Extração de artemisina altamente eficiente com sônica

A artemisina pode ser extraída eficientemente usando sônica de alto desempenho. A extração ultrassônica dá rendimentos muito altos de artemisina usando solventes leves. O processo de extração de aplicação do ultrassom é acelerado drasticamente. As condições de processamento em extratores ultrassônicos são precisamente controláveis, o que permite evitar a degradação da artemisina biomolécula sensível ao calor.

Extração de artemisina

Artemisinina é uma molécula bioativa presente dentro das glândulas trichome da planta Artemisia annua, que é usada como anti-malária e mostra alto potencial como droga para o tratamento de várias outras doenças, incluindo câncer e SARS-CoV-2. O método tradicional de extração envolve solventes tóxicos e é um processo caro e sub-ideal. Para produzir artemisina em larga escala em condições ambientais e economicamente favoráveis, é necessária uma técnica eficiente e verde de extração. A extração ultrassônica é um método de extração amplamente estabelecido que pode ser usado em combinação com água ou etanol como solventes não tóxicos. A extração ultrassônica já foi comprovada para colmeia de altos rendimentos de artemisina, de modo que a produção de artemisina pode ser rapidamente dimensionada para grandes volumes. Equipamentos de extração ultrassônica para processamento em lote e em linha em nível industrial estão prontamente disponíveis.

Extração ultrassônica de Artemisinina de Artemisia annua

O uso de ultrassom de energia para a extração prima por outros métodos de extração em vários fatores importantes, incluindo rendimento, tempo de extração, simpatia ambiental e custo-benefício.

UP100H com sonotrode MS14 para extração de botânicos, como artemisina de Artemisia annua folhas

As desvantagens da extração tradicional de artemisina

Os métodos tradicionais de extração da artemisina são demorados, podem danificar as moléculas bioativas artemisinas devido às altas temperaturas aplicadas, e têm um alto impacto ambiental devido aos solventes orgânicos usados em altas temperaturas. Além disso, no processo a jusante é necessária a purificação extensiva para remover impurezas do extrato bruto.

As vantagens da extração de artemisina ultrassônica

A aplicação de ultrassom de energia para extração tem vários efeitos positivos que intensificam o processo de extração: o ultrassom de alto desempenho cria cavitação acústica. Esta cavitação acústica promove a extração botânica por interrupção celular, para que as biomoléculas presas sejam liberadas da matriz celular da planta. Além disso, as forças cavitacionais intensificam a transferência de massa transportando as biomoléculas como a artemisina eficientemente para o solvente circundante. O princípio de trabalho da extração ultrassônica pode ser contribuído para forças puramente mecânicas da cavitação. Isso significa que a sônica é uma técnica de extração não térmica e não química. Ser uma técnica de extração não térmica torna a extração ultrassônica especialmente favorável, uma vez que a artemisina é um composto sensível termicamente, o que significa que temperaturas mais altas (por exemplo, 70°C) causarão sua decomposição. Consequentemente, Artemisia annua L. não poderia ser fervida em água quente para obter artemisina.

Solventes Verdes para Extração de Artemisina Ultrassônica

Os solventes de extração clássica utilizados para a produção de artemisina incluem hexano, éter de petróleo ou diclorometano. A extração orientada por ultrassom é compatível com qualquer solvente, incluindo solventes verdes leves, como etanol ou água. A extração ultrassônica da artemisina com etanol é igualmente eficiente quando comparada a solventes severos. Como a artemisina exibe ciclodextrinas de má solubilidade da água podem ser usadas para melhorar a extração ultrassônica de água fria da artemisina.

O que torna a extração de artemisina ultrassônica tão eficiente?

Para entender as vantagens da extração ultrasonicamente assistida, o princípio de trabalho do ultrassom de poder deve ser compreendido. O mecanismo de intensificação da extração do ultrassom de energia é atribuído principalmente ao fenômeno da cavitação acústica. A cavitação ultrassônica causa colisões entre partículas da biomassa botânica (como artemisia annua L. leaves), o que resulta em fracionamento interpartidário e redução do tamanho das partículas. Quando as bolhas de cavitação entram em colapso na superfície dos sólidos vegetais, a erosão e a sonoporação aumentam ainda mais a superfície das partículas. Assim, a transferência de massa intensificada facilita a liberação de moléculas como proteínas, lipídios, açúcares, vitaminas, antioxidantes, fitoquímicos (por exemplo, artemisina) e fibras dietéticas. Forças de tesoura geradas ultrasonicamente melhoram a penetração do solvente na matriz celular da matéria botânica e melhoram a permeabilidade das membranas celulares, respectivamente. Esses mecanismos de ultrassônicos de energia são responsáveis pela intensificação significativa do processo alcançada quando a ultrassônica é aplicada para extração botânica.

Resultados comprovados da pesquisa da extração de artemisina ultrassônica

Vários estudos científicos têm sido realizados com o objetivo de investigar a eficiência e a praticabilidade da extração de artemisina ultrassônicas a partir de folhas de Artemisia annua.

Briars e Paniwnyk mostraram "que o ultrassom a baixas temperaturas aumenta o rendimento da artemisina extraída de A. annua em cerca de 58% e os extratos parecem mais puros quando comparados com a inclinação convencional; portanto, o uso de ultrassom durante a extração tem o potencial de produzir tratamentos à base de artemisina de menor custo." (Briars e Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) investigaram a extração de artemisina ultrassônica usando propilenoglicol metil ether (PGME) como solvente. O extrato de artemisina produzido ultrasonicamente foi analisado utilizando-se cromatografia líquida ultra performance (UPLC). Os resultados da análise sublinharam a qualidade do extrato. Devido à boa repetibilidade do processo e estabilidade da artemisina extraída, a extração ultrasonicamente assistida utilizando o éter verde e eficiente monoether propilenoglicol metil (PGME) como solvente mostra grandes perspectivas na extração e separação de moléculas bioativas dos botânicos. A extração ultrassônica utilizando propilenoglicol metil éter (PGME) como solvente resultou em alta eficiência de extração global e alto rendimento de artemisina. (cf. Zhang et al., 2017)

Em outro estudo, Zhang et al. (2020) apresentam a extração ultrassônica da artemisina usando hidroxipropílico-β-ciclodextrina. A adição de ciclodextrina melhora a liberação da artemisina composta mal solúvel em água e permite usar a água como solvente com bons rendimentos de extração. A extração ultrassônica em combinação com ciclodextrina aumentou a quantidade de artemisina para 8,66 mg/g, o que é significativamente mais do que a quantidade correspondente de 1,70 mg/g obtida na água.

Extratores ultrassônicos de alto desempenho para produção de artemisina

Sistemas de extração ultrassônica de alto desempenho da Hielscher Ultrasonics são usados em todo o mundo em R&D, pequenos, médios e totalmente comerciais níveis de produção em várias indústrias, como alimentos, suplementos alimentares e produção farmacêutica. Extratores ultrassônicos de alto desempenho intensificam o processo de extração e aumentam o rendimento, melhorando assim a eficiência geral da produção de extratos de alta qualidade. Hielscher Ultrasonics oferece equipamentos de extração para qualquer volume/capacidade de processo. Com experiência em extração botânica há mais de 25 anos, a Hielscher Ultrasonics é sua parceira confiável para extração ultrassônica de alto desempenho da Artemisia annua!

Ultrassonicadores de alta performance e última geração
As características inteligentes dos ultrassonicadores Hielscher são projetadas para garantir uma operação confiável, resultados reprodutíveis e simpatia pelo usuário. As configurações operacionais podem ser facilmente acessadas e discadas através do menu intuitivo, que pode ser acessado através de tela de toque de cores digitais e controle remoto do navegador. Portanto, todas as condições de processamento, como energia líquida, energia total, amplitude, tempo, pressão e temperatura são automaticamente registradas em um cartão SD embutido. Isso permite que você revise e compare as corridas de sônica anteriores e otimize o processo de extração de artemisina para maior eficiência.
Os sistemas Hielscher Ultrasonics são usados em todo o mundo para a fabricação de extratos botânicos de alta qualidade. Os ultrassonicadores industriais hielscher podem facilmente executar altas amplitudes em operação contínua (24/7/365). Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente geradas continuamente com sonotrodes padrão (sondas ultrassônicas/chifres). Para amplitudes ainda maiores, sonotrodes ultrassônicos personalizados estão disponíveis. Devido à sua robustez e baixa manutenção, nossos sistemas de extração ultrassônica são comumente instalados para aplicações pesadas e em ambientes exigentes.

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A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators: