Extracția alcaloizilor folosind o sondă-ultrasonicator
Alcaloizii sunt compuși bioactivi, care pot fi extrași eficient din plante folosind ultrasonication. Alcaloizii prezintă o gamă largă de efecte biologice și, prin urmare, sunt utilizați ca produse farmaceutice și terapeutice. Extracția cu ultrasunete este tehnica preferată pentru a produce extracte de alcaloizi de înaltă calitate din material vegetal. Extracția cu ultrasunete are ca rezultat randamente foarte mari de alcaloizi, în timp ce timpul de extracție este scurt și echipamentul cu ultrasunete este sigur și ușor de operat.
Extracția alcaloizilor de înaltă eficiență folosind Power-Ultrasound
Cum extracția cu ultrasunete promovează izolarea alcaloizilor?
Extracția cu ultrasunete utilizează unde cu ultrasunete de joasă frecvență (de exemplu, frecvența 20-26kHz) și efectul ultrasunetelor de cavitație acustică. Undele cu ultrasunete de înaltă intensitate creează bule de cavitație care se prăbușesc, generând diferențe de presiune și temperatură dense energetic local, precum și forțe puternice de forfecare, care perforează și rup pereții celulelor plantelor și țesuturile plantelor. Fluxul de lichid generat de cavitație promovează transferul de masă între matricea intracelulară și solventul înconjurător, astfel încât alcaloizii să fie eliberați eficient. Pentru extracția alcaloidului cu ultrasunete, materialul vegetal (de exemplu, frunze uscate măcinate) sunt plasate într-un solvent, care este de obicei un amestec de apă și un solvent organic, ar fi etanolul apos. Solvenții polari, cum ar fi metanolul și etanolul, s-au dovedit a fi cei mai eficienți pentru randamentele ridicate de alcaloizi. După un scurt tratament cu ultrasunete al suspensiei – constând în material vegetal și solvent – Alcaloizii sunt eliberați din celulele plantei și sunt prezenți în solvent, de unde pot fi izolați și purificați (de exemplu, folosind un rotor-evaporator).
Ultrasonicator UP400St pentru extracția alcaloizilor din materialul vegetal.
Principalele avantaje ale extracției alcaloizi cu ultrasunete
Extracția cu ultrasunete este considerată o tehnică superioară de extracție pentru izolarea alcaloizilor din materiale vegetale, deoarece oferă mai multe avantaje, inclusiv:
- Creșterea eficienței extracției: Extracția cu ultrasunete poate crește randamentul alcaloizilor cu mai mult de 200% în comparație cu metodele tradiționale de extracție.
- Timp redus de extracție: Extracția cu ultrasunete poate reduce semnificativ timpul de extracție, permițând prelucrarea mai rapidă și mai eficientă a volumelor mari de material vegetal.
- Consum redus de solvenți: Extracția cu ultrasunete poate reduce cantitatea de solvent necesară pentru extracție, rezultând un consum redus de solvenți și un impact redus asupra mediului.
- Extracție selectivă: Extracția cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a extrage selectiv anumiți alcaloizi prin alegerea solventului adecvat, parametrii procesului și temperatura de extracție. Pe măsură ce compușii nedoriți sunt lăsați în urmă, puritatea produsului final este îmbunătățită.
- Ușor de extins: Extracția cu ultrasunete poate fi ușor scalată pentru a manipula volume mai mari de material vegetal, făcându-l potrivit pentru producția comercială. Procesele cu ultrasunete pot fi scalate liniar, ceea ce facilitează implementarea la scară industrială.
În general, extracția cu ultrasunete oferă o abordare mai rapidă, mai eficientă și mai ecologică pentru izolarea alcaloizilor din materialele vegetale.
Extracția alcaloidă cu ultrasunete din frunzele copacului Soursop
Nolasco-González et al. (2022) a investigat eficacitatea și eficiența extracției cu ultrasunete a compușilor bioactivi, inclusiv compuși fenolici, alcaloizi, acetogenine (toate cu capacitate antioxidantă ridicată) din frunzele speciei de plante Annona muricata (copac soursop). Pentru extracția cu ultrasunete, au folosit ultrasonicator UP400S de tip sondă în următoarele condiții: amplitudine 80%, ciclu puls 0,7 s, timp de 4,54 min. Fenolii solubili totali (TSP) au fost extrași folosind 0,5 g pulbere de frunze uscate și 20 ml de acetonă: apă (80:20 v / v). Extractul produs ultrasonically conținea 178.48 mg/100 ml de fenoli solubili, 20.18 mg/100 ml de flavonoide totale, 27.81 mg/100 ml de polifenoli hidrolizabili, 167.07 mg/100 ml de tanini condensați, 30.44 mg/100 ml de alcaloizi totali și 14.62 mg/100 ml de acetogenine totale. Extractul izolat cu ultrasonicator de tip sondă U400S (vezi imaginea din stânga) a prezentat o capacitate antioxidantă ridicată și un conținut mai mare de compuși bioactivi de la ~ 6 la ~ 927-ori decât decoctul sau perfuzia, în funcție de tipul de compus. Douăzeci și patru de compuși fenolici diferiți au fost identificați în probe, iar extractul izolat ultrasonically a produs cea mai mare concentrație.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]
Capacitatea antioxidantă a extractelor obținute prin condiții optime de extracție asistată cu ultrasunete (EAU), decoct și perfuzie. Extractele cu ultrasunete arată în mod constant o capacitate antioxidantă semnificativ mai mare.
(Studiu și grafic: ©Nolasco-González et al., 2022)
Cromatograma HPLC a compușilor fenolici din extract izolat ultrasonically de frunze de Annona muricata folosind ultrasonicator UP400S.
(1) acid shikimic, (2) acid galic, (3) acid protocatechuic, (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-hidroxibenzaldehidă, (14) acid homovanilic, (15) 3-(4-hidroxifenil), (16) acid p-cumaric, (17) acid transferulic, (18) acid transcinamic, (19) gallocatechin, (20) epigallocatechin, (21) catechină,(22) epicatechină, (23) rutină, (24) Acid elagic.
(Studiu și grafic: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) au avut rezultate confirmate similare, deoarece raportează de 2,3 ori mai mulți alcaloizi din frunzele de A. muricata extrase sub ultrasonication (340 W, 56 ◦ C, 30 min) comparativ cu extracția Soxhlet (7 h, 80 ◦ C).
Extractor cu ultrasunete UIP1000hdT cu agitator pentru extracția alcaloizilor în modul lot.
Extracția alcaloidului indol din scoarța rădăcinii Mimosa și Ayahuasca folosind un ultrasonicator
Coaja rădăcinii mimozei, precum și frunzele de ayahuasca conțin alcaloidul N,N-dimetiltriptamină (DMT). Dimetiltriptamina (DMT) este în prezent cercetată în studiile clinice pentru efectele sale halucinogene și, prin urmare, ca un potențial medicament pentru tratarea depresiei și a tulburărilor de stres post-traumatic (PTSD). Ultrasonication promovează în mod eficient eliberarea și izolarea alcaloidului din rădăcinile Mimosa hostilis și frunzele Psychotria viridis (ayahuasca). Extracția DMT cu ultrasunete produce randamente ridicate într-un timp foarte scurt. Compatibil cu aproape orice solvent, ultrasonicators de tip sondă Hielscher sunt utilizate pentru producerea de compuși bioactivi de calitate farmaceutică pentru utilizare în cercetare și setări medicale, precum și pentru pregătirea probei înainte de calitatea analitică și testarea potenței. Prin urmare, ultrasonicators Hielscher poate facilita DMT medicale și cercetarea botanică în numeroase moduri.
Cea mai comună sursă de N,N-dimetiltriptamină akaloidă indol (DMT) în arborele jurema, provine din rădăcinile Mimosa hostilis (cunoscute sub numele de jurema preta). Ayahuasca este numele tradițional pentru o altă specie de plante, în care frunzele arbustului Psychotria viridis sunt bogate în DMT.
Atât scoarța rădăcinii mimozei (de asemenea, mimosa tenuiflora, scoarța rădăcinii Mimosa hostilis; abrev. MHRB), cât și frunzele de ayahuasca conțin diferiți compuși bioactivi, care sunt în prezent cercetați în studiile clinice cu privire la potențialul lor ca medicament terapeutic. Coaja rădăcinii Mimosa conține tanini, saponine, triptamine, alcaloizi, lipide, fitoindoli, xiloză, fitosteroli, glucozide, ramnoză, arabinoză, metoxicalcone, lupeol și kukulkanins. Acești compuși bioactivi pot fi extrași eficient din coaja rădăcinii folosind ultrasonicators de tip sondă. Extracția cu ultrasunete este tehnica superioară de izolare a substanțelor țintă, ar fi alcaloizii din materialul botanic, ar fi coaja rădăcinii mimozei și frunzele de ayahuasca. Sonicare excelează prin oferirea de randamente ridicate într-un timp de extracție foarte scurt. Condițiile ușoare de proces asigură cea mai înaltă calitate a extractului, prevenind degradarea nedorită a moleculelor active.
Instalație de extracție pentru izolarea botanică: Sondă ultrasonicator UP400ST, filtru de vid Büchi și rotor-evaporator pentru extracția fitochimicalelor, cum ar fi alcaloizii și fenolii.
Extractor cu ultrasunete UIP2000hdT cu lot de oțel inoxidabil de calitate farmaceutică pentru producția industrială de extracte de alcaloizi.
Hielscher Ultrasonicators pentru extracția alcaloizi eficiente
Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță, care sunt utilizate pentru cercetarea științifică, precum și producția de extracte de calitate farmaceutică.
Eficiență superioară de extracție:Extracția asistată cu 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 (câteva ore până la zile), extracția botanică cu ultrasunete durează doar câteva minute.
Randament ridicat de extracție și calitate superioară a extractului cu ultrasonicators Hielscher
Extracția bazată pe ultrasunete permite eliberarea completă a compușilor bioactivi din materialul vegetal. Cavitația cu ultrasunete rupe matricea celulară și eliberează moleculele bioactive eficient în solventul din jur. Studiile comparative au demonstrat că sonicare oferă randamente mai mari de extract decât alte tehnici de extracție (de exemplu, Soxhlet, macerare, decoct, perfuzie). Extracția cu ultrasunete este compatibilă cu orice solvent și permite, prin urmare, și utilizarea unui solvent foarte ușor, ar fi apa sau etanolul apos. În ceea ce privește cerințele specifice de extracție, solvenții polari și nepolari pot fi aleși, iar comutarea între solvenți nu este o problemă. Controlul precis asupra parametrilor procesului (de exemplu, amplitudinea), utilizarea solvenților ușori și controlul exact al temperaturii împiedică degradarea și contaminarea compușilor bioactivi (de exemplu, alcaloizi, polifenoli, flavonoide, canabinoide etc.) în timpul extracției cu ultrasunete.
Aplicarea versatilă a ultrasonicators Hielscher
În timp ce tehnicile alternative de extracție (de exemplu, CO2 supercritic, extracția cu solvenți, percolarea etc.) sunt adesea aplicabile numai extracția moleculelor specifice în funcție de greutatea moleculară, solubilitatea și sensibilitatea la căldură, extracția cu ultrasonicators Hielscher de înaltă performanță permite extracția versatilă a oricărui compus botanic. Extracția asistată cu ultrasunete poate fi aplicată în mod fiabil pentru extracția extractelor cu spectru larg care conțin compuși bioactivi, cum ar fi polifenoli, alcaloizi, antrachinone, flavonoide, glicozide, lipide, pectină și polizaharide.
Eficiență energetică excelentă și protecție a mediului
Consumul de energie al extracției asistate cu ultrasunete este cu mult mai mic decât metodele tradiționale de extracție a compușilor medicinali din plante.
Fiabilitate datorită procesului de standardizare cu Hielscher Ultrasonics
Hielscher ultrasonicators permite controlul precis asupra tuturor parametrilor procesului cu ultrasunete, ar fi amplitudinea, intensitatea, durata, și temperatura. Parametrii procesului pot fi controlați cu ușurință și sunt monitorizați continuu. În plus, toți parametrii de proces sunt protocolați automat ca fișier CSV pe un card SD încorporat. Acest lucru permite operatorului să revizuiască sonicare rulează, pentru a optimiza procesul de extracție și pentru a asigura o calitate consistentă a extractului. Hielscher ultrasonicators permite producătorilor să producă extracte botanice de calitate superioară și să faciliteze îndeplinirea bunelor practici de fabricație (GMP).
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 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 | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersie, emulsionare și extracție pe laborator, pilot și scară industrială.
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.
Fapte care merită știute
Ce sunt alcaloizii?
Alcaloizii formează o clasă de compuși azotați naturali cu greutate moleculară mică, care se găsesc frecvent ca metaboliți secundari în regnul vegetal. Un alcaloid conține cel puțin un atom de azot. Alcaloizii sunt sintetizate biochimic din unul dintre următorii trei aminoacizi comuni – lizină, tirozină și triptofan.
În plante, alcaloizii există, în general, ca săruri ale acizilor organici, cum ar fi acizii acetic, malic, lactic, citric, oxalic, tartric, tanic și alți acizi. Unii alcaloizi de bază slabi (cum ar fi nicotina) apar liber în natură. Câțiva alcaloizi apar, de asemenea, ca glicozide ale zahărului, cum ar fi glucoza, ramnoza și galactoza, de exemplu, alcaloizi din grupul solanum (solanină), ca amide (piperină) și ca esteri (atropină, cocaină) 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 a trata diferite boli, inclusiv malarie, diabetici, tipuri specifice de cancer, disfuncție cardiacă, depresie etc.
Deoarece mulți alcaloizi prezintă proprietăți bioactive puternice, utilizarea lor ca produse farmaceutice, narcotice, stimulente și otrăvuri a fost fie adoptată, fie este în curs de cercetare științifică. Morfina, un alcaloid binecunoscut din macul Papaver somniferum, este folosit ca medicament farmaceutic în medicina de astăzi. Chinina și codeina sunt alte două tipuri de alcaloizi utilizați în scopuri medicale. Sub supraveghere medicală și la doze prescrise medical, alcaloizii sunt utili din punct de vedere farmacologic. Cu toate acestea, atunci când sunt utilizate în mod greșit, unele alcaloizi pot fi toxice la doze mari. Stricnina alcaloidă este, de exemplu, utilizată ca o toxină foarte eficientă utilizată ca pesticid împotriva vertebrelor mici.
Exemple de alcaloizi în 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
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la Laborator spre dimensiunea industrială.