a cavitação acústica para abrir as células vegetais e intensificar a transferência de massa, ajudando-o a obter elevados rendimentos de alcaloides em minutos em vez de horas.
Quer processe folhas, raízes, cascas, sementes ou outro material vegetal, os extratores ultrassónicos Hielscher permitem uma extração reprodutível, desde os ensaios laboratoriais aos lotes-piloto e à produção industrial em linha.

Porquê escolher a extração ultrassónica de alcaloides?

• Rendimentos de extração mais elevados graças à rutura celular eficiente e à melhor penetração do solvente
• Tempos de processamento mais curtos em comparação com a maceração, a decocção, a infusão ou a extração Soxhlet
• Menor utilização de solvente com água, etanol aquoso, metanol ou outros solventes adequados
• Qualidade do extrato controlada através do ajuste da amplitude, da temperatura, do tempo e da intensidade
• Ampliação de escala fácil, desde pequenas amostras à extração industrial contínua
• Documentação fiável com registo automático dos dados do processo para garantir a repetibilidade e a qualidade

Extração de alcaloides de elevada eficiência com ultrassons de potência

Como promove a extração ultrassónica o isolamento de alcaloides?
A extração ultrassónica utiliza ondas ultrassónicas de baixa frequência (por exemplo, uma frequência de 20–26kHz) e o efeito de cavitação acústica dos ultrassons. As ondas ultrassónicas de alta intensidade criam bolhas de cavitação que colapsam, gerando localmente diferenças de pressão e temperatura com elevada densidade energética, bem como fortes forças de cisalhamento, que perfuram e rompem as paredes celulares e os tecidos vegetais. O escoamento do líquido gerado pela cavitação promove a transferência de massa entre a matriz intracelular e o solvente circundante, permitindo a libertação eficiente dos alcaloides. Para a extração ultrassónica de alcaloides, o material vegetal (por exemplo, folhas secas moídas) é colocado num solvente, que é normalmente uma mistura de água e um solvente orgânico, como o etanol aquoso. Verificou-se que os solventes polares, como o metanol e o etanol, são os mais eficientes para obter elevados rendimentos de alcaloides. Após um breve tratamento ultrassónico da suspensão – constituída por material vegetal e solvente –, os alcaloides são libertados das células vegetais e ficam presentes no solvente, a partir do qual podem ser isolados e purificados (por exemplo, utilizando um evaporador rotativo).

Principais vantagens da extração ultrassónica de alcaloides

A extração ultrassónica é considerada uma técnica de extração superior para o isolamento de alcaloides de materiais vegetais, pois oferece várias vantagens, incluindo:

1. Maior eficiência de extração: A extração ultrassónica pode aumentar o rendimento de alcaloides em mais de 200% em comparação com os métodos de extração tradicionais.
2. Menor tempo de extração: A extração ultrassónica pode reduzir significativamente o tempo de extração, permitindo um processamento mais rápido e eficiente de grandes volumes de material vegetal.
3. Menor consumo de solvente: A extração ultrassónica pode reduzir a quantidade de solvente necessária para a extração, resultando num menor consumo de solvente e num menor impacto ambiental.
4. Extração seletiva: A extração ultrassónica pode ser utilizada para extrair seletivamente determinados alcaloides mediante a escolha do solvente, dos parâmetros do processo e da temperatura de extração adequados. Como os compostos indesejados não são extraídos, a pureza do produto final melhora.
5. Ampliação de escala fácil: A extração ultrassónica pode ser facilmente ampliada para processar maiores volumes de material vegetal, tornando-a adequada para a produção comercial. Os processos ultrassónicos podem ser ampliados de forma linear, o que facilita a implementação à escala industrial.

De um modo geral, a extração ultrassónica oferece uma abordagem mais rápida, mais eficiente e mais respeitadora do ambiente para o isolamento de alcaloides de materiais vegetais.

Extração ultrassónica de alcaloides das folhas da gravioleira

Nolasco-González et al. (2022) investigaram a eficácia e a eficiência da extração ultrassónica de compostos bioativos, incluindo compostos fenólicos, alcaloides e acetogeninas (todos com elevada capacidade antioxidante), das folhas da espécie vegetal Annona muricata (gravioleira). Para a extração ultrassónica, utilizaram o sonicador de sonda UP400S nas seguintes condições: amplitude de 80%, ciclo de impulsos de 0,7 s, durante 4,54 min. Os fenóis solúveis totais (TSP) foram extraídos utilizando 0,5 g de pó de folhas secas e 20 mL de acetona: água (80:20 v/v). O extrato produzido por ultrassons continha 178,48 mg/100 mL de fenóis solúveis, 20,18 mg/100 mL de flavonoides totais, 27,81 mg/100 mL de polifenóis hidrolisáveis, 167,07 mg/100 mL de taninos condensados, 30,44 mg/100 mL de alcaloides totais e 14,62 mg/100 mL de acetogeninas totais. O extrato isolado com o sonicador de sonda U400S (ver imagem à esquerda) apresentou uma elevada capacidade antioxidante e um teor de compostos bioativos de ~6 a ~927 vezes superior ao obtido por decocção ou infusão, dependendo do tipo de composto. Foram identificados vinte e quatro compostos fenólicos diferentes nas amostras, e o extrato isolado por ultrassons apresentou a concentração mais elevada.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]

Capacidade antioxidante dos extratos obtidos nas condições ótimas de extração assistida por ultrassons (UAE), decocção e infusão. Os extratos ultrassónicos apresentam consistentemente uma capacidade antioxidante significativamente mais elevada.
(Estudo e gráfico: ©Nolasco-González et al., 2022)

Cromatograma HPLC dos compostos fenólicos do extrato de folhas de Annona muricata isolado por ultrassons utilizando o sonicador UP400S.
(1) ácido chiquímico, (2) ácido gálico, (3) ácido protocatecuico, (4) ácido neoclorogénico,
(5) 3,4-di-hidroxifenilacético, (6) ácido 4-hidroxibenzoico, (7) ácido clorogénico, (8) 4-hidroxifenilacético, (9) ácido vanílico, (10) ácido siríngico, (11) ácido 3-hidroxibenzoico, (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) confirmaram resultados semelhantes, relatando uma quantidade de alcaloides 2,3 vezes superior nas folhas de A. muricata extraídas por sonicação (340 W, 56◦C, 30 min), em comparação com a extração Soxhlet (7 h, 80◦C).

Extração de alcaloides indólicos da casca da raiz de Mimosa e de ayahuasca com um sonicador

A casca da raiz de Mimosa, assim como as folhas de ayahuasca, contém o alcaloide N,N-dimetiltriptamina (DMT). A dimetiltriptamina (DMT) está atualmente a ser investigada em ensaios clínicos pelos seus efeitos alucinogénicos e, por conseguinte, como potencial fármaco para tratar a depressão e as perturbações de stress pós-traumático (PTSD). A sonicação promove eficazmente a libertação e o isolamento do alcaloide das raízes de Mimosa hostilis e das folhas de Psychotria viridis (ayahuasca). A extração ultrassónica de DMT produz elevados rendimentos num período de tempo muito curto. Compatíveis com quase qualquer solvente, os sonicadores de sonda Hielscher são utilizados na produção de compostos bioativos de qualidade farmacêutica para utilização em contextos de investigação e médicos, bem como na preparação de amostras antes dos ensaios analíticos de qualidade e potência. Assim, os sonicadores Hielscher podem facilitar de inúmeras formas a investigação médica sobre DMT e a investigação botânica.
A fonte mais comum do alcaloide indólico N,N-dimetiltriptamina (DMT) na árvore jurema são as raízes de Mimosa hostilis (comummente conhecida como jurema preta). Ayahuasca é o nome tradicional de outra espécie vegetal, na qual as folhas do arbusto Psychotria viridis são ricas em DMT.
Tanto a casca da raiz de mimosa (também mimosa tenuiflora, casca da raiz de Mimosa Hostilis; abreviatura MHRB) como as folhas de ayahuasca contêm vários compostos bioativos que estão atualmente a ser investigados em ensaios clínicos quanto ao seu potencial como fármacos terapêuticos. A casca da raiz de mimosa contém taninos, saponinas, triptaminas, alcaloides, lípidos, fitoindóis, xilose, fitoesteróis, glucósidos, ramnose, arabinose, metoxichalconas, lupeol e kukulkaninas. Estes compostos bioativos podem ser extraídos eficientemente da casca da raiz utilizando sonicadores de sonda. A extração ultrassónica é a técnica superior para isolar substâncias-alvo, como alcaloides, de material vegetal, como a casca da raiz de mimosa e as folhas de ayahuasca. A sonicação destaca-se por proporcionar elevados rendimentos num tempo de extração muito curto. As condições suaves do processo asseguram a mais elevada qualidade do extrato, evitando a degradação indesejada das moléculas ativas.

Configuração de extração para o isolamento de compostos vegetais: Sonicador de sonda UP400ST, filtro de vácuo Büchi e evaporador rotativo para a extração de fitoquímicos, como alcaloides e fenóis.

Sonicadores Hielscher para uma extração eficiente de alcaloides

A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui extratores ultrassónicos de alto desempenho, utilizados na investigação científica e na produção de extratos de qualidade farmacêutica.
Eficiência de extração superior: A extração assistida por ultrassons é uma técnica cientificamente comprovada com uma eficiência extraordinariamente elevada na extração de compostos bioativos de plantas. Enquanto os métodos tradicionais demoram frequentemente muito tempo (de várias horas até dias), a extração ultrassónica de compostos vegetais demora apenas alguns minutos.

Elevado rendimento de extração e qualidade superior do extrato com sonicadores Hielscher

A extração por ultrassons permite a libertação completa dos compostos bioativos do material vegetal. A cavitação ultrassónica rompe a matriz celular e liberta eficientemente as moléculas bioativas para o solvente circundante. Estudos comparativos demonstraram que a sonicação proporciona rendimentos de extrato mais elevados do que outras técnicas de extração (por exemplo, Soxhlet, maceração, decocção, infusão). A extração ultrassónica é compatível com qualquer solvente, permitindo assim também a utilização de solventes muito suaves, como água ou etanol aquoso. Em função dos requisitos específicos de extração, podem ser escolhidos solventes polares e apolares, e a mudança de solvente não constitui um problema. O controlo preciso dos parâmetros do processo (por exemplo, amplitude), a utilização de solventes suaves e o controlo exato da temperatura evitam a degradação e a contaminação dos compostos bioativos (por exemplo, alcaloides, polifenóis, flavonoides, canabinoides, etc.) durante a extração ultrassónica.

Aplicação versátil dos sonicadores Hielscher

Enquanto as técnicas de extração alternativas (por exemplo, CO2 supercrítico, extração com solventes, percolação, etc.) são frequentemente apenas aplicáveis à extração de moléculas específicas em função do peso molecular, da solubilidade e da sensibilidade ao calor, a extração com sonicadores Hielscher de alto desempenho permite a extração versátil de qualquer composto vegetal. A extração assistida por ultrassons pode ser aplicada de forma fiável à obtenção de extratos de largo espectro contendo compostos bioativos, como polifenóis, alcaloides, antraquinonas, flavonoides, glicósidos, lípidos, pectina e polissacáridos.

Excelente eficiência energética e respeito pelo ambiente

O consumo de energia da extração assistida por ultrassons é muito inferior ao dos métodos tradicionais na extração de compostos medicinais de plantas.

Fiabilidade através da normalização do processo com a Hielscher Ultrasonics

Os sonicadores 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 monitorizados continuamente. Além disso, todos os parâmetros do processo são registados automaticamente num ficheiro CSV num cartão SD integrado. Isto permite ao operador rever as operações de sonicação, otimizar o processo de extração e assegurar uma qualidade consistente do extrato. Os sonicadores Hielscher permitem aos fabricantes produzir extratos vegetais de qualidade superior e facilitam o cumprimento das Boas Práticas de Fabrico (GMP).

A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: