Extração de alcalóides usando uma sonda-ultrassônico
Os alcalóides são compostos bioativos, que podem ser extraídos de forma eficiente das plantas usando ultrassom. Os alcalóides exibem uma ampla gama de efeitos biológicos e, portanto, são usados como produtos farmacêuticos e terapêuticos. A extração ultrassônica é a técnica preferida para produzir extratos de alcalóides de alta qualidade a partir de material vegetal. A extração ultrassônica resulta em rendimentos de alcalóides muito altos, enquanto o tempo de extração é curto e o equipamento ultrassônico é seguro e fácil de operar.
Extração de alcalóides de alta eficiência usando ultrassom de potência
Como a extração ultrassônica promove o isolamento de alcalóides?
A extração ultrassônica usa ondas de ultrassom de baixa frequência (por exemplo, frequência de 20-26kHz) e o efeito do ultrassom da cavitação acústica. 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 celulares das plantas e o tecido vegetal. O fluxo de líquido gerado pela cavitação promove a transferência de massa entre a matriz intracelular e o solvente circundante para que os alcalóides sejam liberados com eficiência. Para extração ultrassônica de alcalóides, o material vegetal (por exemplo, folhas secas moídas) é colocado em um solvente, que normalmente é uma mistura de água e um solvente orgânico, como etanol aquoso. Solventes polares, como metanol e etanol, são mais eficientes para altos rendimentos de alcalóides. Após um breve tratamento ultrassônico 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).
Ultrassonicador UP400St para extração de alcalóides de material vegetal.
Principais vantagens da extração ultrassônica de alcalóides
A extração ultrassônica é considerada uma técnica de extração superior para o isolamento de alcalóides de materiais vegetais, pois oferece várias vantagens, incluindo:
- Maior eficiência de extração: A extração ultrassônica pode aumentar o rendimento dos alcalóides em mais de 200% em comparação com os métodos tradicionais de extração.
- Tempo de extração reduzido: A extração ultrassônica pode reduzir significativamente o tempo de extração, permitindo um processamento mais rápido e eficiente de grandes volumes de material vegetal.
- Menor consumo de solvente: A extração ultrassônica pode reduzir a quantidade de solvente necessária para a extração, resultando em redução do consumo de solvente e diminuição do impacto ambiental.
- Extração seletiva: A extração ultrassônica pode ser usada para extrair seletivamente certos alcalóides, escolhendo o solvente adequado, os parâmetros do processo e a temperatura de extração. À medida que os compostos indesejados são deixados para trás, a pureza do produto final é melhorada.
- Fácil de ampliar: A extração ultrassônica pode ser facilmente ampliada para lidar com grandes volumes de material vegetal, tornando-a adequada para produção comercial. Os processos ultrassônicos podem ser dimensionados linearmente, o que facilita a implementação em escala industrial.
No geral, a extração ultrassônica oferece uma abordagem mais rápida, eficiente e ecológica para isolar alcalóides de materiais vegetais.
Extração ultrassônica de alcalóides das folhas da graviola
Nolasco-González et al. (2022) investigaram a eficácia e eficiência da extração ultrassônica de compostos bioativos, incluindo compostos fenólicos, alcalóides, acetogeninas (todos com alta capacidade antioxidante) das folhas da espécie vegetal Annona muricata (graviola). Para a extração ultrassônica, eles usaram o ultrasonicador tipo sonda UP400S nas seguintes condições: amplitude de 80%, ciclo de pulso de 0,7 s, por 4,54 min. Os fenóis solúveis totais (PTS) foram extraídos utilizando-se 0,5 g de pó de folhas secas e 20 mL de acetona:água (80:20 v/v). O extrato produzido por ultrassom 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 totogênicas. O extrato isolado com o ultrassônico do tipo sonda U400S (veja a 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 isolado por ultrassom produziu a maior concentração.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]
Capacidade antioxidante de extratos obtidos pelas condições ótimas de extração assistida por ultrassom (EAU), decocção e infusão. Os extratos ultrassônicos mostram consistentemente uma capacidade antioxidante significativamente maior.
(Estudo e gráfico: ©Nolasco-González et al., 2022)
Cromatograma por HPLC de compostos fenólicos de extrato isolado por ultrassom de folhas de Annona muricata usando o ultrasonicator UP400S.
(1) ácido chiquímico, (2) ácido gálico, (3) ácido protocatecuico, (4) ácido neoclorogênico,
(5) Ácido 3,4-dihidroxifenilacético, (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 transferúlico, (18) Ácido transcinâmico, (19) Galocatequina, (20) Epigalocatequina, (21) Catecina, (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 alcalóides das folhas de A. muricata extraídas sob ultrassom (340 W, 56◦C, 30 min) em comparação com a extração de Soxhlet (7 h, 80◦C).
Extrator ultrassônico UIP1000hdT com agitador para extração de alcalóides em modo de batelada.
Extração de alcalóide indol da casca da raiz de Mimosa e ayahuasca usando um ultrassônico
A casca da raiz de mimosa, bem como as folhas de ayahuasca, contém o alcalóide N,N-dimetiltriptamina (DMT). A dimetiltriptamina (DMT) é atualmente pesquisada em ensaios clínicos por seus efeitos alucinógenos e, portanto, como uma droga potencial para tratar depressão e transtornos de estresse pós-traumático (TEPT). A ultrassonografia promove efetivamente a liberação e o isolamento do alcalóide das raízes de Mimosa hostilis e das folhas de Psychotria viridis (ayahuasca). A extração ultrassônica de DMT produz altos rendimentos em muito pouco tempo. Compatíveis com quase todos os solventes, os ultrassônicos do tipo sonda Hielscher são usados para a produção de compostos bioativos de grau farmacêutico para uso em ambientes médicos e de pesquisa, bem como para preparação de amostras antes da qualidade analítica e testes de potência. Portanto, os ultrassonizadores Hielscher podem facilitar o DMT médico e a pesquisa botânica de várias maneiras.
A fonte mais comum do indol acalóide N,N-dimetiltriptamina (DMT) na árvore da jurema, vem das raízes de Mimosa hostilis (comumente 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; abreviatura MHRB) quanto as folhas de ayahuasca contêm vários compostos bioativos, que atualmente são pesquisados em ensaios clínicos quanto ao seu potencial como droga terapêutica. A casca da raiz de Mimosa contém taninos, saponinas, triptaminas, alcalóides, lipídios, fitoindóis, xilose, fitoesteróis, glicosídeos, ramnose, arabinose, metoxicalcconas, lupeol e kukulkanins. Esses compostos bioativos podem ser extraídos com eficiência da casca da raiz usando ultrassonicadores do tipo sonda. A extração ultrassônica 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 se destaca por fornecer altos rendimentos em um tempo de extração muito curto. Condições de processo suaves garantem a mais alta qualidade do extrato, evitando a degradação indesejada das moléculas ativas.
Configuração de extração para isolamento botânico: Ultrasonicador tipo sonda UP400ST, filtro de vácuo e evaporador de rotor Büchi para a extração de fitoquímicos, como alcalóides e fenóis.
Extrator ultrassônico UIP2000hdT com lote de aço inoxidável de grau farmacêutico para produção industrial de extratos de alcalóides.
Ultrasonicadores Hielscher para extração eficiente de alcalóides
A Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui extratores ultrassônicos de alto desempenho, que são usados para pesquisas científicas, bem como para a produção de extratos de grau farmacêutico.
Eficiência de extração superior:A extração assistida por ultrassom é uma técnica cientificamente comprovada com uma eficiência extraordinariamente alta em relação à extração de compostos bioativos de plantas. Enquanto os métodos tradicionais geralmente levam muito tempo (várias horas até dias), a extração botânica ultrassônica leva apenas alguns minutos.
Alto rendimento de extração e qualidade superior do extrato com ultrassônicos Hielscher
A extração por ultrassom permite a liberação completa de compostos bioativos do material vegetal. A cavitação ultrassônica quebra a matriz celular e libera as moléculas bioativas de forma eficiente no solvente circundante. Estudos comparativos demonstraram que a sonicação proporciona rendimentos de extrato mais altos do que outras técnicas de extração (por exemplo, Soxhlet, maceração, decocção, infusão). A extração ultrassônica é compatível com qualquer solvente e permite assim também o uso de solventes muito suaves, como água ou etanol aquoso. Em relação aos requisitos específicos de extração, solventes polares e não polares podem ser escolhidos e alternar entre solventes não é problema. O controle preciso sobre os parâmetros do processo (por exemplo, amplitude), o uso de solventes suaves e o controle exato da temperatura evitam a degradação e contaminação de compostos bioativos (por exemplo, alcalóides, polifenóis, flavonóides, canabinóides, etc.) durante a extração ultrassônica.
Aplicação versátil de ultrassônicos Hielscher
Embora as técnicas alternativas de extração (por exemplo, CO2 supercrítico, extração por solvente, percolação, etc.) sejam frequentemente aplicáveis apenas à extração de moléculas específicas, dependendo do peso molecular, solubilidade e sensibilidade ao calor, a extração com ultrassônicos 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 espectro contendo compostos bioativos, como polifenóis, alcalóides, antraquinonas, flavonóides, glicosídeos, lipídios, pectina e polissacarídeos.
Excelente eficiência energética e respeito ao meio ambiente
O consumo de energia da extração assistida por ultrassom é muito menor do que os métodos tradicionais na extração de compostos medicinais de plantas.
Confiabilidade devido à padronização de processos com Hielscher Ultrasonics
Os ultrassônicos Hielscher permitem o controle preciso de todos os parâmetros do processo ultrassônico, como amplitude, intensidade, duração e temperatura. Os parâmetros do processo podem ser facilmente controlados e são monitorados continuamente. Além disso, todos os parâmetros do processo são automaticamente protocolados como arquivo CSV em um cartão SD integrado. Isso permite que o operador revise as execuções de sonicação, otimize o processo de extração e garanta uma qualidade consistente do extrato. Os ultrassônicos Hielscher permitem que os fabricantes produzam extratos botânicos de qualidade superior e facilitam o cumprimento das Boas Práticas de Fabricação (GMP).
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:
| Volume do lote | Vazão | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 a 150L | 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | maior | cluster de UIP16000 |
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A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratorial, piloto e industrial.
Literatura / Referências
- Nolasco-González, Y.; Chacón-López, M.A.; Ortiz-Basurto, R.I.; Aguilera-Aguirre, S.; González-Aguilar, G.A.; Rodríguez-Aguayo, C.; Navarro-Cortez, M.C.; García-Galindo, H.S.; García-Magaña, M.d.L.; Meza-Espinoza, L.; Montalvo-González, E. (2022): Annona muricata Leaves as a Source of Bioactive Compounds: Extraction and Quantification Using Ultrasound. Horticulturae 2022, 8, 560.
- Aguilar-Hernandez, G., Zepeda-Vallejo, L. G., Lourdes Garcia-Magana, M. D., de los Angeles Vivar-Vera, M., Perez-Larios, A., Giron-Perez, M. I., Coria-Tellez, A. V., Rodriguez-Aguayo, C., Montalvo-Gonzalez, E. (2020): Extraction of Alkaloids Using Ultrasound from Pulp and By-Products of Soursop Fruit (Annona muricata L.). Applied Sciences, Vol. 10, No. 14, 15 July 2020.
- Chia Hau Lee, Ting Hun Lee, Pei Ying Ong, Syie Luing Wong, Norfadilah Hamdan, Amal A.M. Elgharbawy, Nurul Alia Azmi (2021): Integrated ultrasound-mechanical stirrer technique for extraction of total alkaloid content from Annona muricata. Process Biochemistry, Volume 109, 2021. 104-116.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Fatos, vale a pena conhecer
O que são alcalóides?
Os alcalóides formam uma classe de compostos nitrogenados naturais de baixo peso molecular que são freqüentemente encontrados como metabólitos secundários no reino vegetal. Um alcalóide contém pelo menos um átomo de nitrogênio. Os alcalóides são sintetizados bioquimicamente a partir de um dos três aminoácidos comuns a seguir – lisina, tirosina e triptofano.
Nas plantas, os alcalóides geralmente existem como sais de ácidos orgânicos como acético, málico, láctico, cítrico, oxálico, tartárico, tânico e outros ácidos. Alguns alcalóides básicos fracos (como a nicotina) ocorrem livremente na natureza. Alguns alcalóides também ocorrem como glicosídeos do açúcar, como glicose, ramnose e galactose, por exemplo, alcalóides do grupo solanum (solanina), como amidas (piperina) e como ésteres (atropina, cocaína) de ácidos orgânicos (cf. Ramawat et al., 2009).
Muitos alcalóides são compostos bioativos que exibem efeitos medicinais ou terapêuticos. Por exemplo, tipos específicos de alcalóides são usados para tratar várias doenças, incluindo malária, diabéticos, tipos específicos de câncer, disfunção cardíaca, depressão, etc.
Como muitos alcalóides apresentam fortes propriedades bioativas, seu uso como produtos farmacêuticos, narcóticos, estimulantes e venenos foi adotado ou está sob pesquisa científica. A morfina, um alcalóide bem conhecido da papoula Papaver somniferum, é usada como droga farmacêutica na medicina atual. Quinina e codeína são dois outros tipos de alcalóides usados para fins médicos. Sob supervisão médica e em doses prescritas por médicos, os alcalóides são farmacologicamente úteis. No entanto, quando usados incorretamente, alguns alcalóides podem ser tóxicos em altas doses. O alcalóide estricnina é, por exemplo, usado como uma toxina altamente eficaz usada como pesticida contra pequenas vértebras.
Exemplos de alguns alcalóides em plantas
Compounds Plant Source Effects and Applications Morphine Papaver somniferum Analgesic Camptothecin Camptotheca acuminata Anticancer Atropine Hyoscyamus niger Treatment of intestinal spasms, antidote to other poisons Vinblastine Catharanthus roseus Anticancer Codeine Papaver somniferum Analgesic, antitusive Caffeine Coffea arabica Stimulant, natural pesticide Nicotine Nicotiana tabacum Stimulant, tranquillizer Cocaine Erythroxylon coca Stimulant of the central nervous system, local anesthetic N,N-dimethyltryptamine Mimosa hostilis, Psychotria viridis Hallucinogenic, entheogenic Mitragynine Mitragyna speciosa Analgesic, psychoactive
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de labrador Para tamanho industrial.