Extracția alcaloizilor cu randament ridicat cu ajutorul sonicatoarelor cu sondă
Extrageți alcaloizii din materiale vegetale mai rapid, mai complet și cu un control precis al procesului. Ultrasonicatoarele cu sondă Hielscher utilizează cavitația acustică pentru a deschide celulele vegetale și a intensifica transferul de masă, ajutându-vă să obțineți randamente ridicate de alcaloizi în câteva minute în loc de ore.
Indiferent dacă procesați frunze, rădăcini, scoarță, semințe sau alt material vegetal, extractoarele cu ultrasunete Hielscher permit o extracție reproductibilă, de la testele de laborator la loturile pilot și producția industrială în linie.
De ce să alegeți extracția alcaloizilor cu ultrasunete?
- Randamente de extracție mai mari datorită dezintegrării eficiente a celulelor și penetrării îmbunătățite a solventului
- Timpi de procesare mai scurți comparativ cu macerarea, decocția, infuzia sau extracția Soxhlet
- Consum mai redus de solvent, cu apă, etanol apos, metanol sau alți solvenți adecvați
- Calitate controlată a extractului prin amplitudine, temperatură, durată și intensitate reglabile
- Scalare ușoară de la probe mici la extracția industrială continuă
- Documentare fiabilă prin înregistrarea automată a datelor de proces, pentru repetabilitate și asigurarea calității
Spuneți-ne care sunt materialul vegetal, solventul, dimensiunea lotului și compusul țintă. Specialiștii noștri în aplicații vă vor ajuta să selectați un sistem cu ultrasunete de laborator, pilot sau industrial pentru extracția eficientă a alcaloizilor.
Ultrasonicatorul UP400St pentru extracția alcaloizilor din material vegetal.
Extracția foarte eficientă a alcaloizilor cu ultrasunete de putere
Cum favorizează extracția cu ultrasunete izolarea alcaloizilor?
Extracția cu ultrasunete utilizează unde ultrasonice de joasă frecvență (de ex. frecvență de 20–26kHz) și efectul de cavitație acustică al ultrasunetelor. Undele ultrasonice de intensitate ridicată creează bule de cavitație care colapsează, generând local diferențe de presiune și temperatură cu densitate energetică ridicată, precum și forțe de forfecare puternice, care perforează și rup pereții celulelor vegetale și țesutul vegetal. Curgerea lichidului generată de cavitație favorizează transferul de masă între matricea intracelulară și solventul înconjurător, astfel încât alcaloizii sunt eliberați eficient. Pentru extracția alcaloizilor cu ultrasunete, materialul vegetal (de ex. frunze uscate măcinate) este introdus într-un solvent, care este de obicei un amestec de apă și un solvent organic, cum ar fi etanolul apos. S-a constatat că solvenții polari, precum metanolul și etanolul, sunt cei mai eficienți pentru randamente ridicate de alcaloizi. După un scurt tratament cu ultrasunete al suspensiei – formate din material vegetal și solvent – alcaloizii sunt eliberați din celulele vegetale și se află în solvent, de unde pot fi izolați și purificați (de ex. cu ajutorul unui evaporator rotativ).
Principalele avantaje ale extracției alcaloizilor cu ultrasunete
Extracția cu ultrasunete este considerată o tehnică de extracție superioară pentru izolarea alcaloizilor din materiale vegetale, deoarece oferă mai multe avantaje, printre care:
- Eficiență de extracție crescută: Extracția cu ultrasunete poate crește randamentul de alcaloizi cu mai mult de 200% comparativ cu metodele tradiționale de extracție.
- Timp de extracție redus: Extracția cu ultrasunete poate reduce semnificativ timpul de extracție, permițând o procesare mai rapidă și mai eficientă a unor volume mari de material vegetal.
- Consum mai redus de solvent: Extracția cu ultrasunete poate reduce cantitatea de solvent necesară pentru extracție, ceea ce duce la un consum redus de solvent și la un impact diminuat asupra mediului.
- Extracție selectivă: Extracția cu ultrasunete poate fi utilizată pentru extragerea selectivă a anumitor alcaloizi prin alegerea solventului, a parametrilor de proces și a temperaturii de extracție adecvate. Deoarece compușii nedoriți rămân în urmă, puritatea produsului final este îmbunătățită.
- Scalare ușoară: Extracția cu ultrasunete poate fi scalată ușor pentru a procesa volume mai mari de material vegetal, ceea ce o face potrivită pentru producția comercială. Procesele cu ultrasunete pot fi scalate liniar, ceea ce facilitează implementarea la scară industrială.
În ansamblu, extracția cu ultrasunete oferă o abordare mai rapidă, mai eficientă și mai ecologică pentru izolarea alcaloizilor din materiale vegetale.
Extracția alcaloizilor cu ultrasunete din frunzele arborelui de graviola
Nolasco-González et al. (2022) au investigat eficacitatea și eficiența extracției cu ultrasunete a compușilor bioactivi, inclusiv compuși fenolici, alcaloizi, acetogenine (toți cu capacitate antioxidantă ridicată), din frunzele speciei de plante Annona muricata (graviola). Pentru extracția cu ultrasunete, au utilizat ultrasonicatorul cu sondă UP400S în următoarele condiții: amplitudine de 80%, ciclu de puls de 0,7 s, timp de 4,54 min. Fenolii solubili totali (TSP) au fost extrași folosind 0,5 g de pulbere de frunze uscate și 20 mL de acetonă: apă (80:20 v/v). Extractul obținut cu ultrasunete a conținut 178,48 mg/100 mL fenoli solubili, 20,18 mg/100 mL flavonoide totale, 27,81 mg/100 mL polifenoli hidrolizabili, 167,07 mg/100 mL tanini condensați, 30,44 mg/100 mL alcaloizi totali și 14,62 mg/100 mL acetogenine totale. Extractul izolat cu ultrasonicatorul cu sondă U400S (vedeți imaginea din stânga) a prezentat o capacitate antioxidantă ridicată și un conținut de compuși bioactivi de ~6 până la ~927 de ori mai mare decât decocția sau infuzia, în funcție de tipul de compus. În probe au fost identificați douăzeci și patru de compuși fenolici diferiți, iar extractul izolat cu ultrasunete a produs cea mai mare concentrație.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]
Capacitatea antioxidantă a extractelor obținute în condițiile optime ale extracției asistate de ultrasunete (UAE), decocției și infuziei. Extractele obținute cu ultrasunete prezintă în mod constant o capacitate antioxidantă semnificativ mai mare.
(Studiu și grafic: ©Nolasco-González et al., 2022)
Cromatograma HPLC a compușilor fenolici din extractul de frunze de Annona muricata izolat cu ultrasunete cu ajutorul ultrasonicatorului UP400S.
(1) acid shikimic, (2) acid galic, (3) acid protocatehuic, (4) acid neoclorogenic,
(5) 3,4-dihidroxifenilacetic, (6) acid 4-hidroxibenzoic, (7) acid clorogenic, (8) 4-hidroxifenil acetic, (9) acid vanilic, (10) acid siringic, (11) acid 3-hidroxibenzoic, (12) acid cafeic, (13) 4-hydroxybenzaldehyde, (14) acid homovanilic, (15) 3-(4-hidroxifenil), (16) acid p-cumaric, (17) acid trans-ferulic, (18) acid trans-cinamic, (19) galocatechină, (20) epigalocatechină, (21) catechină,(22) epicatechină, (23) rutină, (24) acid elagic.
(Studiu și grafic: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) au obținut rezultate similare, confirmate, raportând de 2,3 ori mai mulți alcaloizi din frunzele de A. muricata extrase prin sonicare (340 W, 56◦C, 30 min) comparativ cu extracția Soxhlet (7 h, 80◦C).
Extractorul cu ultrasunete UIP1000hdT cu agitator pentru extracția alcaloizilor în regim discontinuu (batch).
Extracția alcaloizilor indolici din scoarța de rădăcină de mimoză și din ayahuasca cu ajutorul unui ultrasonicator
Scoarța de rădăcină de mimoză, precum și frunzele de ayahuasca conțin alcaloidul N,N-dimetiltriptamină (DMT). Dimetiltriptamina (DMT) este în prezent cercetată în studii clinice pentru efectele sale halucinogene și, prin urmare, ca potențial medicament pentru tratarea depresiei și a tulburărilor de stres posttraumatic (PTSD). Sonicarea favorizează eficient eliberarea și izolarea alcaloidului din rădăcinile de Mimosa hostilis și din frunzele de Psychotria viridis (ayahuasca). Extracția DMT cu ultrasunete produce randamente ridicate într-un timp foarte scurt. Compatibile cu aproape orice solvent, ultrasonicatoarele cu sondă Hielscher sunt utilizate pentru producția de compuși bioactivi de calitate farmaceutică destinați utilizării în cercetare și în medii medicale, precum și pentru pregătirea probelor înaintea testării analitice a calității și a potenței. Prin urmare, ultrasonicatoarele Hielscher pot facilita în numeroase moduri cercetarea medicală privind DMT și cercetarea botanică.
Cea mai comună sursă a alcaloidului indolic N,N-dimetiltriptamină (DMT) este arborele jurema, mai exact rădăcinile de Mimosa hostilis (cunoscută în mod obișnuit ca jurema preta). Ayahuasca este denumirea tradițională a unei alte specii de plante, la care frunzele arbustului Psychotria viridis sunt bogate în DMT.
Atât scoarța de rădăcină de mimoză (numită și mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; abrev. MHRB), cât și frunzele de ayahuasca conțin diverși compuși bioactivi, care sunt în prezent cercetați în studii clinice privind potențialul lor ca medicament terapeutic. Scoarța de rădăcină de mimoză conține tanini, saponine, triptamine, alcaloizi, lipide, fitoindoli, xiloză, fitosteroli, glucozide, ramnoză, arabinoză, metoxicalcone, lupeol și kukulkanine. Acești compuși bioactivi pot fi extrași eficient din scoarța rădăcinii cu ajutorul ultrasonicatoarelor cu sondă. Extracția cu ultrasunete este tehnica superioară pentru izolarea substanțelor țintă, cum ar fi alcaloizii, din materiale botanice precum scoarța de rădăcină de mimoză și frunzele de ayahuasca. Sonicarea se remarcă prin randamente ridicate într-un timp de extracție foarte scurt. Condițiile blânde de proces asigură cea mai înaltă calitate a extractului, prevenind degradarea nedorită a moleculelor active.
Configurație de extracție pentru izolarea compușilor botanici: Ultrasonicatorul cu sondă UP400St, filtrul de vid Büchi și evaporatorul rotativ pentru extracția compușilor fitochimici, cum ar fi alcaloizii și fenolii.
Extractorul cu ultrasunete UIP2000hdT cu reactor discontinuu (batch) din oțel inoxidabil de calitate farmaceutică pentru producția industrială de extracte de alcaloizi.
Spuneți-ne care sunt materialul vegetal, solventul, dimensiunea lotului și compusul țintă. Specialiștii noștri în aplicații vă vor ajuta să selectați un sistem cu ultrasunete de laborator, pilot sau industrial pentru extracția eficientă a alcaloizilor.
Ultrasonicatoare Hielscher pentru extracția eficientă a alcaloizilor
Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță, care sunt utilizate atât în cercetarea științifică, cât și pentru producția de extracte de calitate farmaceutică.
Eficiență de extracție superioară: Extracția asistată de ultrasunete este o tehnică dovedită științific, cu o eficiență extraordinar de ridicată în ceea ce privește extracția compușilor bioactivi din plante. În timp ce metodele tradiționale durează adesea mult timp (de la câteva ore până la zile), extracția botanică cu ultrasunete durează doar câteva minute.
Randament de extracție ridicat și calitate superioară a extractului cu ultrasonicatoarele Hielscher
Extracția cu ultrasunete permite eliberarea completă a compușilor bioactivi din materialul vegetal. Cavitația ultrasonică rupe matricea celulară și eliberează eficient moleculele bioactive în solventul înconjurător. Studiile comparative au demonstrat că sonicarea oferă randamente de extract mai mari decât alte tehnici de extracție (de ex. Soxhlet, macerare, decocție, infuzie). Extracția cu ultrasunete este compatibilă cu orice solvent și permite astfel și utilizarea unor solvenți foarte blânzi, precum apa sau etanolul apos. În funcție de cerințele specifice de extracție, pot fi aleși solvenți polari și nepolari, iar trecerea de la un solvent la altul nu reprezintă o problemă. Controlul precis al parametrilor de proces (de ex. amplitudinea), utilizarea solvenților blânzi și controlul exact al temperaturii previn degradarea și contaminarea compușilor bioactivi (de ex. alcaloizi, polifenoli, flavonoide, canabinoizi etc.) în timpul extracției cu ultrasunete.
Aplicarea versatilă a ultrasonicatoarelor Hielscher
În timp ce tehnicile alternative de extracție (de ex. CO2 supercritic, extracția cu solvenți, percolarea etc.) sunt adesea aplicabile doar extracției anumitor molecule, în funcție de greutatea moleculară, solubilitate și sensibilitatea la căldură, extracția cu ultrasonicatoarele de înaltă performanță Hielscher permite extracția versatilă a oricărui compus botanic. Extracția asistată de ultrasunete poate fi aplicată în mod fiabil pentru obținerea extractelor cu spectru larg care conțin compuși bioactivi precum polifenoli, alcaloizi, antrachinone, flavonoide, glicozide, lipide, pectină și polizaharide.
Eficiență energetică excelentă și respect față de mediu
Consumul de energie al extracției asistate de ultrasunete este de departe mai mic decât cel al metodelor tradiționale de extracție a compușilor medicinali din plante.
Fiabilitate prin standardizarea proceselor cu Hielscher Ultrasonics
Ultrasonicatoarele Hielscher permit controlul precis al tuturor parametrilor procesului cu ultrasunete, precum amplitudinea, intensitatea, durata și temperatura. Parametrii de proces pot fi controlați cu ușurință și sunt monitorizați continuu. În plus, toți parametrii de proces sunt înregistrați automat ca fișier CSV pe un card SD integrat. Acest lucru îi permite operatorului să revizuiască ciclurile de sonicare, să optimizeze procesul de extracție și să asigure o calitate constantă a extractului. Ultrasonicatoarele Hielscher le permit producătorilor să obțină extracte botanice de calitate superioară și facilitează respectarea Bunelor Practici de Fabricație (GMP).
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:
| Volumul lotului | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500mL | 10 până la 200mL/min | UP100H |
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 până la 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 până la 150L | 3 până la 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | cluster de UIP16000 |
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersie, emulsionare și extracție la scară de laborator, pilot și industrială.
Informații utile
Cum îmbunătățește extracția cu ultrasunete randamentul de alcaloizi comparativ cu metodele tradiționale?
Extracția cu ultrasunete utilizează unde ultrasonice de joasă frecvență (20–26kHz) pentru a crea bule de cavitație acustică ce colapsează și generează forțe de forfecare puternice. Acest proces perforează pereții celulelor vegetale și favorizează transferul de masă între matricea intracelulară și solvent. Potrivit cercetărilor, extracția cu ultrasunete poate crește randamentele de alcaloizi cu mai mult de 200% comparativ cu metodele tradiționale de extracție. De exemplu, studiile pe frunze de Annona muricata au arătat o cantitate de alcaloizi extrași de 2,3 ori mai mare prin sonicare față de extracția Soxhlet.
Ce alcaloizi pot fi extrași cu ultrasonicatoarele Hielscher?
Ultrasonicatoarele cu sondă Hielscher pot extrage eficient o gamă largă de alcaloizi, printre care:
- Cafeină din boabe de cafea
- Nicotină din frunze de tutun
- DMT (N,N-dimetiltriptamină) din Mimosa hostilis și Psychotria viridis
- Mitraginină din kratom
- Piperină din piper negru
- Capsaicină din ardei iuți
- Psilocibină din ciuperci
- DMT și beta-carboline din Banisteriopsis caapi (Ayahuasca)
Echipamentul este compatibil cu aproape orice solvent, ceea ce îl face versatil pentru diferite tipuri de alcaloizi.
Care sunt principalele avantaje ale extracției alcaloizilor cu ultrasunete?
Principalele avantaje includ:
- Eficiență de extracție crescută: randament cu până la 200% mai mare decât cu metodele tradiționale
- Timp de extracție redus: extracția durează minute în loc de ore
- Consum mai redus de solvent: reduce costurile și impactul asupra mediului
- Extracție selectivă: alegeți solvenții și parametrii potriviți pentru compușii vizați
- Scalabilitate ușoară: scalare liniară de la laborator la producția industrială
- Calitate superioară a extractului: condițiile blânde de proces previn degradarea compușilor bioactivi
Care sonicator Hielscher este cel mai bun pentru extracția alcaloizilor?
Portofoliul de sonicatoare Hielscher include sonicatorul cu sondă potrivit pentru orice volum. Sonicatorul UP400St de 400 de wați este ideal pentru loturile de laborator de dimensiune medie, în timp ce puternicul ultrasonicator industrial UIP2000hdT de 2000 de wați asigură producția la scară industrială.
Ce solvenți funcționează cel mai bine pentru extracția alcaloizilor prin sonicare?
S-a constatat că solvenții polari, precum metanolul și etanolul, sunt cei mai eficienți pentru randamente ridicate de alcaloizi. Un amestec frecvent utilizat este etanolul apos (apă și etanol). Avantajul extracției cu ultrasunete este compatibilitatea cu aproape orice solvent, inclusiv cu opțiuni blânde precum apa sau etanolul apos, ceea ce ajută la păstrarea compușilor bioactivi sensibili.
Este extracția cu ultrasunete sigură pentru alcaloizii sensibili la căldură?
Da. Extracția cu ultrasunete funcționează la temperaturi moderate (de obicei 56°C sau mai puțin) și pe durate scurte (30 de minute sau mai puțin). Controlul precis al parametrilor de proces, inclusiv amplitudinea, intensitatea, durata și temperatura, previne degradarea alcaloizilor sensibili la căldură. Acest lucru asigură cea mai înaltă calitate a extractului și previne degradarea nedorită a moleculelor active.
Poate fi scalată extracția cu ultrasunete pentru producția industrială?
Absolut. Extracția cu ultrasunete poate fi scalată ușor pentru a procesa volume mai mari de material vegetal, ceea ce o face potrivită pentru producția comercială. Procesele cu ultrasunete pot fi scalate liniar, ceea ce facilitează implementarea la scară industrială. Hielscher oferă sisteme de nivel industrial precum UIP10000hdT (10.000W) și UIP16000 pentru extracția continuă în linie la scară mare.
Cum se compară extracția cu ultrasunete cu extracția Soxhlet pentru alcaloizi?
Cercetările demonstrează avantaje clare:
- Timp: Extracția cu ultrasunete durează 30 de minute, față de 7 ore pentru Soxhlet
- Temperatură: Extracția cu ultrasunete folosește 56°C, față de 80°C pentru Soxhlet
- Randament: Extracția cu ultrasunete produce de 2,3 ori mai mulți alcaloizi
- Calitate: Temperaturile mai scăzute previn degradarea termică
(Cf. Lee et al., 2021)
Ce sunt alcaloizii?
Alcaloizii formează o clasă de compuși azotați naturali, cu greutate moleculară mică, care se întâlnesc frecvent ca metaboliți secundari în regnul vegetal. Un alcaloid conține cel puțin un atom de azot. Alcaloizii sunt sintetizați biochimic din unul dintre următorii trei aminoacizi comuni – lizină, tirozină și triptofan.
În plante, alcaloizii există în general sub formă de săruri ale acizilor organici, precum acidul acetic, malic, lactic, citric, oxalic, tartric, tanic și alți acizi. Unii alcaloizi slab bazici (precum nicotina) apar în stare liberă în natură. Câțiva alcaloizi apar și sub formă de glicozide ale unor zaharuri precum glucoza, ramnoza și galactoza, de exemplu alcaloizii din grupul solanum (solanina), sub formă de amide (piperina) și sub formă de esteri (atropina, cocaina) ai acizilor organici (cf. Ramawat et al., 2009).
Mulți alcaloizi sunt compuși bioactivi care prezintă efecte medicinale sau terapeutice. De exemplu, anumite tipuri de alcaloizi sunt utilizate pentru tratarea diverselor boli, inclusiv malaria, diabetul, anumite tipuri de cancer, disfuncțiile cardiace, depresia etc.
Deoarece mulți alcaloizi prezintă proprietăți bioactive puternice, utilizarea lor ca produse farmaceutice, narcotice, stimulente și otrăvuri fie a fost adoptată, fie se află în curs de cercetare științifică. Morfina, un alcaloid bine-cunoscut din macul Papaver somniferum, este utilizată ca medicament în medicina actuală. Chinina și codeina sunt alte două tipuri de alcaloizi utilizate în scopuri medicale. Sub supraveghere medicală și în doze prescrise medical, alcaloizii sunt utili din punct de vedere farmacologic. Totuși, atunci când sunt utilizați greșit, unii alcaloizi pot fi toxici în doze mari. Alcaloidul stricnină este, de exemplu, utilizat ca toxină foarte eficientă, folosită ca pesticid împotriva vertebratelor mici.
Exemple de alcaloizi din plante
| 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 |
Literatură / Referințe
- 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.
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță, de la scară de laborator până la scară industrială.