Extração de alcalóides utilizando uma sonda de ultra-sons

Os alcalóides são compostos bioactivos, que podem ser eficientemente extraídos de plantas utilizando ultra-sons. Os alcalóides exibem uma vasta gama de efeitos biológicos e são assim utilizados como produtos farmacêuticos e terapêuticos. A extração ultra-sónica é a técnica preferida para produzir extractos de alcalóides de alta qualidade a partir de material vegetal. A extração ultra-sónica resulta em rendimentos alcalóides muito elevados, enquanto o tempo de extração é curto e o equipamento ultrassónico é seguro e fácil de operar.

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: