Extrakcia alkaloidov pomocou sondy-ultrasonicator

Alkaloidy sú bioaktívne zlúčeniny, ktoré sa dajú efektívne extrahovať z rastlín pomocou ultrazvuku. Alkaloidy vykazujú širokú škálu biologických účinkov, a preto sa používajú ako liečivá a terapia. Ultrazvuková extrakcia je preferovanou technikou na výrobu vysoko kvalitných alkaloidných extraktov z rastlinného materiálu. Ultrazvuková extrakcia vedie k veľmi vysokým výťažkom alkaloidov, zatiaľ čo čas extrakcie je krátky a ultrazvukové zariadenie je bezpečné a ľahko ovládateľné.

Vysoko účinná extrakcia alkaloidov pomocou power-ultrazvuku

Ako ultrazvuková extrakcia podporuje izoláciu alkaloidov?
Ultrazvuková extrakcia využíva nízkofrekvenčné ultrazvukové vlny (napr. Frekvencia 20-26kHz) a ultrazvukový efekt akustickej kavitácie. Ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou vytvárajú kavitačné bubliny, ktoré sa zrútia, vytvárajú lokálne energeticky husté tlakové a teplotné rozdiely, ako aj silné šmykové sily, ktoré perforujú a rozbíjajú bunkové steny rastlín a otvárajú rastlinné tkanivá. Prúdenie kvapaliny generované kavitáciou podporuje prenos hmoty medzi intracelulárnou matricou a okolitým rozpúšťadlom, takže alkaloidy sa účinne uvoľňujú. Na ultrazvukovú extrakciu alkaloidov sa rastlinný materiál (napr. mleté sušené listy) umiestni do rozpúšťadla, ktoré je zvyčajne zmesou vody a organického rozpúšťadla, ako je vodný etanol. Zistilo sa, že polárne rozpúšťadlá ako metanol a etanol sú najúčinnejšie pre vysoké výťažky alkaloidov. Po krátkom ultrazvukovom ošetrení suspenzie – pozostávajúce z rastlinného materiálu a rozpúšťadla – Alkaloidy sa uvoľňujú z rastlinných buniek a sú prítomné v rozpúšťadle, odkiaľ sa môžu izolovať a čistiť (napr. pomocou rotora-odparovača).

Hlavné výhody ultrazvukovej extrakcie alkaloidov

Ultrazvuková extrakcia sa považuje za vynikajúcu extrakčnú techniku na izoláciu alkaloidov z rastlinných materiálov, pretože ponúka niekoľko výhod, vrátane:

1. Zvýšená účinnosť extrakcie: Ultrazvuková extrakcia môže zvýšiť výťažok alkaloidov o viac ako 200% v porovnaní s tradičnými extrakčnými metódami.
2. Skrátený čas extrakcie: Ultrazvuková extrakcia môže výrazne skrátiť čas extrakcie, čo umožňuje rýchlejšie a efektívnejšie spracovanie veľkých objemov rastlinného materiálu.
3. Nižšia spotreba rozpúšťadla: Ultrazvuková extrakcia môže znížiť množstvo rozpúšťadla potrebného na extrakciu, čo vedie k zníženej spotrebe rozpúšťadla a zníženiu vplyvu na životné prostredie.
4. Selektívna extrakcia: Ultrazvuková extrakcia sa môže použiť na selektívnu extrakciu určitých alkaloidov výberom vhodného rozpúšťadla, parametrov procesu a teploty extrakcie. Keďže nežiaduce zlúčeniny zostávajú pozadu, zlepšuje sa čistota konečného produktu.
5. Jednoduché škálovanie: Ultrazvuková extrakcia sa dá ľahko škálovať, aby zvládla väčšie objemy rastlinného materiálu, vďaka čomu je vhodná na komerčnú výrobu. Ultrazvukové procesy môžu byť škálované lineárne, čo uľahčuje implementáciu v priemyselnom meradle.

Celkovo ultrazvuková extrakcia ponúka rýchlejší, efektívnejší a ekologickejší prístup k izolácii alkaloidov z rastlinných materiálov.

Ultrazvuková extrakcia alkaloidov z listov stromu Soursop

Nolasco-González et al. (2022) skúmali účinnosť a účinnosť ultrazvukovej extrakcie bioaktívnych zlúčenín vrátane fenolových zlúčenín, alkaloidov, acetogenínov (všetky s vysokou antioxidačnou kapacitou) z listov rastlinného druhu Annona muricata (soursop strom). Na ultrazvukovú extrakciu použili sondový ultrasonicator UP400S za nasledujúcich podmienok: 80% amplitúda, pulzný cyklus 0,7 s, po dobu 4,54 min. Celkové rozpustné fenoly (TSP) sa extrahovali s použitím 0,5 g sušených listov v prášku a 20 ml acetónu: voda (80:20 v/v). Ultrazvukom vyrobený extrakt obsahoval 178,48 mg/100 ml rozpustných fenolov, 20,18 mg/100 ml celkových flavonoidov, 27,81 mg/100 ml hydrolyzovateľných polyfenolov, 167,07 mg/100 ml kondenzovaných trieslovín, 30,44 mg/100 ml celkových alkaloidov a 14,62 mg/100 ml celkových acetogenínov. Extrakt izolovaný ultrazvukovým prístrojom sondového typu U400S (pozri obrázok vľavo) vykazoval vysokú antioxidačnú kapacitu a vyšší obsah bioaktívnych zlúčenín od ~6 do ~927-násobku ako odvar alebo infúzia, v závislosti od typu zlúčeniny. Vo vzorkách bolo identifikovaných dvadsaťštyri rôznych fenolových zlúčenín a ultrazvukom izolovaný extrakt produkoval najvyššiu koncentráciu.
[porovnaj Nolasco-González a kol., 2022]

Antioxidačná kapacita extraktov získaných optimálnymi podmienkami ultrazvukom asistovanej extrakcie (SAE), odvaru a infúzie. Ultrazvukové extrakty dôsledne vykazujú výrazne vyššiu antioxidačnú kapacitu.
(Štúdia a grafika: ©Nolasco-González et al., 2022)

HPLC chromatogram fenolových zlúčenín z ultrazvukom izolovaného extraktu listov Annona muricata pomocou ultrasonicatora UP400S.
1. kyselina šikimová, (2) kyselina galová, (3) kyselina protokatechuová, (4) kyselina neochlorogénna,
(5) 3,4-dihydroxyfenyloctová, (6) kyselina 4-hydroxybenzoová, (7) kyselina chlorogénová, (8) 4-hydroxyfenyloctová, (9) kyselina vanilková, (10) kyselina syringová, (11) kyselina 3-hydroxybenzoová, (12) kyselina kofeínová, (13) 4-hydroxybenzaldehyd, (14) kyselina homovanilová, (15) 3-(4-hydroxyfenyl), (16) kyselina p-kumarová, (17) kyselina trans-ferulová, (18) kyselina trans-škoricová, (19) galokatechín, (20) epigalokatechín, (21) katechín,(22) epikatechín, (23) rutín, (24) Kyselina ellagová.
(Štúdia a grafika: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) mali podobné potvrdené výsledky, pretože hlásia 2,3-násobne viac alkaloidov z listov A. muricata extrahovaných ultrazvukom (340 W, 56◦C, 30 min) v porovnaní s extrakciou Soxhlet (7 h, 80◦C).

Extrakcia indolových alkaloidov z kôry z koreňovej kôry Mimosa a Ayahuasca pomocou ultrasonicatora

Kôra koreňa mimózy, ako aj listy ayahuasca obsahujú alkaloid N,N-dimetyltryptamín (DMT). Dimetyltryptamín (DMT) sa v súčasnosti skúma v klinických štúdiách pre jeho halucinogénne účinky, a preto je potenciálnym liekom na liečbu depresie a posttraumatických stresových porúch (PTSD). Ultrazvukom účinne podporuje uvoľňovanie a izoláciu alkaloidu z koreňov Mimosa hostilis a listov Psychotria viridis (ayahuasca). Ultrazvuková extrakcia DMT produkuje vysoké výnosy vo veľmi krátkom čase. Kompatibilné s takmer akýmkoľvek rozpúšťadlom, Hielscher sonda-typ ultrasonicators sa používajú na výrobu bioaktívnych zlúčenín farmaceutickej kvality na použitie vo výskumnom a lekárskom prostredí, ako aj na prípravu vzoriek pred analytickým testovaním kvality a účinnosti. Preto, Hielscher ultrasonicators môžu uľahčiť lekársky DMT a botanický výskum mnohými spôsobmi.
Najbežnejším zdrojom indolového akaloidu N,N-dimetyltryptamínu (DMT) v strome jurema, pochádza z koreňov Mimosa hostilis (všeobecne známych ako jurema preta). Ayahuasca je tradičný názov pre iný druh rastlín, v ktorom sú listy kríka Psychotria viridis bohaté na DMT.
Kôra koreňa mimózy (tiež mimosa tenuiflora, koreňová kôra Mimosa Hostilis; abbrev. MHRB) a listy ayahuasca obsahujú rôzne bioaktívne zlúčeniny, ktoré sa v súčasnosti skúmajú v klinických štúdiách týkajúcich sa ich potenciálu ako terapeutického liečiva. Kôra koreňa mimózy obsahuje triesloviny, saponíny, tryptamíny, alkaloidy, lipidy, fytoindoly, xylózu, fytosteroly, glukozidy, rhamnózu, arabinózu, metoxychalkóny, lupeol a kukulkaníny. Tieto bioaktívne zlúčeniny môžu byť efektívne extrahované z koreňovej kôry pomocou ultrazvukových sondových prístrojov. Ultrazvuková extrakcia je vynikajúcou technikou na izoláciu cieľových látok, ako sú alkaloidy, z botanického materiálu, ako je kôra koreňa mimózy a listy ayahuasca. Sonikácia vyniká tým, že poskytuje vysoké výťažky vo veľmi krátkom čase extrakcie. Mierne procesné podmienky zaisťujú najvyššiu kvalitu extraktu, ktorá zabraňuje nežiaducej degradácii aktívnych molekúl.

Nastavenie extrakcie pre botanickú izoláciu: sonda typu ultrasonicator UP400St, Büchiho vákuový filter a rotor-odparovač na extrakciu fytochemikálií, ako sú alkaloidy a fenoly.

Hielscher Ultrasonicators pre efektívnu extrakciu alkaloidov

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysoko výkonné ultrazvukové extraktory, ktoré sa používajú na vedecký výskum, ako aj na výrobu extraktov farmaceutickej kvality.

Hielscher Ultrasonicators pre vynikajúcu účinnosť extrakcie

Ultrazvukom asistovaná extrakcia je vedecky overená technika s mimoriadne vysokou účinnosťou, pokiaľ ide o extrakciu bioaktívnych zlúčenín z rastlín. Zatiaľ čo tradičné metódy často trvajú dlho (niekoľko hodín až dní), ultrazvuková botanická extrakcia trvá len niekoľko minút.

Vysoký výťažok a vynikajúca kvalita extraktu s Hielscher Ultrasonicators

Extrakcia poháňaná ultrazvukom umožňuje úplné uvoľnenie bioaktívnych zlúčenín z rastlinného materiálu. Ultrazvuková kavitácia rozbije bunkovú matricu a efektívne uvoľňuje bioaktívne molekuly do okolitého rozpúšťadla. Porovnávacie štúdie preukázali, že sonikácia poskytuje vyššie výťažky extraktu ako iné extrakčné techniky (napr. Soxhlet, macerácia, odvar, infúzia). Ultrazvuková extrakcia je kompatibilná s akýmkoľvek rozpúšťadlom a umožňuje tým aj použitie veľmi jemného rozpúšťadla, ako je voda alebo vodný etanol. Pokiaľ ide o špecifické požiadavky na extrakciu, je možné zvoliť polárne a nepolárne rozpúšťadlá a prepínanie medzi rozpúšťadlami nie je problém. Presná kontrola parametrov procesu (napr. amplitúda), použitie jemných rozpúšťadiel a presná regulácia teploty zabraňujú degradácii a kontaminácii bioaktívnych zlúčenín (napr. alkaloidy, polyfenoly, flavonoidy, kanabinoidy atď.) počas ultrazvukovej extrakcie.

Všestranná aplikácia Hielscher Ultrasonicators

Zatiaľ čo alternatívne extrakčné techniky (napr. superkritický CO2, extrakcia rozpúšťadlom, perkolácia atď.) sú často použiteľné iba na extrakciu špecifických molekúl v závislosti od molekulovej hmotnosti, rozpustnosti a citlivosti na teplo, extrakcia s Hielscher vysokovýkonné ultrazvukové prístroje umožňujú všestrannú extrakciu akejkoľvek botanickej zlúčeniny. Ultrazvukom asistovanú extrakciu je možné spoľahlivo použiť na extrakciu širokospektrálnych extraktov obsahujúcich bioaktívne zlúčeniny, ako sú polyfenoly, alkaloidy, antrachinóny, flavonoidy, glykozidy, lipidy, pektín a polysacharidy.

Vynikajúca energetická účinnosť a šetrnosť k životnému prostrediu

Spotreba energie ultrazvukom asistovanej extrakcie je zďaleka nižšia ako tradičné metódy extrakcie liečivých zlúčenín z rastlín.

Spoľahlivosť vďaka štandardizácii procesov s Hielscher Ultrasonics

Hielscher ultrasonicators umožňujú presnú kontrolu nad všetkými parametrami ultrazvukového procesu, ako je amplitúda, intenzita, trvanie, a teplota. Parametre procesu sa dajú ľahko ovládať a sú nepretržite monitorované. Okrem toho sú všetky parametre procesu automaticky protokolované ako súbor CSV na vstavanej SD karte. To umožňuje operátorovi revidovať sonikačné behy, optimalizovať proces extrakcie a zabezpečiť konzistentnú kvalitu extraktu. Hielscher ultrasonicators umožňujú výrobcom vyrábať botanické extrakty vynikajúcej kvality a uľahčovať dodržiavanie správnej výrobnej praxe (GMP).

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: