Экстракция алкалоидов с высоким выходом с помощью ультразвуковых аппаратов зондового типа

Извлекайте алкалоиды из растительного сырья быстрее, полнее и с точным контролем процесса. Ультразвуковые аппараты зондового типа Hielscher используют акустическую кавитацию для вскрытия растительных клеток и интенсификации массопереноса, помогая получать высокий выход алкалоидов за минуты вместо часов.
Независимо от того, обрабатываете ли вы листья, корни, кору, семена или другое растительное сырье, ультразвуковые экстракторы Hielscher обеспечивают воспроизводимую экстракцию – от лабораторных испытаний до опытных партий и промышленного производства в потоке.

Почему стоит выбрать ультразвуковую экстракцию алкалоидов?

• Более высокий выход экстракции благодаря эффективному разрушению клеток и улучшенному проникновению растворителя
• Более короткое время обработки по сравнению с мацерацией, отвариванием, настаиванием или экстракцией по Сокслету
• Меньшее потребление растворителя при использовании воды, водного раствора этанола, метанола или других подходящих растворителей
• Контролируемое качество экстракта благодаря регулировке амплитуды, температуры, времени и интенсивности
• Простое масштабирование от небольших образцов до непрерывной промышленной экстракции
• Надежное документирование с автоматической регистрацией данных процесса для обеспечения повторяемости и контроля качества

Высокоэффективная экстракция алкалоидов с помощью мощного ультразвука

Как ультразвуковая экстракция способствует выделению алкалоидов?
Ультразвуковая экстракция использует низкочастотные ультразвуковые волны (например, с частотой 20–26kHz) и вызываемую ультразвуком акустическую кавитацию. Ультразвуковые волны высокой интенсивности создают кавитационные пузырьки, которые схлопываются, создавая локальные перепады давления и температуры с высокой плотностью энергии, а также мощные силы сдвига, которые перфорируют и разрушают стенки растительных клеток и вскрывают растительную ткань. Потоки жидкости, создаваемые кавитацией, способствуют массопереносу между внутриклеточным матриксом и окружающим растворителем, благодаря чему алкалоиды эффективно высвобождаются. Для ультразвуковой экстракции алкалоидов растительное сырье (например, измельченные высушенные листья) помещают в растворитель, который обычно представляет собой смесь воды и органического растворителя, например водный раствор этанола. Установлено, что полярные растворители, такие как метанол и этанол, наиболее эффективны для получения высокого выхода алкалоидов. После кратковременной обработки ультразвуком суспензии – состоящей из растительного сырья и растворителя – алкалоиды высвобождаются из растительных клеток и переходят в растворитель, из которого их можно выделить и очистить (например, с помощью роторного испарителя).

Основные преимущества ультразвуковой экстракции алкалоидов

Ультразвуковая экстракция считается превосходным методом выделения алкалоидов из растительного сырья, поскольку она обладает рядом преимуществ, в том числе:

1. Повышенная эффективность экстракции: Ультразвуковая экстракция может увеличить выход алкалоидов более чем на 200% по сравнению с традиционными методами экстракции.
2. Сокращение времени экстракции: Ультразвуковая экстракция может значительно сократить время извлечения, обеспечивая более быструю и эффективную обработку больших объемов растительного сырья.
3. Меньшее потребление растворителя: Ультразвуковая экстракция может уменьшить количество растворителя, необходимого для извлечения, снижая его потребление и воздействие на окружающую среду.
4. Селективная экстракция: Ультразвуковая экстракция может применяться для селективного извлечения определенных алкалоидов путем выбора подходящего растворителя, параметров процесса и температуры экстракции. Поскольку нежелательные соединения не извлекаются, чистота конечного продукта повышается.
5. Простое масштабирование: Ультразвуковую экстракцию можно легко масштабировать для обработки больших объемов растительного сырья, что делает ее пригодной для коммерческого производства. Ультразвуковые процессы можно масштабировать линейно, что упрощает их внедрение в промышленном масштабе.

В целом ультразвуковая экстракция обеспечивает более быстрый, эффективный и экологичный подход к выделению алкалоидов из растительного сырья.

Ультразвуковая экстракция алкалоидов из листьев дерева гуанабаны

Nolasco-González et al. (2022) исследовали результативность и эффективность ультразвуковой экстракции биоактивных соединений, включая фенольные соединения, алкалоиды и ацетогенины (все с высокой антиоксидантной способностью), из листьев растения вида Annona muricata (дерево гуанабаны). Для ультразвуковой экстракции они использовали ультразвуковой аппарат зондового типа UP400S при следующих условиях: амплитуда 80%, импульсный цикл 0,7 s, продолжительность 4,54 min. Суммарные растворимые фенолы (TSP) извлекали с использованием 0,5 g порошка высушенных листьев и 20 mL смеси ацетон: вода (80:20 v/v). Полученный с помощью ультразвука экстракт содержал 178,48 mg/100 mL растворимых фенолов, 20,18 mg/100 mL суммарных флавоноидов, 27,81 mg/100 mL гидролизуемых полифенолов, 167,07 mg/100 mL конденсированных танинов, 30,44 mg/100 mL суммарных алкалоидов и 14,62 mg/100 mL суммарных ацетогенинов. Экстракт, выделенный с помощью ультразвукового аппарата зондового типа U400S (см. изображение слева), обладал высокой антиоксидантной способностью и содержанием биоактивных соединений, превышающим показатели отваривания или настаивания от ~6 до ~927 раз в зависимости от типа соединения. В образцах были идентифицированы двадцать четыре различных фенольных соединения, причем экстракт, выделенный с помощью ультразвука, имел самую высокую концентрацию.
[см. Nolasco-González et al., 2022]

Антиоксидантная способность экстрактов, полученных при оптимальных условиях экстракции с помощью ультразвука (UAE), отваривания и настаивания. Ультразвуковые экстракты неизменно демонстрируют значительно более высокую антиоксидантную способность.
(Исследование и график: ©Nolasco-González et al., 2022)

Хроматограмма ВЭЖХ фенольных соединений из экстракта листьев Annona muricata, выделенного с помощью ультразвукового аппарата UP400S.
(1) шикимовая кислота, (2) галловая кислота, (3) протокатеховая кислота, (4) неохлорогеновая кислота,
(5) 3,4-dihydroxyphenylacetic, (6) 4-hydroxybenzoic acid, (7) хлорогеновая кислота, (8) 4-hydroxyphenyl acetic, (9) ванилиновая кислота, (10) сиреневая кислота, (11) 3-hydroxybenzoic acid, (12) кофейная кислота, (13) 4-hydroxybenzaldehyde, (14) гомованилиновая кислота, (15) 3-(4-hydroxyphenyl), (16) p-кумаровая кислота, (17) транс-феруловая кислота, (18) транс-коричная кислота, (19) галлокатехин, (20) эпигаллокатехин, (21) катехин,(22) эпикатехин, (23) рутин, (24) эллаговая кислота.
(Исследование и график: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) получили аналогичные подтвержденные результаты: они сообщают, что при обработке листьев A. muricata ультразвуком (340 W, 56◦C, 30 min) было извлечено в 2,3 раза больше алкалоидов, чем при экстракции по Сокслету (7 h, 80◦C).

Экстракция индольных алкалоидов из коры корней мимозы и аяуаски с помощью ультразвукового аппарата

Кора корней мимозы, а также листья аяуаски содержат алкалоид N,N-диметилтриптамин (DMT). Диметилтриптамин (DMT) в настоящее время исследуется в клинических испытаниях в связи с его галлюциногенными эффектами и, следовательно, как потенциальный препарат для лечения депрессии и посттравматических стрессовых расстройств (ПТСР). Обработка ультразвуком эффективно способствует высвобождению и выделению этого алкалоида из корней Mimosa hostilis и листьев Psychotria viridis (аяуаска). Ультразвуковая экстракция DMT обеспечивает высокий выход за очень короткое время. Совместимые практически с любым растворителем ультразвуковые аппараты зондового типа Hielscher используются для получения биоактивных соединений фармацевтического качества для применения в исследовательских и медицинских условиях, а также для подготовки образцов перед аналитическими испытаниями качества и активности. Таким образом, ультразвуковые аппараты Hielscher могут различными способами содействовать медицинским исследованиям DMT и исследованиям растительного сырья.
Наиболее распространенным источником индольного алкалоида N,N-диметилтриптамина (DMT) является дерево журема: его получают из корней Mimosa hostilis (обычно известной как журема-прета). Аяуаска – традиционное название другого вида растения, у которого листья кустарника Psychotria viridis богаты DMT.
Как кора корней мимозы (также mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; сокращенно MHRB), так и листья аяуаски содержат различные биоактивные соединения, которые в настоящее время исследуются в клинических испытаниях на предмет их потенциала в качестве терапевтического препарата. Кора корней мимозы содержит танины, сапонины, триптамины, алкалоиды, липиды, фитоиндолы, ксилозу, фитостеролы, глюкозиды, рамнозу, арабинозу, метоксихалконы, лупеол и кукульканины. Эти биоактивные соединения можно эффективно извлекать из коры корней с помощью ультразвуковых аппаратов зондового типа. Ультразвуковая экстракция является превосходным методом выделения целевых веществ, таких как алкалоиды, из растительного сырья, например коры корней мимозы и листьев аяуаски. Обработка ультразвуком отличается высоким выходом при очень коротком времени экстракции. Мягкие условия процесса обеспечивают высочайшее качество экстракта, предотвращая нежелательное разложение активных молекул.

Экстракционная установка для выделения веществ из растительного сырья: Ультразвуковой аппарат зондового типа UP400St, вакуумный фильтр Büchi и роторный испаритель для извлечения фитохимических веществ, таких как алкалоиды и фенолы.

Ультразвуковые аппараты Hielscher для эффективной экстракции алкалоидов

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и поставляет высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы, которые используются как для научных исследований, так и для производства экстрактов фармацевтического качества.
Превосходная эффективность экстракции: Экстракция с помощью ультразвука – научно доказанный метод с исключительно высокой эффективностью извлечения биоактивных соединений из растений. Если традиционные методы часто требуют длительного времени (от нескольких часов до суток и более), то ультразвуковая экстракция растительного сырья занимает всего несколько минут.

Высокий выход и превосходное качество экстракта с ультразвуковыми аппаратами Hielscher

Экстракция под воздействием ультразвука позволяет полностью высвобождать биоактивные соединения из растительного сырья. Ультразвуковая кавитация разрушает клеточный матрикс и эффективно высвобождает биоактивные молекулы в окружающий растворитель. Сравнительные исследования показали, что обработка ультразвуком обеспечивает более высокий выход экстракта, чем другие методы экстракции (например, экстракция по Сокслету, мацерация, отваривание, настаивание). Ультразвуковая экстракция совместима с любым растворителем и поэтому позволяет использовать также очень мягкие растворители, такие как вода или водный раствор этанола. В зависимости от конкретных требований к экстракции можно выбирать полярные и неполярные растворители, причем переход от одного растворителя к другому не представляет проблемы. Точный контроль параметров процесса (например, амплитуды), использование мягких растворителей и точный контроль температуры предотвращают разложение и загрязнение биоактивных соединений (например, алкалоидов, полифенолов, флавоноидов, каннабиноидов и т. д.) во время ультразвуковой экстракции.

Универсальность применения ультразвуковых аппаратов Hielscher

Если альтернативные методы экстракции (например, сверхкритическим CO2, растворителями, перколяция и т. д.) часто применимы только для извлечения определенных молекул в зависимости от молекулярной массы, растворимости и термочувствительности, то экстракция с помощью высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов Hielscher обеспечивает универсальное извлечение любых растительных соединений. Экстракцию с помощью ультразвука можно надежно применять для получения экстрактов широкого спектра, содержащих такие биоактивные соединения, как полифенолы, алкалоиды, антрахиноны, флавоноиды, гликозиды, липиды, пектин и полисахариды.

Отличная энергоэффективность и экологичность

При извлечении лекарственных соединений из растений энергопотребление экстракции с помощью ультразвука значительно ниже, чем у традиционных методов.

Надежность благодаря стандартизации процесса с Hielscher Ultrasonics

Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно контролировать все параметры ультразвукового процесса, такие как амплитуда, интенсивность, продолжительность и температура. Параметры процесса легко регулируются и непрерывно отслеживаются. Кроме того, все параметры процесса автоматически регистрируются в виде файла CSV на встроенной SD-карте. Это позволяет оператору анализировать проведенные циклы обработки ультразвуком, оптимизировать процесс экстракции и обеспечивать стабильное качество экстракта. Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют производителям получать растительные экстракты превосходного качества и упрощают соблюдение надлежащей производственной практики (GMP).

Приведенная ниже таблица дает представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов: