Высокоэффективная экстракция артемизинина с помощью обработки ультразвуком

Артемизинин можно эффективно экстрагировать с помощью высокоэффективной обработки ультразвуком. Ультразвуковая экстракция обеспечивает очень высокий выход артемизинина при использовании мягких растворителей. Применение ультразвука резко ускоряет процесс экстракции. Условия обработки в ультразвуковых экстракторах поддаются точному контролю, что позволяет предотвратить разрушение термочувствительной биомолекулы артемизинина.

Экстракция артемизинина

Артемизинин – биоактивная молекула, содержащаяся в железистых трихомах растения Artemisia annua. Он используется как противомалярийный препарат и обладает высоким потенциалом в качестве препарата для лечения ряда других заболеваний, включая рак и SARS-CoV-2. Традиционный метод экстракции предполагает использование токсичных растворителей и представляет собой дорогостоящий процесс с неоптимальными характеристиками. Для производства артемизинина в больших масштабах в экологически и экономически благоприятных условиях необходима эффективная и экологичная технология экстракции. Ультразвуковая экстракция – широко распространённый метод экстракции, который можно применять в сочетании с водой или этанолом в качестве нетоксичных растворителей. Уже доказано, что ультразвуковая экстракция обеспечивает высокий выход артемизинина, благодаря чему его производство можно быстро масштабировать до больших объёмов. Ультразвуковое экстракционное оборудование для периодической и поточной обработки в промышленных масштабах доступно на рынке.

Ультразвуковая экстракция артемизинина из Artemisia annua

Применение мощного ультразвука для экстракции превосходит другие методы экстракции по ряду основных показателей, включая выход, время экстракции, экологичность и экономическую эффективность.

Недостатки традиционной экстракции артемизинина

Традиционные методы экстракции артемизинина требуют много времени, могут повреждать биоактивные молекулы артемизинина из-за применения высоких температур и оказывают значительное воздействие на окружающую среду вследствие использования органических растворителей при высоких температурах. Кроме того, на последующих этапах процесса необходима тщательная очистка для удаления примесей из неочищенного экстракта.

Преимущества ультразвуковой экстракции артемизинина

Применение мощного ультразвука для экстракции оказывает несколько положительных эффектов, которые интенсифицируют процесс экстракции: высокоэффективный ультразвук создаёт акустическую кавитацию. Эта акустическая кавитация способствует экстракции из растительного сырья за счёт разрушения клеток, благодаря чему заключённые в них биомолекулы высвобождаются из клеточной матрицы растения. Кроме того, кавитационные силы усиливают массоперенос, эффективно перенося биомолекулы, такие как артемизинин, в окружающий растворитель. Принцип действия ультразвуковой экстракции можно объяснить исключительно механическими силами кавитации. Это означает, что обработка ультразвуком является нетермическим и нехимическим методом экстракции. Нетермический характер ультразвуковой экстракции делает её особенно подходящей, поскольку артемизинин является термочувствительным соединением: более высокие температуры (например, 70°C) вызывают его разложение. Следовательно, Artemisia annua L. нельзя кипятить в горячей воде для получения артемизинина.

Экологичные растворители для ультразвуковой экстракции артемизинина

Классические экстракционные растворители, используемые для производства артемизинина, включают гексан, петролейный эфир или дихлорметан. Экстракция с помощью ультразвука совместима с любым растворителем, включая мягкие экологичные растворители, такие как этанол или вода. Ультразвуковая экстракция артемизинина с этанолом столь же эффективна, как и с агрессивными растворителями. Поскольку артемизинин плохо растворим в воде, для улучшения его ультразвуковой экстракции холодной водой можно использовать циклодекстрины.

Что делает ультразвуковую экстракцию артемизинина столь эффективной?

Чтобы понять преимущества экстракции с помощью ультразвука, необходимо понимать принцип действия мощного ультразвука. Механизм интенсификации экстракции мощным ультразвуком главным образом связан с явлением акустической кавитации. Ультразвуковая кавитация вызывает столкновения между частицами растительной биомассы (например, листьев Artemisia annua L.), что приводит к дроблению при столкновениях частиц и уменьшению их размера. Когда кавитационные пузырьки схлопываются на поверхности твёрдых частиц растительного сырья, эрозия и сонопорация дополнительно увеличивают площадь поверхности частиц. Усиленный таким образом массоперенос способствует высвобождению таких молекул, как белки, липиды, сахара, витамины, антиоксиданты, фитохимические вещества (например, артемизинин) и пищевые волокна. Силы сдвига, создаваемые ультразвуком, улучшают проникновение растворителя в клеточную матрицу растительного материала и повышают проницаемость клеточных мембран соответственно. Эти механизмы мощного ультразвука обеспечивают значительную интенсификацию процесса при применении обработки ультразвуком для экстракции из растительного сырья.

Волны мощного ультразвука разрушают клеточную структуру растительного сырья, высвобождают биоактивные соединения и способствуют массопереносу между растительным материалом и растворителем (например, этанолом).

Результаты ультразвуковой экстракции артемизинина, подтверждённые исследованиями

Для изучения эффективности и практической применимости ультразвуковой экстракции артемизинина из листьев Artemisia annua был проведён ряд научных исследований.

Briars и Paniwnyk показали, «что ультразвук при низких температурах увеличивает выход артемизинина, экстрагируемого из A. annua, примерно на 58%, а экстракты выглядят более чистыми по сравнению с традиционным настаиванием; поэтому применение ультразвука при экстракции потенциально позволяет производить менее дорогостоящие средства лечения на основе артемизинина». (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) исследовали ультразвуковую экстракцию артемизинина с использованием метилового эфира пропиленгликоля (PGME) в качестве растворителя. Полученный с помощью ультразвука экстракт артемизинина анализировали методом ультраэффективной жидкостной хроматографии (UPLC). Результаты анализа подтвердили качество экстракта. Благодаря хорошей воспроизводимости процесса и стабильности экстрагированного артемизинина экстракция с помощью ультразвука с использованием экологичного и эффективного моноэфира – метилового эфира пропиленгликоля (PGME) – в качестве растворителя демонстрирует большие перспективы для экстракции и разделения биоактивных молекул из растительного сырья. Ультразвуковая экстракция с использованием метилового эфира пропиленгликоля (PGME) в качестве растворителя обеспечила высокую общую эффективность экстракции и высокий выход артемизинина. (см. Zhang et al., 2017)

В другом исследовании Zhang et al. (2020) представляют ультразвуковую экстракцию артемизинина с использованием гидроксипропил-β-циклодекстрина. Добавление циклодекстрина улучшает высвобождение плохо растворимого в воде соединения артемизинина и позволяет использовать воду в качестве растворителя с хорошим выходом экстракции. Ультразвуковая экстракция в сочетании с циклодекстрином увеличила количество артемизинина до 8,66 mg/g, что значительно больше соответствующего количества 1,70 mg/g, полученного в воде.

Высокоэффективные ультразвуковые экстракторы для производства артемизинина

Высокоэффективные ультразвуковые экстракционные системы Hielscher Ultrasonics используются по всему миру в исследованиях и разработках, в малом, среднем и полномасштабном коммерческом производстве в различных отраслях, например при производстве пищевых продуктов, пищевых добавок и фармацевтической продукции. Высокоэффективные ультразвуковые экстракторы интенсифицируют процесс экстракции и увеличивают выход, тем самым повышая общую эффективность производства высококачественных экстрактов. Hielscher Ultrasonics предлагает экстракционное оборудование для любого объёма / производительности процесса. Обладая более чем 25-летним опытом экстракции из растительного сырья, Hielscher Ultrasonics является вашим надёжным партнёром в высокоэффективной ультразвуковой экстракции из Artemisia annua!

Высокоэффективные ультразвуковые аппараты, соответствующие современному уровню техники

Интеллектуальные функции ультразвуковых аппаратов Hielscher разработаны для обеспечения надёжной работы, воспроизводимых результатов и удобства использования. Доступ к рабочим настройкам и их регулировка легко осуществляются через интуитивно понятное меню, доступное на цифровом цветном сенсорном дисплее и через дистанционное управление в браузере. Таким образом, все параметры обработки, такие как полезная энергия, общая энергия, амплитуда, время, давление и температура, автоматически записываются на встроенную SD-карту. Это позволяет просматривать и сравнивать предыдущие циклы обработки ультразвуком и оптимизировать процесс экстракции артемизинина для достижения наивысшей эффективности.
Системы Hielscher Ultrasonics используются по всему миру для производства высококачественных растительных экстрактов. Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher легко обеспечивают работу с высокими амплитудами в непрерывном режиме (24/7/365). Со стандартными сонотродами (ультразвуковыми зондами / рупорами) можно легко непрерывно создавать амплитуды до 200µm. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Благодаря прочности и низкой потребности в техническом обслуживании наши ультразвуковые экстракционные системы часто устанавливают для работы при высоких нагрузках и в сложных условиях.

Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше об ультразвуковой экстракции артемизинина из растения Artemisia annua. Мы будем рады отправить вам информацию о наших ультразвуковых экстракционных системах и ценах! Наши опытные сотрудники с удовольствием обсудят с вами вашу задачу и требования к обработке!
В приведённой ниже таблице указана приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов: