Высокопроизводительная экстракция алкалоидов с помощью ультразвуковых устройств с зондом
Извлекайте алкалоиды из растительного сырья быстрее, полнее и с точным контролем процесса. Ультразвуковые аппараты Hielscher с зондовым насадком используют акустическую кавитацию для разрушения растительных клеток и усиления массообмена, что позволяет добиться высокого выхода алкалоидов за считанные минуты, а не часы.
Независимо от того, обрабатываете ли вы листья, корни, кору, семена или другой растительный материал, ультразвуковые экстракторы Hielscher обеспечивают воспроизводимую экстракцию — от лабораторных испытаний до пилотных партий и промышленного поточного производства.
Почему стоит выбрать ультразвуковую экстракцию алкалоидов?
- Повышение выхода экстракции за счет эффективного разрушения клеток и улучшения проникновения растворителя
- Более короткие сроки обработки по сравнению с мацерацией, отвариванием, настаиванием или экстракцией по Сокслету
- Снижение расхода растворителя за счет использования воды, водного раствора этанола, метанола или других подходящих растворителей
- Контроль качества экстракта за счет регулировки амплитуды, температуры, времени и интенсивности
- Простое масштабирование от небольших проб до непрерывной промышленной экстракции
- Надежная документация с автоматической регистрацией данных о технологическом процессе для обеспечения воспроизводимости и контроля качества
Расскажите нам о вашем растительном сырье, растворителе, объеме партии и целевом соединении. Наши специалисты по применению помогут вам выбрать лабораторную, пилотную или промышленную ультразвуковую установку для эффективной экстракции алкалоидов.
Ультразвуковой аппарат УП400Ст для извлечения алкалоидов из растительного сырья.
Высокоэффективная экстракция алкалоидов с помощью Power-Ultrasound
Как ультразвуковая экстракция способствует выделению алкалоидов?
При ультразвуковой экстракции используются низкочастотные ультразвуковые волны (например, частоты 20-26 кГц) и ультразвуковой эффект акустической кавитации. Высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают кавитационные пузырьки, которые схлопываются, создавая локально энергоемкие перепады давления и температуры, а также мощные силы сдвига, которые проникают и разрушают стенки растительных клеток и растительные ткани. Поток жидкости, генерируемый кавитацией, способствует массопереносу между внутриклеточным матриксом и окружающим растворителем, так что алкалоиды эффективно высвобождаются. Для ультразвуковой экстракции алкалоидов растительный материал (например, измельченные сухие листья) помещают в растворитель, который обычно представляет собой смесь воды и органического растворителя, такого как водный этанол. Полярные растворители, такие как метанол и этанол, оказались наиболее эффективными для получения высоких выходов алкалоидов. После непродолжительной ультразвуковой обработки пульпы – состоит 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).
Основные преимущества ультразвуковой экстракции алкалоидами
Ультразвуковая экстракция считается превосходным методом экстракции для выделения алкалоидов из растительного сырья, поскольку она имеет ряд преимуществ, в том числе:
- Повышенная эффективность экстракции: Ультразвуковая экстракция позволяет увеличить выход алкалоидов более чем на 200% по сравнению с традиционными методами экстракции.
- Сокращение времени экстракции: Ультразвуковая экстракция позволяет значительно сократить время экстракции, что позволяет быстрее и эффективнее обрабатывать большие объемы растительного материала.
- Меньший расход растворителя: Ультразвуковая экстракция может уменьшить количество растворителя, необходимого для экстракции, что приводит к снижению расхода растворителя и уменьшению воздействия на окружающую среду.
- Селективная экстракция: Ультразвуковая экстракция может использоваться для селективного извлечения определенных алкалоидов путем выбора подходящего растворителя, параметров процесса и температуры экстракции. По мере того, как нежелательные соединения остаются позади, чистота конечного продукта улучшается.
- Простое масштабирование: Ультразвуковая экстракция может быть легко масштабирована для обработки больших объемов растительного материала, что делает ее пригодной для коммерческого производства. Ультразвуковые процессы могут масштабироваться линейно, что облегчает их внедрение в промышленных масштабах.
В целом, ультразвуковая экстракция обеспечивает более быстрый, эффективный и экологичный подход к выделению алкалоидов из растительного сырья.
Ультразвуковая экстракция алкалоидов из листьев сметанного дерева
Nolasco-González et al. (2022) исследовали эффективность и результативность 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 УП400С при следующих условиях: амплитуда 80%, импульсный цикл 0,7 с, в течение 4,54 мин. Общие растворимые фенолы (TSP) экстрагировали с использованием 0,5 г порошка сухих листьев и 20 мл ацетона: вода (80:20 v/v). Экстракт, полученный ультразвуком, 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), обладал высокой антиоксидантной способностью и более высоким содержанием биологически активных соединений от ~6 до ~927 раз, чем при использовании отвара или инфузии, в зависимости от типа соединения. В образцах было идентифицировано двадцать четыре различных фенольных соединения, и ультразвуковая изоляция экстракта показала самую высокую концентрацию.
[ср. Ноласко-Гонсалес и др., 2022]
Антиоксидантная способность экстрактов получена при оптимальных условиях ультразвуковой экстракции (УЗИ), отвара и инфузии. Ультразвуковые экстракты неизменно демонстрируют значительно более высокую антиоксидантную способность.
(Исследование и график: ©Ноласко-Гонсалес и др., 2022)
ВЭЖХ-хроматограмма фенольных соединений из ультразвуково выделенного экстракта листьев Annona muricata с помощью ультразвукового аппарата UP400S.
(1) шикимовая кислота, (2) галловая кислота, (3) протокатеховая кислота, (4) неохлорогеновая кислота,
(5) 3,4-дигидроксифенилуксусная, (6) 4-гидроксибензойная кислота, (7) хлорогеновая кислота, (8) 4-гидроксифенилуксусная, (9) ваниловая кислота, (10) сиринговая кислота, (11) 3-гидроксибензойная кислота, (12) кофейная кислота, (13) 4-гидроксибензальдегид, (14) гомованилиновая кислота, (15) 3-(4-гидроксифенил), (16)-кумаровая кислота, (17) трансферуловая кислота, (18) транс-коричная кислота, (19) галлокатехин, (20) эпигаллокатехин, (21) катехин, (22) эпикатехин, (23) рутин, (24) Эллаговая кислота.
(Исследование и график: ©Ноласко-Гонсалес и др., 2022)
Lee et al. (2021) получили аналогичные подтвержденные результаты, поскольку они сообщают о в 2,3 раза большем количестве алкалоидов из листьев A. muricata, экстрагированных ультразвуком (340 Вт, 56◦C, 30 мин) по сравнению с экстракцией по Сокслету (7 ч, 80°C).
Ультразвуковой экстрактор UIP1000hdT с мешалкой для извлечения алкалоидов в периодическом режиме.
Экстракция алкалоида индола из коры корня мимозы и аяуаски с помощью ультразвукового аппарата
Кора корня мимозы, а также листья аяуаски содержат алкалоид N,N-диметилтриптамин (ДМТ). Диметилтриптамин (ДМТ) в настоящее время исследуется в клинических испытаниях на предмет его галлюциногенных эффектов и, следовательно, в качестве потенциального препарата для лечения депрессии и посттравматических стрессовых расстройств (ПТСР). Ультразвуковое исследование эффективно способствует высвобождению и выделению алкалоида из корней Mimosa hostilis и листьев Psychotria viridis (аяуаска). Ультразвуковая экстракция DMT дает высокие результаты в течение очень короткого времени. Совместимые практически с любым растворителем, ультразвуковые аппараты зондового типа Hielscher используются для производства биологически активных соединений фармацевтического класса для использования в исследовательских и медицинских учреждениях, а также для подготовки образцов перед аналитическим тестированием качества и эффективности. Таким образом, ультразвуковые аппараты Hielscher могут способствовать медицинским исследованиям DMT и ботаническим исследованиям во многих отношениях.
Наиболее распространенный источник индолового акалоида N,N-диметилтриптамина (ДМТ) в дереве юрема, его получают из корней Mimosa hostilis (широко известной как jurema preta). Аяуаска – традиционное название другого вида растения, в котором листья кустарника Psychotria viridis богаты ДМТ.
Как кора корня мимозы (также mimosa tenuiflora, кора корня мимозы Hostilis; сокращенно MHRB), так и листья аяуаски содержат различные биологически активные соединения, которые в настоящее время исследуются в клинических испытаниях на предмет их потенциала в качестве терапевтического препарата. Кора корня мимозы содержит дубильные вещества, сапонины, триптамины, алкалоиды, липиды, фитоиндолы, ксилозу, фитостеролы, глюкозиды, рамнозу, арабинозу, метоксихалконы, люпеол 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 растительных материалов, таких как корень мимозы, кора и листья аяуаски. Ультразвуковая обработка превосходна тем, что дает высокие урожаи в течение очень короткого времени экстракции. Мягкие технологические условия обеспечивают высочайшее качество экстракта, предотвращая нежелательную деградацию активных молекул.
Настройка экстракции для ботанической изоляции: Ультразвуковой 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 замесью из нержавеющей стали для промышленного производства алкалоидных экстрактов.
Расскажите нам о вашем растительном сырье, растворителе, объеме партии и целевом соединении. Наши специалисты по применению помогут вам выбрать лабораторную, пилотную или промышленную ультразвуковую установку для эффективной экстракции алкалоидов.
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 качества.
Превосходная эффективность экстракцииУльтразвуковая экстракция является научно доказанным методом с необычайно высокой эффективностью в отношении экстракции биологически активных соединений из растений. В то время как традиционные методы часто занимают много времени (от нескольких часов до нескольких дней), ультразвуковая растительная экстракция занимает всего несколько минут.
Высокий выход экстракции и превосходное качество экстракта с ультразвуковыми аппаратами Hielscher
Ультразвуковая экстракция позволяет полностью высвободить биологически активные соединения из растительного сырья. Ультразвуковая кавитация разрушает клеточный матрикс и эффективно высвобождает биологически активные молекулы в окружающий растворитель. Сравнительные исследования показали, что ультразвуковая обработка дает более высокие выходы экстракта, чем другие методы экстракции (например, Сокслет, мацерация, отвар, инфузия). Ультразвуковая экстракция совместима с любым растворителем и позволяет использовать также очень мягкий растворитель, такой как вода или водный этанол. В соответствии с конкретными требованиями к экстракции можно выбрать полярные и неполярные растворители, и переключение между растворителями не вызывает проблем. Точный контроль параметров процесса (например, амплитуды), использование мягких растворителей и точный контроль температуры предотвращают разложение 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, сверхкритическая 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 высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет проводить универсальную экстракцию любого растительного 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
Энергозатраты при ультразвуковой экстракции намного ниже, чем при традиционных методах экстракции лекарственных соединений из растений.
Надежность благодаря стандартизации процессов с помощью Hielscher Ultrasonics
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 в виде CSV-файла на встроенной SD-карте. Это позволяет оператору пересматривать прогоны ультразвуковой обработки, оптимизировать процесс экстракции и обеспечивать стабильное качество экстракции. Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют производителям производить растительные экстракты превосходного качества и способствуют выполнению надлежащей производственной практики (GMP).
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл/мин | УП100Ч |
| от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
| От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
| От 15 до 150 л | От 3 до 15 л/мин | УИП6000HDT |
| н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для смешивания, диспергирования, эмульгирования и экстракции в лабораторном, пилотном и промышленном масштабе.
Факты, которые стоит знать
Как ультразвуковая экстракция позволяет повысить выход алкалоидов по сравнению с традиционными методами?
При ультразвуковой экстракции используются низкочастотные ультразвуковые волны (20–26 кГц) для образования пузырьков акустической кавитации, которые разрушаются и создают мощные сдвиговые силы. Этот процесс пробивает клеточные стенки растений и способствует массообмену между внутриклеточной матрицей и растворителем. Согласно исследованиям, ультразвуковая экстракция позволяет увеличить выход алкалоидов более чем на 200 % по сравнению с традиционными методами экстракции. Например, исследования листьев Annona muricata показали, что при использовании ультразвуковой экстракции получается в 2,3 раза больше алкалоидов, чем при экстракции по Сокслету.
Какие алкалоиды можно извлекать с помощью ультразвуковых аппаратов Hielscher?
Ультразвуковые устройства Hielscher с зондовым насадками позволяют эффективно извлекать широкий спектр алкалоидов, в том числе:
- Кофеин из кофейных зерен
- Никотин из табачных листьев
- ДМТ (N,N-диметилтриптамин) из Mimosa hostilis и Psychotria viridis
- Митрагинин из кратома
- Пиперин из чёрного перца
- Капсаицин из перца чили
- Псилоцибин из грибов
- ДМТ и бета-карболины из Banisteriopsis caapi (айяуаска)
Оборудование совместимо практически с любыми растворителями, что обеспечивает его универсальность при работе с различными типами алкалоидов.
В чём заключаются основные преимущества ультразвуковой экстракции алкалоидов?
К основным преимуществам относятся:
- Повышенная эффективность экстракции: выход на 200 % выше, чем при использовании традиционных методов
- Сокращение времени экстракции: экстракция занимает считанные минуты вместо нескольких часов
- Снижение расхода растворителя: сокращение затрат и уменьшение воздействия на окружающую среду
- Селективная экстракция: выбор подходящих растворителей и параметров для целевых соединений
- Простое масштабирование: линейное масштабирование от лабораторных условий до промышленного производства
- Высокое качество экстракта: щадящие условия обработки предотвращают разложение биологически активных веществ
Какой ультразвуковой аппарат компании Hielscher лучше всего подходит для экстракции алкалоидов?
В ассортименте ультразвуковых аппаратов Hielscher можно найти подходящий ультразвуковой зонд для любого объема. Ультразвуковой аппарат UP400St мощностью 400 Вт идеально подходит для лабораторных партий среднего объема, а мощный промышленный ультразвуковой аппарат UIP2000hdT мощностью 2000 Вт предназначен для производства в промышленных масштабах.
Какие растворители лучше всего подходят для экстракции алкалоидов с помощью ультразвука?
Установлено, что полярные растворители, такие как метанол и этанол, обеспечивают наибольший выход алкалоидов. Одной из распространенных смесей является водный раствор этанола (вода и этанол). Преимуществом ультразвуковой экстракции является совместимость практически с любыми растворителями, включая мягкие варианты, такие как вода или водный раствор этанола, что способствует сохранению чувствительных биологически активных соединений.
Безопасна ли ультразвуковая экстракция для термочувствительных алкалоидов?
Да. Ультразвуковая экстракция осуществляется при умеренных температурах (как правило, 56 °C или ниже) и в течение короткого времени (30 минут или менее). Точный контроль над параметрами процесса, включая амплитуду, интенсивность, продолжительность и температуру, предотвращает разложение термочувствительных алкалоидов. Это обеспечивает высочайшее качество экстракта и предотвращает нежелательное разложение активных молекул.
Можно ли масштабировать ультразвуковую экстракцию для промышленного производства?
Безусловно. Ультразвуковую экстракцию можно легко масштабировать для обработки больших объемов растительного сырья, что делает её пригодной для промышленного производства. Ультразвуковые процессы можно масштабировать линейно, что облегчает их внедрение в промышленных масштабах. Компания Hielscher предлагает системы промышленного класса, такие как UIP10000hdT (10 000 Вт) и UIP16000, для крупномасштабной непрерывной экстракции в технологической линии.
Чем отличается ультразвуковая экстракция от экстракции по Сокслету при извлечении алкалоидов?
Исследования показывают очевидные преимущества:
- Время: Ультразвуковая экстракция занимает 30 минут, тогда как экстракция по методу Сокслета — 7 часов
- Температура: В ультразвуковом методе используется температура 56 °C, в то время как в методе Сокслета — 80 °C
- Урожай: Ультразвуковая обработка позволяет получить в 2,3 раза больше алкалоидов
- Качество: Более низкие температуры предотвращают термическое разложение
(См. Lee и др., 2021)
Что такое алкалоиды?
Алкалоиды образуют класс встречающихся в природе азотистых соединений с низкой молекулярной массой, которые часто встречаются в качестве вторичных метаболитов в растительном мире. Алкалоид содержит как минимум 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 (например, никотин) свободно встречаются в природе. Некоторые алкалоиды также встречаются в качестве гликозидов сахара, таких как глюкоза, рамноза и галактоза, например, алкалоиды группы соланума (соланин), амиды (пиперин) и сложные эфиры (атропин, кокаин) органических кислот (ср. Ramawat et al., 2009).
Многие алкалоиды являются биологически активными соединениями, которые проявляют лечебные или терапевтические эффекты. Например, определенные виды алкалоидов используются для лечения различных заболеваний, включая малярию, диабет, определенные виды 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, хорошо известный алкалоид из мака Papaver somniferum, используется в качестве фармацевтического препарата в современной медицине. Хинин и кодеин — два других типа 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 используется, например, в качестве высокоэффективного токсина, используемого в качестве пестицида против небольших 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 |
Литература / Литература
- 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 производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.