Высокоэффективная экстракция артемизинина с помощью ультразвука

Артемизинин может быть эффективно экстрагирован с помощью высокопроизводительной ультразвуковой обработки. Ультразвуковая экстракция дает очень высокие выходы артемизинина с использованием мягких растворителей. Процесс экстракции с помощью ультразвука резко ускоряется. Условия обработки в ультразвуковых экстракторах точно контролируются, что позволяет предотвратить деградацию термочувствительной биомолекулы артемизинина.

Экстракция артемизинина

Артемизинин представляет собой биоактивную молекулу, присутствующую в трихомных железах растения Artemisia annua, которая используется в качестве противомалярийного препарата и демонстрирует высокий потенциал в качестве препарата для лечения ряда других заболеваний, включая рак и SARS-CoV-2. Традиционный метод экстракции включает в себя токсичные растворители и является дорогостоящим и неоптимальным процессом. Для того, чтобы производить артемизинин в больших масштабах в экологически и экономически благоприятных условиях, требуется эффективная и экологичная технология экстракции. Ультразвуковая экстракция является широко распространенным методом экстракции, который может использоваться в сочетании с водой или этанолом в качестве нетоксичных растворителей. Уже доказано, что ультразвуковая экстракция обеспечивает высокий выход артемизинина, что позволяет быстро масштабировать производство артемизинина до больших объемов. Ультразвуковое экстракционное оборудование для периодической и поточной обработки на промышленном уровне легко доступно.

Ультразвуковая экстракция артемизинина из Artemisia annua

Использование мощного ультразвука для экстракции превосходит другие методы экстракции по различным основным факторам, включая выход, время экстракции, экологичность и экономическую эффективность.

Недостатки традиционной экстракции артемизинина

Традиционные методы экстракции артемизинина требуют много времени, могут повредить биологически активные молекулы артемизинина из-за применяемых высоких температур и оказывать сильное воздействие на окружающую среду из-за органических растворителей, используемых при высоких температурах. Кроме того, на последующих этапах процесса необходима обширная очистка для удаления примесей из сырого экстракта.

Преимущества ультразвуковой экстракции артемизинина

Применение мощного ультразвука для экстракции имеет несколько положительных эффектов, которые интенсифицируют процесс экстракции: Высокоэффективный ультразвук создает акустическую кавитацию. Эта акустическая кавитация способствует ботанической экстракции путем разрушения клеток, так что захваченные биомолекулы высвобождаются из клеточного матрикса растения. Кроме того, кавитационные силы усиливают массоперенос, эффективно транспортируя биомолекулы, такие как артемизинин, в окружающий растворитель. Принцип работы ультразвуковой экстракции может быть обусловлен чисто механическими силами кавитации. Это означает, что ультразвуковая обработка является нетермическим, нехимическим методом экстракции. Поскольку артемизинин является нетермическим методом экстракции, он особенно благоприятен, поскольку артемизинин является термочувствительным соединением, а это означает, что более высокие температуры (например, 70 °C) могут вызвать его разложение. Следовательно, Artemisia annua L. нельзя было кипятить в горячей воде для получения артемизинина.

Зеленые растворители для ультразвуковой экстракции артемизинина

Классические экстракционные растворители, используемые для производства артемизинина, включают гексан, петролейный эфир или дихлорметан. Ультразвуковая экстракция совместима с любыми растворителями, включая мягкие, зеленые растворители, такие как этанол или вода. Ультразвуковая экстракция артемизинина этанолом одинаково эффективна по сравнению с агрессивными растворителями. Поскольку артемизинин обладает плохой растворимостью в воде, циклодекстрины могут быть использованы для улучшения ультразвуковой экстракции артемизинина в холодной воде.

Что делает ультразвуковую экстракцию артемизинина такой эффективной?

Чтобы понять преимущества ультразвуковой экстракции, необходимо понять принцип работы ультразвуковой системы. Механизм экстракции, усиливающий силовой ультразвук, в основном связан с явлением акустической кавитации. Ультразвуковая кавитация вызывает столкновения между частицами растительной биомассы (например, листьями Artemisia annua L.), что приводит к разделению на фракции и уменьшению размера частиц. Когда кавитационные пузырьки схлопываются на поверхности растительных твердых веществ, эрозия и сонопорация еще больше увеличивают поверхность частиц. Таким образом, интенсифицированный массоперенос способствует высвобождению таких молекул, как белки, липиды, сахара, витамины, антиоксиданты, фитохимические вещества (например, артемизинин) и пищевые волокна. Создаваемые ультразвуковыми сдвиговыми силами улучшают проникновение растворителя в клеточный матрикс растительного вещества и улучшают проницаемость клеточных мембран, соответственно. Эти механизмы силового ультразвука отвечают за значительную интенсификацию процесса, достигаемую при применении ультразвука для ботанической экстракции.

Мощные ультразвуковые волны нарушают клеточную структуру растительных компонентов, высвобождают биологически активные соединения и способствуют массопереносу между растительным материалом и растворителем (например, этанолом).

Научно подтвержденные результаты ультразвуковой экстракции артемизинина

Было проведено несколько научных исследований с целью изучения эффективности и практичности ультразвуковой экстракции артемизинина из листьев Artemisia annua.

Брайарс и Панивник показали, что «ультразвук при низких температурах увеличивает выход артемизинина, извлеченного из A. annua, примерно на 58%, и экстракты кажутся более чистыми по сравнению с обычным замачиванием; Таким образом, использование ультразвука во время экстракции имеет потенциал для получения более дешевых методов лечения на основе артемизинина». (Бриарс и Панивник, 2013)

Zhang et al. (2017) исследовали ультразвуковую экстракцию артемизинина с использованием метилового эфира пропиленгликоля (PGME) в качестве растворителя. Экстракт артемизинина, полученный ультразвуковым путем, был проанализирован с помощью жидкостной хроматографии Ultra Performance (UPLC). Результаты анализа показали качество экстракта. Благодаря хорошей повторяемости процесса и стабильности экстрагированного артемизинина, ультразвуковая экстракция с использованием зеленого и эффективного моноэфира метилового эфира пропиленгликоля (PGME) в качестве растворителя показывает большие перспективы в экстракции и разделении биологически активных молекул из растительных компонентов. Ультразвуковая экстракция с использованием метилового эфира пропиленгликоля (PGME) в качестве растворителя привела к высокой общей эффективности экстракции и высокому выходу артемизинина. (ср. Zhang et al., 2017)

В другом исследовании Zhang et al. (2020) представлена ультразвуковая экстракция артемизинина с использованием гидроксипропил-β-циклодекстрина. Добавление циклодекстрина улучшает выделение плохо растворимого в воде соединения артемизинина и позволяет использовать воду в качестве растворителя с хорошими выходами экстракции. Ультразвуковая экстракция в сочетании с циклодекстрином увеличила количество артемизинина до 8,66 мг/г, что значительно больше соответствующего количества 1,70 мг/г, полученного в воде.

Высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы для производства артемизинина

Высокопроизводительные ультразвуковые экстракционные системы от Hielscher Ultrasonics используются во всем мире на R&D, малый, средний и полностью коммерческий уровни производства в различных отраслях промышленности, таких как производство продуктов питания, пищевых добавок и фармацевтической промышленности. Высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы интенсифицируют процесс экстракции и увеличивают выход продукции, тем самым повышая общую эффективность производства высококачественного экстракта. Hielscher Ultrasonics предлагает экстракционное оборудование для любого объема / технологической производительности. Имея более чем 25-летний опыт в ботанической экстракции, Hielscher Ultrasonics является вашим надежным партнером в области высокоэффективной ультразвуковой экстракции из Artemisia annua!

Высокопроизводительные, современные ультразвуковые аппараты

Интеллектуальные функции ультразвуковых аппаратов Hielscher разработаны для того, чтобы гарантировать надежную работу, воспроизводимые результаты и удобство использования. Доступ к рабочим настройкам и набор осуществляется через интуитивно понятное меню, доступ к которому осуществляется с помощью цифрового цветного сенсорного дисплея и пульта дистанционного управления в браузере. Таким образом, все условия обработки, такие как чистая энергия, общая энергия, амплитуда, время, давление и температура, автоматически записываются на встроенную SD-карту. Это позволяет пересмотреть и сравнить предыдущие прогоны ультразвуковой обработки и оптимизировать процесс экстракции артемизинина до максимальной эффективности.
Ультразвуковые системы Hielscher используются во всем мире для производства высококачественных растительных экстрактов. Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher могут легко работать с высокой амплитудой в непрерывной работе (24/7/365). Амплитуды до 200 μм могут быть легко непрерывно сгенерированы с помощью стандартных сонотродов (ультразвуковых зондов / рупоров). Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Благодаря своей надежности и неприхотливости в обслуживании наши ультразвуковые вытяжные системы обычно устанавливаются для тяжелых условий эксплуатации и в сложных условиях.

Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше об ультразвуковой экстракции артемизинина из растения Artemisia annua. Мы будем рады выслать Вам информацию о наших системах ультразвуковой экстракции и ценах! Наши опытные сотрудники будут рады обсудить с вами Вашу заявку и требования к ее обработке!
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: