Vysoko účinná extrakcia artemisinínu so sonikáciou
Artemisinín je možné efektívne extrahovať pomocou vysokovýkonnej sonikácie. Ultrazvuková extrakcia poskytuje veľmi vysoké výťažky artemisinínu pomocou jemných rozpúšťadiel. Proces extrakcie pomocou ultrazvuku sa drasticky urýchľuje. Podmienky spracovania v ultrazvukových extraktoroch sú presne kontrolovateľné, čo umožňuje zabrániť degradácii tepelne citlivej biomolekuly artemisinínu.
Extrakcia artemisinínu
Artemisinín je bioaktívna molekula prítomná v trichómových žľazách rastliny Artemisia annua, ktorá sa používa ako liek proti malárii a vykazuje vysoký potenciál ako liek na liečbu niekoľkých ďalších chorôb vrátane rakoviny a SARS-CoV-2. Tradičná metóda extrakcie zahŕňa toxické rozpúšťadlá a je to drahý, suboptimálny proces. Na výrobu artemisinínu vo veľkom meradle za environmentálne a ekonomicky priaznivých podmienok je potrebná účinná a ekologická extrakčná technika. Ultrazvuková extrakcia je široko zavedená metóda extrakcie, ktorú možno použiť v kombinácii s vodou alebo etanolom ako netoxické rozpúšťadlá. Ultrazvuková extrakcia už dokázala, že prináša vysoké výťažky artemisinínu, takže produkciu artemisinínu je možné rýchlo rozšíriť na veľké objemy. Ultrazvukové extrakčné zariadenie na dávkové a in-line spracovanie na priemyselnej úrovni je ľahko dostupné.
Ultrazvukový extraktor UIP2000hdT na priemyselnú dávkovú extrakciu artemisinínu z listov Artemisia annua.
Ultrazvuková extrakcia artemisinínu z Artemisia annua
Použitie výkonového ultrazvuku na extrakciu vyniká inými extrakčnými metódami v rôznych hlavných faktoroch, vrátane výťažku, času extrakcie, šetrnosti k životnému prostrediu a nákladovej efektívnosti.
Nevýhody tradičnej extrakcie artemisinínu
Tradičné metódy extrakcie artemisinínu sú časovo náročné, môžu poškodiť bioaktívne molekuly artemisinín v dôsledku aplikovaných vysokých teplôt a majú vysoký vplyv na životné prostredie v dôsledku organických rozpúšťadiel používaných pri vysokých teplotách. Okrem toho je v následnom procese potrebné rozsiahle čistenie, aby sa odstránili nečistoty zo surového extraktu.
Výhody ultrazvukovej extrakcie artemisinínu
Použitie výkonového ultrazvuku na extrakciu má niekoľko pozitívnych účinkov, ktoré zintenzívňujú proces extrakcie: Vysokovýkonný ultrazvuk vytvára akustickú kavitáciu. Táto akustická kavitácia podporuje botanickú extrakciu narušením buniek, takže zachytené biomolekuly sa uvoľňujú z bunkovej matrice rastliny. Okrem toho kavitačné sily zintenzívňujú prenos hmoty a efektívne transportujú biomolekuly, ako je artemisinín, do okolitého rozpúšťadla. Princíp činnosti ultrazvukovej extrakcie môže byť prispelý čisto mechanickými silami kavitácie. To znamená, že sonikácia je netepelná, nechemická extrakčná technika. Keďže ide o netepelnú extrakčnú techniku, ultrazvuková extrakcia je obzvlášť výhodná, pretože artemisinín je tepelne citlivá zlúčenina, čo znamená, že vyššie teploty (napr. 70 °C) spôsobia jej rozklad. V dôsledku toho sa Artemisia annua L. nemohla variť v horúcej vode, aby sa získal artemisinín.
- vyššie výnosy
- Vynikajúca kvalita
- rýchla extrakcia
- Vyberte si preferované rozpúšťadlo
- Žiadna tepelná degradácia
- Funguje s čerstvými a sušenými listami
- Presne kontrolovateľné podmienky
- Nákladovo efektívne
Zelené rozpúšťadlá na ultrazvukovú extrakciu artemisinínu
Klasické extrakčné rozpúšťadlá používané na výrobu artemisinínu zahŕňajú hexán, petroléter alebo dichlórmetán. Extrakcia riadená ultrazvukom je kompatibilná s akýmkoľvek rozpúšťadlom vrátane miernych, zelených rozpúšťadiel, ako je etanol alebo voda. Ultrazvuková extrakcia artemisinínu etanolom je rovnako účinná v porovnaní s drsnými rozpúšťadlami. Keďže artemisinín vykazuje slabú rozpustnosť vo vode, cyklodextríny sa môžu použiť na zlepšenie ultrazvukovej extrakcie artemisinínu studenou vodou.
Prečo je ultrazvuková extrakcia artemisinínu taká efektívna?
Aby sme pochopili výhody ultrazvukom asistovanej extrakcie, je potrebné pochopiť princíp fungovania výkonového ultrazvuku. Extrakčný mechanizmus silového ultrazvuku sa pripisuje najmä fenoménu akustickej kavitácie. Ultrazvuková kavitácia spôsobuje kolízie medzi časticami botanickej biomasy (ako sú listy Artemisia annua L.), čo má za následok interkonkrétne frakcionovanie a zmenšenie veľkosti častíc. Keď sa kavitačné bubliny zrútia na povrchu rastlinných pevných látok, erózia a sonoporácia povrch častíc ešte viac zväčšia. Tým zintenzívnený prenos hmoty uľahčuje uvoľňovanie molekúl, ako sú bielkoviny, lipidy, cukry, vitamíny, antioxidanty, fytochemikálie (napr. artemisinín) a vláknina. Ultrazvukom generované šmykové sily zlepšujú prienik rozpúšťadla do bunkovej matrice botanickej hmoty a zlepšujú priepustnosť bunkových membrán. Tieto mechanizmy výkonového ultrazvuku sú zodpovedné za významnú intenzifikáciu procesu dosiahnutú pri použití ultrazvuku na botanickú extrakciu.
Výkonové ultrazvukové vlny narúšajú bunkovú štruktúru rastlín, uvoľňujú bioaktívne zlúčeniny a podporujú prenos hmoty medzi rastlinným materiálom a rozpúšťadlom (napr. etanol).
Ultrazvuk UP400St (400 wattov) na dávkovú extrakciu artemisinínu.
Výskumom overené výsledky ultrazvukovej extrakcie artemisinínu
Uskutočnilo sa niekoľko vedeckých štúdií s cieľom preskúmať účinnosť a uskutočniteľnosť ultrazvukovej extrakcie artemisinínu z listov Artemisia annua.
Briars a Paniwnyk ukázali, že "ultrazvuk pri nízkych teplotách zvyšuje výťažok artemisinínu extrahovaného z A. annua približne o 58 % a extrakty sa zdajú byť čistejšie v porovnaní s konvenčným máčaním; preto má použitie ultrazvuku počas extrakcie potenciál na výrobu lacnejších liečebných postupov na báze artemisinínu." (Briars a Paniwnyk, 2013)
Zhang et al. (2017) skúmali ultrazvukovú extrakciu artemisinínu pomocou propylénglykolmetyléteru (PGME) ako rozpúšťadla. Ultrazvukom vyrobený extrakt artemisinínu bol analyzovaný pomocou ultraúčinnej kvapalinovej chromatografie (UPLC). Výsledky analýzy zdôraznili kvalitu extraktu. Vďaka dobrej opakovateľnosti procesu a stabilite extrahovaného artemisinínu ukazuje ultrazvukom asistovaná extrakcia s použitím zeleného a účinného monoéterpropylénglykolmetyléteru (PGME) ako rozpúšťadla veľké vyhliadky pri extrakcii a separácii bioaktívnych molekúl z rastlín. Ultrazvuková extrakcia s použitím propylénglykolmetyléteru (PGME) ako rozpúšťadla viedla k vysokej celkovej účinnosti extrakcie a vysokým výťažkom artemisinínu. (porovnaj Zhang et al., 2017)
V ďalšej štúdii Zhang et al. (2020) prezentujú ultrazvukovú extrakciu artemisinínu pomocou hydroxypropyl-β-cyklodextrínu. Pridanie cyklodextrínu zlepšuje uvoľňovanie zle vo vode rozpustnej zlúčeniny artemisinínu a umožňuje použitie vody ako rozpúšťadla s dobrými extrakčnými výťažkami. Ultrazvuková extrakcia v kombinácii s cyklodextrínom zvýšila množstvo artemisinínu na 8,66 mg/g, čo je výrazne viac ako zodpovedajúce množstvo 1,70 mg/g získané vo vode.
Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory na výrobu artemisinínu
Vysokovýkonné ultrazvukové extrakčné systémy od spoločnosti Hielscher Ultrasonics sa používajú na celom svete na R&D, malá, stredná a plne komerčná úroveň výroby v rôznych priemyselných odvetviach, ako je výroba potravín, doplnkov stravy a farmaceutická výroba. Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory zintenzívňujú proces extrakcie a zvyšujú výťažnosť, čím zlepšujú celkovú účinnosť vysokokvalitnej výroby extraktov. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka odsávacie zariadenia pre akýkoľvek objem / kapacitu procesu. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics, ktorá má skúsenosti s botanickou extrakciou už viac ako 25 rokov, je vaším dôveryhodným partnerom pre vysokovýkonnú ultrazvukovú extrakciu z Artemisia annua!
Vysokovýkonné a najmodernejšie ultrazvukové prístroje
Inteligentné funkcie ultrazvukových prístrojov Hielscher sú navrhnuté tak, aby zaručovali spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky a užívateľskú prívetivosť. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytočené pomocou intuitívneho menu, ku ktorému je možné pristupovať prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládača prehliadača. Preto sa všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenávajú na vstavanú SD kartu. To vám umožní revidovať a porovnávať predchádzajúce sonikácie a optimalizovať proces extrakcie artemisinínu na najvyššiu účinnosť.
Ultrazvukové systémy Hielscher sa používajú na celom svete na výrobu vysokokvalitných rastlinných extraktov. Priemyselné ultrazvuky Hielscher môžu ľahko prevádzkovať vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke (24/7/365). Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko kontinuálne generovať pomocou štandardných sonotród (ultrazvukové sondy / rohy). Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Vďaka svojej robustnosti a nízkej údržbe sa naše ultrazvukové odsávacie systémy bežne inštalujú pre náročné aplikácie a v náročných prostrediach.
Kontaktujte nás teraz a dozviete sa viac o ultrazvukovej extrakcii artemisinínu z rastliny Artemisia annua. Radi vám pošleme informácie o našich ultrazvukových extrakčných systémoch a cenách! Náš skúsený personál s vami rád prediskutuje vašu žiadosť a požiadavky na spracovanie!
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 |
| 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
- Zhang, Yongqiang; Prawang, Phongphat; Li, Chunshan; Meng, Xiangzhan; Zhao, Yu; Wang, Hui; Zhang, Suojiang (2017): Ultrasonic Assisted Extraction of Artemisinin from Artemisia Annua L. Using Monoether based Solvents. Green Chemistry 2017.
- Zhang, Yongqiang; Cao, Yingying; Meng, Xiangzhag; Prawang, Phonphat; Wang, Hui (2020): Extraction of Artemisinin with Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin Aqueous Solution for Fabrication of Drinkable Extract. Green Chemical Engineering 2020.
- Rhianna Briars; Larysa Paniwnyk (2012): Examining the extraction of artemisinin from artemisia annua using ultrasound. AIP Conference Proceedings 1433, 581.
- Rhianna Briars, Larysa Paniwnyk (2013): Effect of ultrasound on the extraction of artemisinin from Artemisia annua. Industrial Crops and Products, Volume 42, 2013. 595-600.
Čo je Artemisinín a na čo sa používa?
Artemisinín je zlúčenina získaná z rastliny Artemisia annua, bežne známej ako palina sladká. Je známy predovšetkým svojimi antimalarickými vlastnosťami a používa sa pri liečbe malárie. Artemisinín a jeho deriváty sú vysoko účinné proti kmeňom malárie rezistentným na lieky, čo ich robí kľúčovými v boji proti tejto chorobe.
Z hľadiska priemyselného využitia je artemisinín zaujímavý pre rôzne potenciálne aplikácie mimo medicíny. Ukázal sa ako sľubný v rôznych oblastiach, ako je poľnohospodárstvo, kde môže pôsobiť ako prírodný herbicíd a pesticíd. Okrem toho sa uskutočňuje výskum s cieľom preskúmať jeho potenciálne využitie pri liečbe rakoviny. Tieto aplikácie sa vedecky skúmajú a testujú v pilotnom meradle na implementáciu v rôznych priemyselných oblastiach.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.