Extrakcia alkaloidov pomocou ultrazvukového sondy
Alkaloidy sú bioaktívne zlúčeniny, ktoré je možné efektívne extrahovať z rastlín pomocou ultrazvuku. Alkaloidy vykazujú širokú škálu biologických účinkov, a preto sa používajú ako liečivá a terapeutiká. Ultrazvuková extrakcia je preferovanou technikou na výrobu vysoko kvalitných alkaloidných extraktov z rastlinného materiálu. Ultrazvuková extrakcia má za následok veľmi vysoké výťažky alkaloidov, zatiaľ čo doba extrakcie je krátka a ultrazvukové zariadenie je bezpečné a ľahko ovládateľné.
Vysoko účinná extrakcia alkaloidov pomocou výkonového ultrazvuku
Ako ultrazvuková extrakcia podporuje izoláciu alkaloidov?
Ultrazvuková extrakcia využíva nízkofrekvenčné ultrazvukové vlny (napr. frekvencia 20-26 kHz) a ultrazvukový efekt akustickej kavitácie. Ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou vytvárajú kavitačné bubliny, ktoré sa zrútia a vytvárajú lokálne energeticky husté tlakové a teplotné rozdiely, ako aj silné šmykové sily, ktoré perforujú a rozbíjajú rastlinné bunkové steny a rastlinné tkanivo. Prúdenie kvapaliny generované kavitáciou podporuje prenos hmoty medzi intracelulárnou matricou a okolitým rozpúšťadlom, takže alkaloidy sa účinne uvoľňujú. Na ultrazvukovú extrakciu alkaloidmi 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 je metanol a etanol, sú najúčinnejšie pre vysoké výťažky alkaloidov. Po krátkom ultrazvukovom spracovaní kaše – 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 rotorového výparníka).
Ultrazvuk UP400St na extrakciu alkaloidov z rastlinného materiálu.
Hlavné výhody ultrazvukovej extrakcie alkaloidov
Ultrazvuková extrakcia sa považuje za vynikajúcu extrakčnú techniku na izoláciu alkaloidov z rastlinných materiálov, pretože ponúka niekoľko výhod vrátane:
- Zvýšená účinnosť odsávania: Ultrazvuková extrakcia môže zvýšiť výťažok alkaloidov o viac ako 200 % v porovnaní s tradičnými extrakčnými metódami.
- Skrátený čas extrakcie: Ultrazvuková extrakcia môže výrazne skrátiť čas extrakcie, čo umožňuje rýchlejšie a efektívnejšie spracovanie veľkých objemov rastlinného materiálu.
- Nižšia spotreba rozpúšťadiel: Ultrazvuková extrakcia môže znížiť množstvo rozpúšťadla potrebného na extrakciu, čo vedie k zníženiu spotreby rozpúšťadla a zníženiu vplyvu na životné prostredie.
- Selektívna extrakcia: Ultrazvukovú extrakciu je možné použiť na selektívnu extrakciu určitých alkaloidov výberom vhodného rozpúšťadla, parametrov procesu a teploty extrakcie. Keď zostanú nežiaduce zlúčeniny, zlepšuje sa čistota konečného produktu.
- Jednoduché škálovanie: Ultrazvukovú extrakciu je možné ľahko rozšíriť tak, aby zvládla väčšie objemy rastlinného materiálu, vďaka čomu je vhodná na komerčnú výrobu. Ultrazvukové procesy je možné škálovať 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 efektívnosť ultrazvukovej extrakcie bioaktívnych zlúčenín vrátane fenolových zlúčenín, alkaloidov, acetogeninov (všetky s vysokou antioxidačnou kapacitou) z listov rastlinného druhu Annona muricata (soursop strom). Na ultrazvukovú extrakciu použili ultrazvukový ultrazvuk UP400S sondy za nasledujúcich podmienok: 80% amplitúda, 0,7 s pulzný cyklus, po dobu 4,54 min. Celkové rozpustné fenoly (TSP) boli extrahované pomocou 0,5 g sušeného prášku z listov 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 typu sondy U400S (pozri obrázok vľavo) vykazoval vysokú antioxidačnú kapacitu a vyšší obsah bioaktívnych zlúčenín od ~6 do ~927-násobne ako odvar alebo infúzia, v závislosti od typu zlúčeniny. Vo vzorkách bolo identifikovaných dvadsaťštyri rôznych fenolových zlúčenín a ultrazvukom izolovaný extrakt dosiahol najvyššiu koncentráciu.
[porovnaj Nolasco-González a kol., 2022]
Antioxidačná kapacita extraktov získaných optimálnymi podmienkami ultrazvukovej extrakcie (SAE), odvaru a infúzie. Ultrazvukové extrakty neustále 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 ultrazvuku UP400S.
(1) kyselina shikimová, (2) kyselina gallová, (3) kyselina protokatechuová, (4) kyselina neochlorogénová,
(5) 3,4-dihydroxyfenyloctová, (6) kyselina 4-hydroxybenzoová, (7) kyselina chlorogénová, (8) 4-hydroxyfenyloctová, (9) kyselina vanilovová, (10) kyselina syringová, (11) kyselina 3-hydroxybenzoová, (12) kyselina kávová, (13) 4-hydroxybenzaldehyd, (14) kyselina homovanilová, (15) 3-(4-hydroxyfenyl), (16) kyselina p-kumarová, (17) kyselina transferulová, (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 uvádzajú 2,3-krát viac alkaloidov z listov A. muricata extrahovaných ultrazvukom (340 W, 56 ° C, 30 min) v porovnaní s extrakciou Soxhletom (7 hodín, 80 ° C).
Ultrazvukový extraktor UIP1000hdT s miešadlom na extrakciu alkaloidov v dávkovom režime.
Extrakcia indolových alkaloidov z kôry koreňa mimózy a ayahuasky pomocou ultrazvuku
Kôra koreňa mimózy, ako aj listy ayahuasky obsahujú alkaloid N,N-dimetyltryptamín (DMT). Dimetyltryptamín (DMT) je v súčasnosti skúmaný v klinických štúdiách pre svoje halucinogénne účinky, a preto ako potenciálny liek na liečbu depresie a posttraumatických stresových porúch (PTSD). Ultrazvuk účinne podporuje uvoľňovanie a izoláciu alkaloidu z koreňov Mimosa hostilis a listov Psychotria viridis (ayahuasca). Ultrazvuková extrakcia DMT prináša vysoké výťažky vo veľmi krátkom čase. Ultrazvukové prístroje Hielscherovho typu sondy sú kompatibilné s takmer akýmkoľvek rozpúšťadlom a používajú sa 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 môžu Hielscher ultrazvukové prístroje uľahčiť lekársky DMT a botanický výskum mnohými spôsobmi.
Najbežnejším zdrojom indolakaloidu N,N-dimetyltryptamínu (DMT) v strome jurema pochádza z koreňov Mimosa hostilis (bežne známa 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 mimóza tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; abbrev. MHRB) a listy ayahuascy obsahujú rôzne bioaktívne zlúčeniny, ktoré sú v súčasnosti skúmané v klinických štúdiách s ohľadom na ich potenciál ako terapeutického lieku. Kôra koreňa mimózy obsahuje triesloviny, saponíny, tryptamíny, alkaloidy, lipidy, fytoindoly, xylózy, fytosteroly, glukozidy, ramnózu, arabinózu, metoxychalkóny, lupeol a kukulkaníny. Tieto bioaktívne zlúčeniny je možné efektívne extrahovať z koreňovej kôry pomocou ultrazvukových prístrojov sondového typu. Ultrazvuková extrakcia je vynikajúca technika na izoláciu cieľových látok, ako sú alkaloidy, z botanického materiálu, ako je kôra koreňa mimózy a listy ayahuasky. Sonikácia vyniká tým, že poskytuje vysoké výnosy vo veľmi krátkom čase extrakcie. Mierne procesné podmienky zabezpečujú najvyššiu kvalitu extraktu a zabraňujú nežiaducej degradácii aktívnych molekúl.
Nastavenie extrakcie pre botanickú izoláciu: Ultrazvukový UP400ST sondového typu, vákuový filter Büchi a rotorový výparník na extrakciu fytochemikálií, ako sú alkaloidy a fenoly.
Ultrazvukový extraktor UIP2000hdT s farmaceutickou dávkou z nehrdzavejúcej ocele na priemyselnú výrobu alkaloidných extraktov.
Ultrazvukové prístroje Hielscher na efektívnu extrakciu alkaloidov
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové extraktory, ktoré sa používajú na vedecký výskum, ako aj na výrobu extraktov farmaceutickej kvality.
Vynikajúca účinnosť odsávania:Ultrazvukom asistovaná extrakcia je vedecky overená technika s mimoriadne vysokou účinnosťou pri extrakcii bioaktívnych zlúčenín z rastlín. Zatiaľ čo tradičné metódy často trvajú dlho (niekoľko hodín až dní), ultrazvuková botanická extrakcia trvá len niekoľko minút.
Vysoký výťažok extrakcie a vynikajúca kvalita extraktu s ultrazvukovými prístrojmi Hielscher
Extrakcia riadená ultrazvukom umožňuje úplné uvoľnenie bioaktívnych zlúčenín z rastlinného materiálu. Ultrazvuková kavitácia rozbíja bunkovú matricu a účinne 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 tak použitie aj veľmi jemného rozpúšťadla, ako je voda alebo vodný etanol. Vzhľadom na 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. alkaloidov, polyfenolov, flavonoidov, kanabinoidov atď.) počas ultrazvukovej extrakcie.
Všestranné použitie ultrazvukových prístrojov Hielscher
Zatiaľ čo alternatívne extrakčné techniky (napr. superkritický CO2, extrakcia rozpúšťadlom, perkolácia atď.) sú často použiteľné len na extrakciu špecifických molekúl v závislosti od molekulovej hmotnosti, rozpustnosti a citlivosti na teplo, extrakcia pomocou vysokovýkonných ultrazvukových prístrojov Hielscher umožňuje všestrannú extrakciu akejkoľvek botanickej zlúčeniny. Ultrazvukom asistovaná extrakcia môže byť spoľahlivo aplikovaná 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 pri extrakcii pomocou ultrazvuku je oveľa nižšia ako pri tradičných metódach extrakcie liečivých zlúčenín z rastlín.
Spoľahlivosť vďaka štandardizácii procesov s ultrazvukom Hielscher
Ultrazvukové prístroje Hielscher umožňujú presnú kontrolu nad všetkými parametrami ultrazvukového procesu, ako je amplitúda, intenzita, trvanie a teplota. Parametre procesu sa dajú ľahko kontrolovať a priebežne monitorovať. Okrem toho sú všetky procesné parametre automaticky protokolované ako súbor CSV na vstavanej SD karte. To umožňuje operátorovi revidovať sonikáciu, optimalizovať proces extrakcie a zabezpečiť konzistentnú kvalitu extraktu. Ultrazvukové prístroje Hielscher umožňujú výrobcom vyrábať botanické extrakty vynikajúcej kvality a uľahčujú plnenie správnej výrobnej praxe (GMP).
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.
Literatúra / Referencie
- 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Čo sú alkaloidy?
Alkaloidy tvoria triedu prirodzene sa vyskytujúcich dusíkatých zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré sa často vyskytujú ako sekundárne metabolity v rastlinnej ríši. Alkaloid obsahuje najmenej jeden atóm dusíka. Alkaloidy sú biochemicky syntetizované z jednej z nasledujúcich troch bežných aminokyselín – lyzín, tyrozín a tryptofán.
V rastlinách alkaloidy vo všeobecnosti existujú ako soli organických kyselín, ako je kyselina octová, jablčná, mliečna, citrónová, šťaveľová, vínna, trieslová a iné. Niektoré slabé základné alkaloidy (napríklad nikotín) sa v prírode vyskytujú voľne. Niekoľko alkaloidov sa vyskytuje aj ako glykozidy cukru, ako je glukóza, ramnóza a galaktóza, napríklad alkaloidy skupiny solanum (solanín), ako amidy (piperín) a ako estery (atropín, kokaín) organických kyselín (porovnaj Ramawat et al., 2009).
Mnohé alkaloidy sú bioaktívne zlúčeniny, ktoré vykazujú liečivé alebo terapeutické účinky. Napríklad špecifické typy alkaloidov sa používajú na liečbu rôznych chorôb vrátane malárie, diabetikov, špecifických typov rakoviny, srdcovej dysfunkcie, depresie atď.
Keďže mnohé alkaloidy vykazujú silné bioaktívne vlastnosti, ich použitie ako liečiv, omamných látok, stimulantov a jedov bolo buď prijaté, alebo je predmetom vedeckého výskumu. Morfín, známy alkaloid z maku Papaver somniferum, sa v dnešnej medicíne používa ako farmaceutický liek. Chinín a kodeín sú dva ďalšie typy alkaloidov používané na lekárske účely. Pod lekárskym dohľadom a v lekársky predpísaných dávkach sú alkaloidy farmakologicky užitočné. Pri nesprávnom použití však môžu byť niektoré alkaloidy vo vysokých dávkach toxické. Alkaloid strychnín sa napríklad používa ako vysoko účinný toxín používaný ako pesticíd proti malým stavcom.
Príklady niektorých alkaloidov v rastlinách
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
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.