Extracția extrem de eficientă a artemisininei prin sonicare

Artemisinina poate fi extrasă eficient prin sonicare de înaltă performanță. Extracția cu ultrasunete oferă randamente foarte ridicate de artemisinină folosind solvenți blânzi. Procesul de extracție cu ultrasunete este accelerat drastic. Condițiile de procesare din extractoarele cu ultrasunete sunt controlabile cu precizie, ceea ce permite prevenirea degradării artemisininei, o biomoleculă sensibilă la căldură.

Extracția artemisininei

Artemisinina, o moleculă bioactivă prezentă în glandele tricomilor plantei Artemisia annua, este utilizată ca medicament antimalaric și prezintă un potențial ridicat ca medicament pentru tratamentul mai multor alte boli, inclusiv cancerul și SARS-CoV-2. Metoda tradițională de extracție implică solvenți toxici și este un proces costisitor și suboptim. Pentru a produce artemisinină la scară largă în condiții favorabile din punct de vedere ecologic și economic, este necesară o tehnică de extracție eficientă și ecologică. Extracția cu ultrasunete este o metodă de extracție larg consacrată, care poate fi utilizată în combinație cu apă sau etanol ca solvenți netoxici. S-a demonstrat deja că extracția cu ultrasunete oferă randamente ridicate de artemisinină, astfel încât producția de artemisinină poate fi extinsă rapid la volume mari. Echipamentele de extracție cu ultrasunete pentru procesarea în șarjă și în flux continuu (in-line) la nivel industrial sunt disponibile imediat.

Extracția cu ultrasunete a artemisininei din Artemisia annua

Utilizarea ultrasunetelor de putere pentru extracție depășește alte metode de extracție în privința mai multor factori majori, inclusiv randamentul, durata extracției, caracterul ecologic și eficiența costurilor.

Dezavantajele extracției tradiționale a artemisininei

Metodele tradiționale de extracție a artemisininei sunt consumatoare de timp, pot deteriora moleculele bioactive de artemisinină din cauza temperaturilor ridicate aplicate și au un impact ridicat asupra mediului din cauza solvenților organici utilizați la temperaturi ridicate. În plus, în procesul din aval este necesară o purificare extensivă pentru îndepărtarea impurităților din extractul brut.

Avantajele extracției cu ultrasunete a artemisininei

Aplicarea ultrasunetelor de putere pentru extracție are mai multe efecte pozitive care intensifică procesul de extracție: ultrasunetele de înaltă performanță generează cavitație acustică. Această cavitație acustică favorizează extracția botanică prin dezintegrarea celulelor, astfel încât biomoleculele captive sunt eliberate din matricea celulară a plantei. În plus, forțele de cavitație intensifică transferul de masă, transportând eficient biomoleculele, precum artemisinina, în solventul înconjurător. Principiul de funcționare al extracției cu ultrasunete poate fi atribuit forțelor pur mecanice ale cavitației. Aceasta înseamnă că sonicarea este o tehnică de extracție netermică și nechimică. Faptul că este o tehnică de extracție netermică face ca extracția cu ultrasunete să fie deosebit de avantajoasă, deoarece artemisinina este un compus sensibil termic, ceea ce înseamnă că temperaturile mai ridicate (de exemplu, 70°C) vor cauza descompunerea sa. Prin urmare, Artemisia annua L. nu poate fi fiartă în apă fierbinte pentru a obține artemisinină.

Solvenți ecologici pentru extracția cu ultrasunete a artemisininei

Solvenții de extracție clasici utilizați pentru producția de artemisinină includ hexanul, eterul de petrol sau diclormetanul. Extracția acționată de ultrasunete este compatibilă cu orice solvent, inclusiv cu solvenți blânzi, ecologici, precum etanolul sau apa. Extracția cu ultrasunete a artemisininei cu etanol este la fel de eficientă în comparație cu solvenții agresivi. Deoarece artemisinina prezintă o solubilitate slabă în apă, ciclodextrinele pot fi utilizate pentru a îmbunătăți extracția cu ultrasunete a artemisininei în apă rece.

Ce face ca extracția cu ultrasunete a artemisininei să fie atât de eficientă?

Pentru a înțelege avantajele extracției asistate de ultrasunete, trebuie înțeles principiul de funcționare al ultrasunetelor de putere. Mecanismul prin care ultrasunetele de putere intensifică extracția este atribuit în principal fenomenului de cavitație acustică. Cavitația ultrasonică provoacă coliziuni între particulele biomasei botanice (cum ar fi frunzele de Artemisia annua L.), ceea ce duce la fragmentarea interparticulară și la reducerea dimensiunii particulelor. Când bulele de cavitație implodează pe suprafața solidelor vegetale, eroziunea și sonoporarea măresc suplimentar suprafața particulelor. Transferul de masă astfel intensificat facilitează eliberarea unor molecule precum proteine, lipide, zaharuri, vitamine, antioxidanți, compuși fitochimici (de exemplu, artemisinina) și fibre alimentare. Forțele de forfecare generate de ultrasunete îmbunătățesc pătrunderea solventului în matricea celulară a materialului botanic și, respectiv, permeabilitatea membranelor celulare. Aceste mecanisme ale ultrasunetelor de putere sunt responsabile pentru intensificarea semnificativă a procesului obținută atunci când sonicarea este aplicată pentru extracția botanică.

Undele ultrasonice de putere distrug structura celulară a materialelor botanice, eliberează compușii bioactivi și favorizează transferul de masă dintre materialul vegetal și solvent (de exemplu, etanol).

Rezultate dovedite prin cercetare ale extracției cu ultrasunete a artemisininei

Au fost efectuate mai multe studii științifice pentru a investiga eficiența și aplicabilitatea practică a extracției cu ultrasunete a artemisininei din frunzele de Artemisia annua.

Briars și Paniwnyk au arătat „că ultrasunetele la temperaturi scăzute cresc randamentul de artemisinină extrasă din A. annua cu aproximativ 58%, iar extractele par mai pure în comparație cu macerarea convențională; prin urmare, utilizarea ultrasunetelor în timpul extracției are potențialul de a produce tratamente pe bază de artemisinină cu costuri mai reduse.” (Briars și Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) au investigat extracția cu ultrasunete a artemisininei folosind propilenglicol metil eter (PGME) ca solvent. Extractul de artemisinină obținut cu ultrasunete a fost analizat prin cromatografie de lichide de ultra-performanță (UPLC). Rezultatele analizei au subliniat calitatea extractului. Datorită bunei repetabilități a procesului și stabilității artemisininei extrase, extracția asistată de ultrasunete folosind ca solvent monoeterul ecologic și eficient propilenglicol metil eter (PGME) prezintă perspective excelente în extracția și separarea moleculelor bioactive din materiale botanice. Extracția cu ultrasunete folosind propilenglicol metil eter (PGME) ca solvent a dus la o eficiență globală ridicată a extracției și la randamente ridicate de artemisinină. (cf. Zhang et al., 2017)

Într-un alt studiu, Zhang et al. (2020) prezintă extracția cu ultrasunete a artemisininei folosind hidroxipropil-β-ciclodextrină. Adăugarea de ciclodextrină îmbunătățește eliberarea artemisininei, un compus slab solubil în apă, și permite utilizarea apei ca solvent cu randamente bune de extracție. Extracția cu ultrasunete în combinație cu ciclodextrina a crescut cantitatea de artemisinină la 8,66 mg/g, ceea ce este semnificativ mai mult decât cantitatea corespunzătoare de 1,70 mg/g obținută în apă.

Extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru producția de artemisinină

Sistemele de extracție cu ultrasunete de înaltă performanță de la Hielscher Ultrasonics sunt utilizate în întreaga lume la nivel de cercetare-dezvoltare, precum și în producția la scară mică, medie și complet comercială, în diverse industrii, cum ar fi producția de alimente, suplimente alimentare și produse farmaceutice. Extractoarele cu ultrasunete de înaltă performanță intensifică procesul de extracție și cresc randamentul, îmbunătățind astfel eficiența globală a producției de extracte de înaltă calitate. Hielscher Ultrasonics oferă echipamente de extracție pentru orice volum / capacitate de proces. Cu o experiență de peste 25 de ani în extracția botanică, Hielscher Ultrasonics este partenerul dumneavoastră de încredere pentru extracția cu ultrasunete de înaltă performanță din Artemisia annua!

Ultrasonicatoare de înaltă performanță, de ultimă generație

Funcțiile inteligente ale ultrasonicatoarelor Hielscher sunt concepute pentru a garanta o funcționare fiabilă, rezultate reproductibile și ușurință în utilizare. Setările de funcționare pot fi accesate și reglate cu ușurință prin intermediul unui meniu intuitiv, accesibil prin afișajul digital color tactil și prin controlul de la distanță din browser. Prin urmare, toate condițiile de procesare, cum ar fi energia netă, energia totală, amplitudinea, timpul, presiunea și temperatura, sunt înregistrate automat pe un card SD încorporat. Acest lucru vă permite să revizuiți și să comparați rulările anterioare de sonicare și să optimizați procesul de extracție a artemisininei până la cea mai înaltă eficiență.
Sistemele Hielscher Ultrasonics sunt utilizate în întreaga lume pentru fabricarea extractelor botanice de înaltă calitate. Ultrasonicatoarele industriale Hielscher pot funcționa cu ușurință la amplitudini ridicate în regim continuu (24/7/365). Amplitudini de până la 200µm pot fi generate continuu și cu ușurință cu sonotrode standard (sonde ultrasonice / sonotrode). Pentru amplitudini și mai mari, sunt disponibile sonotrode ultrasonice personalizate. Datorită robusteții și întreținerii reduse, sistemele noastre de extracție cu ultrasunete sunt instalate în mod obișnuit pentru aplicații de mare solicitare și în medii exigente.

Contactați-ne acum pentru a afla mai multe despre extracția cu ultrasunete a artemisininei din planta Artemisia annua. Vă vom trimite cu plăcere informații despre sistemele noastre de extracție cu ultrasunete și despre prețuri! Personalul nostru cu vastă experiență va discuta cu plăcere cu dumneavoastră aplicația și cerințele de procesare!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre: