Extração altamente eficiente de artemisinina com sonicação

A artemisinina pode ser extraída de forma eficiente utilizando a sonicação de alto desempenho. A extração por ultra-sons dá rendimentos muito elevados de artemisinina utilizando solventes suaves. O processo de extração aplicando ultra-sons é acelerado drasticamente. As condições de processamento em extractores de ultra-sons são precisamente controláveis, o que permite evitar a degradação da biomolécula sensível ao calor artemisinina.

Extração de artemisinina

A artemisinina é uma molécula bioactiva presente nas glândulas tricomatosas da planta Artemisia annua, que é utilizada como medicamento anti-malária e apresenta um elevado potencial como medicamento para o tratamento de várias outras doenças, incluindo o cancro e o SARS-CoV-2. O método de extração tradicional envolve solventes tóxicos e é um processo dispendioso e pouco eficaz. Para produzir a artemisinina em grande escala em condições favoráveis do ponto de vista ambiental e económico, é necessária uma técnica de extração eficiente e ecológica. A extração por ultra-sons é um método de extração amplamente estabelecido que pode ser utilizado em combinação com água ou etanol como solventes não tóxicos. Já se provou que a extração por ultra-sons permite obter rendimentos elevados de artemisinina, pelo que a produção de artemisinina pode ser rapidamente aumentada para grandes volumes. Está prontamente disponível equipamento de extração ultra-sónica para processamento em lote e em linha a nível industrial.

Extração ultra-sônica de Artemisinin de Artemisia annua

A utilização de ultra-sons de potência para a extração é superior a outros métodos de extração em vários factores importantes, incluindo o rendimento, o tempo de extração, o respeito pelo ambiente e a relação custo-eficácia.

Os inconvenientes da extração tradicional da artemisinina

Os métodos tradicionais de extração da artemisinina são demorados, podem danificar as moléculas bioactivas da artemisinina devido às elevadas temperaturas aplicadas e têm um elevado impacto ambiental devido aos solventes orgânicos utilizados a altas temperaturas. Além disso, no processo a jusante, é necessária uma purificação extensiva para remover as impurezas do extrato bruto.

As vantagens da extração ultra-sónica de artemisinina

A aplicação de ultra-sons de potência para extração tem vários efeitos positivos que intensificam o processo de extração: Os ultra-sons de alto desempenho criam cavitação acústica. Esta cavitação acústica promove a extração botânica através da rutura celular, de modo a que as biomoléculas aprisionadas sejam libertadas da matriz celular da planta. Além disso, as forças cavitacionais intensificam a transferência de massa transportando as biomoléculas, como a artemisinina, de forma eficiente para o solvente circundante. O princípio de funcionamento da extração ultra-sónica pode ser contribuído para forças puramente mecânicas de cavitação. Isto significa que a sonicação é uma técnica de extração não térmica e não química. O facto de ser uma técnica de extração não térmica torna a extração ultra-sónica especialmente favorável, uma vez que a artemisinina é um composto termicamente sensível, o que significa que temperaturas mais elevadas (por exemplo, 70°C) causarão a sua decomposição. Por conseguinte, a Artemisia annua L. não pode ser fervida em água quente para obter a artemisinina.

Solventes verdes para extração ultra-sónica de artemisinina

Os solventes de extração clássicos utilizados para a produção de artemisinina incluem o hexano, o éter de petróleo ou o diclorometano. A extração por ultra-sons é compatível com qualquer solvente, incluindo solventes suaves e ecológicos, como o etanol ou a água. A extração ultra-sónica da artemisinina com etanol é igualmente eficiente quando comparada com solventes agressivos. Como a artemisinina apresenta uma fraca solubilidade em água, as ciclodextrinas podem ser utilizadas para melhorar a extração ultra-sónica em água fria da artemisinina.

O que torna a extração ultra-sónica de artemisinina tão eficiente?

Para compreender as vantagens da extração assistida por ultra-sons, é necessário compreender o princípio de funcionamento dos ultra-sons de potência. O mecanismo de intensificação da extração por ultra-sons de potência é atribuído principalmente ao fenómeno da cavitação acústica. A cavitação ultra-sónica provoca colisões entre as partículas da biomassa botânica (como as folhas de Artemisia annua L.), o que resulta no fracionamento interparticular e na redução do tamanho das partículas. Quando as bolhas de cavitação colapsam na superfície dos sólidos vegetais, a erosão e a sonoporação aumentam ainda mais a superfície das partículas. A transferência de massa assim intensificada facilita a libertação de moléculas como proteínas, lípidos, açúcares, vitaminas, antioxidantes, fitoquímicos (por exemplo, artemisinina) e fibras alimentares. As forças de cisalhamento geradas por ultra-sons melhoram a penetração do solvente na matriz celular da matéria botânica e melhoram a permeabilidade das membranas celulares, respetivamente. Estes mecanismos de ultra-sons de potência são responsáveis pela intensificação significativa do processo alcançado quando a ultrassonografia é aplicada para a extração botânica.

As ondas de ultra-sons de potência rompem a estrutura celular dos vegetais, libertam os compostos bioactivos e promovem a transferência de massa entre o material vegetal e o solvente (por exemplo, etanol).

Resultados comprovados pela investigação da extração ultra-sónica de artemisinina

Foram realizados vários estudos científicos para investigar a eficiência e a praticabilidade da extração ultra-sónica de artemisinina das folhas de Artemisia annua.

Briars e Paniwnyk mostraram "que os ultra-sons a baixas temperaturas aumentam o rendimento da artemisinina extraída de A. annua em cerca de 58% e os extractos parecem mais puros quando comparados com a maceração convencional; por conseguinte, a utilização de ultra-sons durante a extração tem o potencial de produzir tratamentos à base de artemisinina de baixo custo". (Briars e Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) investigaram a extração ultrassônica de artemisinina usando éter metílico de propilenoglicol (PGME) como solvente. O extrato de artemisinina produzido ultrassonicamente foi analisado por meio de Cromatografia Líquida de Ultra Desempenho (UPLC). Os resultados da análise sublinharam a qualidade do extrato. Devido à boa repetibilidade do processo e estabilidade da artemisinina extraída, a extração ultrassonicamente assistida usando o éter metílico de propilenoglicol monoéter verde e eficiente (PGME) como solvente mostra grandes perspectivas na extração e separação de moléculas bioativas de botânicos. A extração ultra-sónica utilizando éter metílico de propilenoglicol (PGME) como solvente resultou numa elevada eficiência global de extração e rendimentos elevados de artemisinina. (cf. Zhang et al., 2017)

Em outro estudo, Zhang et al. (2020) apresentam a extração ultra-sônica de artemisinina usando hidroxipropil-β-ciclodextrina. A adição de ciclodextrina melhora a liberação do composto pouco solúvel em água artemisinina e permite usar água como solvente com bons rendimentos de extração. A extração ultra-sónica em combinação com ciclodextrina aumentou a quantidade de artemisinina para 8,66 mg/g, o que é significativamente mais do que a quantidade correspondente de 1,70 mg/g obtida em água.

Extractores ultra-sónicos de elevado desempenho para a produção de artemisinina

Os sistemas de extração por ultra-sons de alto desempenho da Hielscher Ultrasonics são utilizados em todo o mundo em R&D, pequenos, médios e totalmente comerciais níveis de produção em várias indústrias, tais como na produção de alimentos, suplementos alimentares e produtos farmacêuticos. Os extractores ultra-sónicos de alto desempenho intensificam o processo de extração e aumentam o rendimento, melhorando assim a eficiência global da produção de extractos de alta qualidade. Hielscher Ultrasonics oferece equipamentos de extração para qualquer volume / capacidade de processo. Tendo experiência em extração botânica por mais de 25 anos, Hielscher Ultrasonics é o seu parceiro de confiança para extração ultra-sônica de alto desempenho de Artemisia annua!

Ultrasonicadores de alto desempenho e de última geração

As caraterísticas inteligentes dos ultrassons Hielscher foram concebidas para garantir um funcionamento fiável, resultados reprodutíveis e facilidade de utilização. As definições operacionais podem ser facilmente acedidas e marcadas através de um menu intuitivo, que pode ser acedido através de um ecrã tátil digital a cores e de um controlo remoto via browser. Assim, todas as condições de processamento, como a energia líquida, a energia total, a amplitude, o tempo, a pressão e a temperatura são automaticamente registadas num cartão SD incorporado. Isto permite-lhe rever e comparar execuções de sonicação anteriores e otimizar o processo de extração de artemisinina para a mais alta eficiência.
Os sistemas de ultra-sons Hielscher são utilizados em todo o mundo para o fabrico de extractos botânicos de alta qualidade. Hielscher ultrasonicators industriais podem facilmente executar altas amplitudes em operação contínua (24/7/365). Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente geradas continuamente com sonotrodos padrão (sondas ultra-sônicas / chifres). Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. Devido à sua robustez e baixa manutenção, os nossos sistemas de extração ultra-sónica são normalmente instalados para aplicações pesadas e em ambientes exigentes.

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