Извлечение алкалоидов с помощью зонда-ультразвукового аппарата
Алкалоиды являются биологически активными соединениями, которые могут быть эффективно извлечены из растений с помощью ультразвука. Алкалоиды проявляют широкий спектр биологических эффектов и, таким образом, используются в качестве фармацевтических и терапевтических средств. Ультразвуковая экстракция является предпочтительным методом для получения высококачественных алкалоидных экстрактов из растительного материала. Ультразвуковая экстракция приводит к очень высоким выходам алкалоидов, в то время как время экстракции короткое, а ультразвуковое оборудование безопасно и просто в эксплуатации.
Высокоэффективная экстракция алкалоидов с помощью Power-Ultrasound
Как ультразвуковая экстракция способствует выделению алкалоидов?
Ультразвуковая экстракция использует низкочастотные ультразвуковые волны (например, частота 20-26 кГц) и ультразвуковой эффект акустической кавитации. Высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают кавитационные пузырьки, которые коллапсируют, создавая локально энергоемкие перепады давления и температуры, а также мощные силы сдвига, которые перфорируют и разрушают клеточные стенки растений и ткани растений. Поток жидкости, образующийся в результате кавитации, способствует массопереносу между внутриклеточным матриксом и окружающим растворителем, так что алкалоиды эффективно высвобождаются. Для ультразвуковой экстракции алкалоидов растительный материал (например, измельченные высушенные листья) помещают в растворитель, который обычно представляет собой смесь воды и органического растворителя, такого как водный этанол. Было обнаружено, что полярные растворители, такие как метанол и этанол, наиболее эффективны для высоких выходов алкалоидов. После короткой ультразвуковой обработки суспензии – состоящий из растительного сырья и растворителя – алкалоиды высвобождаются из растительных клеток и присутствуют в растворителе, откуда их можно выделить и очистить (например, с помощью ротора-испарителя).
ультразвуковой ореол UP400St для экстракции алкалоидов из растительного сырья.
Основные преимущества ультразвуковой экстракции алкалоидов
Ультразвуковая экстракция считается превосходным методом экстракции для выделения алкалоидов из растительных материалов, поскольку она предлагает несколько преимуществ, в том числе:
- Повышенная эффективность экстракции: Ультразвуковая экстракция может увеличить выход алкалоидов более чем на 200% по сравнению с традиционными методами экстракции.
- Сокращение времени экстракции: Ультразвуковая экстракция может значительно сократить время экстракции, что позволяет быстрее и эффективнее обрабатывать большие объемы растительного материала.
- Более низкий расход растворителя: Ультразвуковая экстракция может уменьшить количество растворителя, необходимого для экстракции, что приводит к снижению потребления растворителя и снижению воздействия на окружающую среду.
- Селективное извлечение: Ультразвуковая экстракция может быть использована для селективного извлечения определенных алкалоидов путем выбора подходящего растворителя, параметров процесса и температуры экстракции. Поскольку нежелательные соединения остаются позади, чистота конечного продукта улучшается.
- Простота масштабирования: Ультразвуковая экстракция может быть легко масштабирована для обработки больших объемов растительного материала, что делает его пригодным для коммерческого производства. Ультразвуковые процессы могут быть масштабированы линейно, что облегчает реализацию в промышленных масштабах.
В целом, ультразвуковая экстракция предлагает более быстрый, эффективный и экологически чистый подход к выделению алкалоидов из растительных материалов.
Ультразвуковая экстракция алкалоидов из листьев сметанного дерева
Nolasco-González et al. (2022) исследовали эффективность и действенность ультразвуковой экстракции биологически активных соединений, включая фенольные соединения, алкалоиды, ацетогенины (все с высокой антиоксидантной способностью) из листьев растения вида Annona muricata (сметанное дерево). Для ультразвуковой экстракции использовали ультразвуковой аппарат зондового типа UP400S при следующих условиях: амплитуда 80%, импульсный цикл 0,7 с, в течение 4,54 мин. Общерастворимые фенолы (ТСП) экстрагировали с использованием 0,5 г порошка высушенных листьев и 20 мл ацетона: воды (80:20 в/об). Ультразвуковой экстракт содержал 178,48 мг/100 мл растворимых фенолов, 20,18 мг/100 мл общих флавоноидов, 27,81 мг/100 мл гидролизуемых полифенолов, 167,07 мг/100 мл конденсированных дубильных веществ, 30,44 мг/100 мл общих алкалоидов и 14,62 мг/100 мл общих ацетогенинов. Экстракт, выделенный с помощью ультразвукового аппарата зондового типа U400S (см. рисунок слева), демонстрировал высокую антиоксидантную способность и более высокое содержание биологически активных соединений от ~6 до ~927 раз, чем отвар или инфузия, в зависимости от типа соединения. Двадцать четыре различных фенольных соединения были идентифицированы в образцах, и ультразвуково изолированный экстракт произвел самую высокую концентрацию.
[ср. Ноласко-Гонсалес и др., 2022]
Антиоксидантная способность экстрактов, полученных при оптимальных условиях ультразвуковой экстракции (ОАЭ), отвара и настоя. Ультразвуковые экстракты последовательно демонстрируют значительно более высокую антиоксидантную способность.
(Исследование и графика: ©Nolasco-González et al., 2022)
ВЭЖХ-хроматограмма фенольных соединений из ультразвукового выделенного экстракта листьев Annona muricata с использованием ультразвукового аппарата UP400S.
(1) шикимовая кислота, (2) галловая кислота, (3) протокатеховая кислота, (4) неохлорогеновая кислота,
(5) 3,4-дигидроксифенилуксус, (6) 4-гидроксибензойная кислота, (7) хлорогеновая кислота, (8) 4-гидроксифенил уксусная, (9) ванильная кислота, (10) сирингиновая кислота, (11) 3-гидроксибензойная кислота, (12) кофейная кислота, (13) 4-гидроксибензальдегид, (14) гомованильная кислота, (15) 3-(4-гидроксифенил), (16)-кумаровая кислота, (17) трансферуловая кислота, (18) транскоричная кислота, (19) галлокатехин, (20) эпигаллокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (20) эпигаллокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (20) эпигаллокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (20) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (20) эпигаллокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (20) эпигаллокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (19) галлокатехин, (20) эпигаллокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (24) эллаговая кислота.
(Исследование и графика: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) имели аналогичные подтвержденные результаты, поскольку они сообщают о 2,3-кратном увеличении алкалоидов из листьев A. muricata, извлеченных при ультразвуковой обработке (340 Вт, 56◦C, 30 мин) по сравнению с экстракцией Soxhlet (7 ч, 80◦C).
Ультразвуковой экстрактор UIP1000hdT с мешалкой для экстракции алкалоидов в периодическом режиме.
Извлечение алкалоида индола из коры корня мимозы и аяуаски с помощью ультразвукового средства
Mimosa root bark as well as ayahuasca leaves contains the alkaloid N,N-dimethyltryptamine (DMT). Dimethyltryptamine (DMT) is currently researched in clinical trials for its hallucinogenic effects and therefore as a potential drug to treat depression and post-traumatic stress disorders (PTSD). Ultrasonication effectively promotes the release and isolation of the alkaloid from the Mimosa hostilis roots and Psychotria viridis leaves (ayahuasca). Ultrasonic DMT extraction produces high yields within very short time. Compatible with almost any solvent, Hielscher probe-type ultrasonicators are used for the production of pharma-grade bioactive compounds for use under research and medical settings as well as for sample prep before analytical quality and potency testing. Therefore, Hielscher ultrasonicators can facilitate medical DMT and botanical research in numerous ways.
Наиболее распространенный источник индол-акалоида N,N-диметилтриптамина (ДМТ) в дереве jurema, он происходит из корней Mimosa hostilis (широко известных как jurema preta). Аяуаска – традиционное название другого вида растений, у которого листья кустарника Psychotria viridis богаты ДМТ.
Кора корня мимозы (также mimosa tenuiflora, кора корня Mimosa Hostilis; аббревиатура MHRB) и листья аяуаски содержат различные биологически активные соединения, которые в настоящее время исследуются в клинических испытаниях относительно их потенциала в качестве терапевтического препарата. Кора корня мимозы содержит дубильные вещества, сапонины, триптамины, алкалоиды, липиды, фитоиндолы, ксилозу, фитостерины, глюкозиды, рамнозу, арабинозу, метоксихальконы, лупеол и кукульканины. Эти биологически активные соединения могут быть эффективно извлечены из коры корня с помощью ультразвуковых аппаратов зондового типа. Ультразвуковая экстракция является превосходным методом выделения целевых веществ, таких как алкалоиды, из ботанического материала, такого как кора корня мимозы и листья аяуаски. Обработка ультразвуком превосходит, давая высокие выходы в течение очень короткого времени извлечения. Мягкие технологические условия обеспечивают высочайшее качество экстракта, предотвращая нежелательную деградацию активных молекул.
Extraction setup for botanical isolation: ультразвуковой аппарат зондового типа UP400St, вакуумный фильтр Büchi и ротор-испаритель для экстракции фитохимических веществ, таких как алкалоиды и фенолы.
Ультразвуковой экстрактор UIP2000hdT с фармацевтической маркой нержавеющей стали для промышленного производства алкалоидных экстрактов.
Ультразвуковые аппараты Hielscher для эффективной экстракции алкалоидов
Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокоэффективные ультразвуковые экстракторы, которые используются для научных исследований, а также для производства экстрактов фармацевтического класса.
Ультразвуковые аппараты Hielscher для превосходной эффективности экстракции
Ультразвуковая экстракция является научно доказанной техникой с необычайно высокой эффективностью в отношении извлечения биологически активных соединений из растений. В то время как традиционные методы часто занимают много времени (от нескольких часов до дней), ультразвуковая ботаническая экстракция занимает всего несколько минут.
Высокая производительность экстракции и превосходное качество экстракта с ультразвуковыми аппаратами Hielscher
Ультразвуковая экстракция позволяет полностью высвобождать биологически активные соединения из растительного материала. Ультразвуковая кавитация разрушает клеточный матрикс и эффективно высвобождает биологически активные молекулы в окружающий растворитель. Сравнительные исследования показали, что обработка ультразвуком дает более высокие выходы экстракта, чем другие методы экстракции (например, Soxhlet, мацерация, отвар, инфузия). Ультразвуковая экстракция совместима с любым растворителем и, таким образом, позволяет также использовать очень мягкий растворитель, такой как вода или водный этанол. Что касается конкретных требований к экстракции, можно выбрать полярные и неполярные растворители, и переключение между растворителями не является проблемой. Точный контроль параметров процесса (например, амплитуды), использование мягких растворителей и точный контроль температуры предотвращают деградацию и загрязнение биологически активных соединений (например, алкалоидов, полифенолов, флавоноидов, каннабиноидов и т. д.) во время ультразвуковой экстракции.
Универсальное применение ультразвуковых аппаратов Hielscher
В то время как альтернативные методы экстракции (например, сверхкритический CO2, экстракция растворителем, перколяция и т. д.) часто применимы только для экстракции конкретных молекул в зависимости от молекулярной массы, растворимости и термочувствительности, экстракция с помощью высокоэффективных ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет осуществлять универсальную экстракцию любого ботанического соединения. Ультразвуковая экстракция может быть надежно применена для экстракции экстрактов широкого спектра действия, содержащих биологически активные соединения, такие как полифенолы, алкалоиды, антрахиноны, флавоноиды, гликозиды, липиды, пектин и полисахариды.
Превосходная энергоэффективность и экологичность
Потребление энергии ультразвуковой экстракцией намного меньше, чем традиционные методы извлечения лекарственных соединений из растений.
Надежность благодаря стандартизации процессов с ультразвуком Hielscher
Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно контролировать все параметры ультразвукового процесса, такие как амплитуда, интенсивность, продолжительность и температура. Параметры процесса можно легко контролировать и постоянно контролировать. Кроме того, все параметры процесса автоматически протоколируются как CSV-файл на встроенной SD-карте. Это позволяет оператору пересматривать прогоны обработки ультразвуком, оптимизировать процесс экстракции и обеспечивать стабильное качество извлечения. Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют производителям производить растительные экстракты высшего качества и облегчают выполнение надлежащей производственной практики (GMP).
В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Скорость потока | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| От 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл / мин | UP100H |
| От 10 до 2000 мл | От 20 до 400 мл / мин | Uf200 ः т, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4L / мин | UIP2000hdT |
| От 10 до 100 литров | От 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
| от 15 до 150 л | от 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
| не доступно | От 10 до 100 л / мин | UIP16000 |
| не доступно | больше | кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.
Литература / Ссылки
- 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.
Полезные сведения
Что такое алкалоиды?
Алкалоиды образуют класс встречающихся в природе азотистых соединений с низкой молекулярной массой, которые часто встречаются в качестве вторичных метаболитов в растительном царстве. Алкалоид содержит, по меньшей мере, один атом азота. Алкалоиды биохимически синтезируются из одной из следующих трех распространенных аминокислот – лизин, тирозин и триптофан.
В растениях алкалоиды обычно существуют в виде солей органических кислот, таких как уксусная, яблочная, молочная, лимонная, щавелевая, винная, дубильная и другие кислоты. Некоторые слабые основные алкалоиды (такие как никотин) свободно встречаются в природе. Некоторые алкалоиды также встречаются в виде гликозидов сахара, таких как глюкоза, рамноза и галактоза, например, алкалоиды солановой группы (соланин), как амиды (пиперин) и как сложные эфиры (атропин, кокаин) органических кислот (ср. Ramawat et al., 2009).
Многие алкалоиды являются биологически активными соединениями, которые проявляют лекарственные или терапевтические эффекты. Например, определенные типы алкалоидов используются для лечения различных заболеваний, включая малярию, диабетиков, определенные типы рака, сердечную дисфункцию, депрессию и т. Д.
Поскольку многие алкалоиды проявляют сильные биологически активные свойства, их использование в качестве фармацевтических препаратов, наркотиков, стимуляторов и ядов либо принято, либо находится в стадии научных исследований. Морфин, известный алкалоид из мака Papaver somniferum, используется в качестве фармацевтического препарата в современной медицине. Хинин и кодеин являются двумя другими типами алкалоидов, используемых в медицинских целях. Под наблюдением врача и в назначенных врачом дозах алкалоиды являются фармакологически полезными. Однако при неправильном использовании некоторые алкалоиды могут быть токсичными в высоких дозах. Алкалоид стрихнин, например, используется в качестве высокоэффективного токсина, используемого в качестве пестицида против мелких позвонков.
Примеры некоторых алкалоидов в растениях
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 производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.