Vysoko účinná extrakcia artemisinínu pomocou sonikácie

Artemisinín možno účinne extrahovať pomocou vysokovýkonnej sonikácie. Ultrazvuková extrakcia poskytuje veľmi vysoké výťažky artemisinínu pri použití šetrných rozpúšťadiel. Proces extrakcie s použitím ultrazvuku sa výrazne zrýchľuje. Podmienky spracovania v ultrazvukových extraktoroch možno presne regulovať, čo umožňuje predchádzať degradácii tepelne citlivej biomolekuly artemisinínu.

Extrakcia artemisinínu

Artemisinín je bioaktívna molekula prítomná v žľaznatých trichómoch rastliny Artemisia annua, ktorá sa používa ako liečivo proti malárii a vykazuje vysoký potenciál ako liečivo na liečbu viacerých ďalších ochorení vrátane rakoviny a SARS-CoV-2. Tradičná metóda extrakcie využíva toxické rozpúšťadlá a predstavuje nákladný, suboptimálny proces. Na výrobu artemisinínu vo veľkom rozsahu za environmentálne a ekonomicky priaznivých podmienok je potrebná účinná a ekologická extrakčná technika. Ultrazvuková extrakcia je široko zavedená extrakčná metóda, ktorú možno používať v kombinácii s vodou alebo etanolom ako netoxickými rozpúšťadlami. Už sa preukázalo, že ultrazvuková extrakcia poskytuje vysoké výťažky artemisinínu, takže výrobu artemisinínu možno rýchlo rozšíriť na veľké objemy. Ultrazvukové extrakčné zariadenia na vsádzkové a prietokové spracovanie v priemyselnom meradle sú bežne dostupné.

Ultrazvuková extrakcia artemisinínu z Artemisia annua

Použitie výkonového ultrazvuku pri extrakcii prekonáva iné extrakčné metódy v rôznych kľúčových faktoroch vrátane výťažku, času extrakcie, šetrnosti k životnému prostrediu a nákladovej efektívnosti.

Nevýhody tradičnej extrakcie artemisinínu

Tradičné metódy extrakcie artemisinínu sú časovo náročné, môžu v dôsledku používaných vysokých teplôt poškodiť bioaktívne molekuly artemisinínu a majú veľký vplyv na životné prostredie pre používanie organických rozpúšťadiel pri vysokých teplotách. Okrem toho je v následnom procese potrebné rozsiahle čistenie na odstránenie nečistôt zo surového extraktu.

Výhody ultrazvukovej extrakcie artemisinínu

Použitie výkonového ultrazvuku pri extrakcii má niekoľko pozitívnych účinkov, ktoré zintenzívňujú extrakčný proces: vysokovýkonný ultrazvuk vytvára akustickú kavitáciu. Táto akustická kavitácia podporuje extrakciu z rastlín narúšaním buniek, čím sa zachytené biomolekuly uvoľňujú z bunkovej matrice rastliny. Kavitačné sily navyše zintenzívňujú prenos hmoty a účinne prenášajú biomolekuly, ako je artemisinín, do okolitého rozpúšťadla. Princíp fungovania ultrazvukovej extrakcie možno pripísať čisto mechanickým silám kavitácie. To znamená, že sonikácia je netepelná, nechemická extrakčná technika. Vďaka svojmu netepelnému charakteru je ultrazvuková extrakcia obzvlášť výhodná, pretože artemisinín je tepelne citlivá zlúčenina, čo znamená, že vyššie teploty (napr. 70°C) spôsobujú jeho rozklad. Preto by sa Artemisia annua L. nemohla variť v horúcej vode na získanie artemisinínu.

Ekologické rozpúšťadlá na ultrazvukovú extrakciu artemisinínu

Medzi klasické extrakčné rozpúšťadlá používané pri výrobe artemisinínu patria hexán, petroléter alebo dichlórmetán. Extrakcia pomocou ultrazvuku je kompatibilná s akýmkoľvek rozpúšťadlom vrátane šetrných, ekologických rozpúšťadiel, ako je etanol alebo voda. Ultrazvuková extrakcia artemisinínu etanolom je rovnako účinná ako extrakcia agresívnymi rozpúšťadlami. Keďže artemisinín je slabo rozpustný vo vode, na zlepšenie ultrazvukovej extrakcie artemisinínu studenou vodou možno použiť cyklodextríny.

Vďaka čomu je ultrazvuková extrakcia artemisinínu taká účinná?

Na pochopenie výhod ultrazvukom asistovanej extrakcie je potrebné porozumieť princípu fungovania výkonového ultrazvuku. Mechanizmus, ktorým výkonový ultrazvuk zintenzívňuje extrakciu, sa pripisuje najmä javu akustickej kavitácie. Ultrazvuková kavitácia spôsobuje zrážky medzi časticami rastlinnej biomasy (napríklad listov Artemisia annua L.), čo vedie k ich vzájomnému rozdrobeniu a zmenšeniu veľkosti. Keď kavitačné bubliny kolabujú na povrchu pevných rastlinných častíc, erózia a sonoporácia ďalej zväčšujú povrch častíc. Takto zintenzívnený prenos hmoty uľahčuje uvoľňovanie molekúl, ako sú bielkoviny, lipidy, cukry, vitamíny, antioxidanty, fytochemické látky (napr. artemisinín) a vláknina. Šmykové sily vytvárané ultrazvukom zlepšujú prenikanie rozpúšťadla do bunkovej matrice rastlinného materiálu a priepustnosť bunkových membrán. Tieto mechanizmy výkonového ultrazvuku sú zodpovedné za výrazné zintenzívnenie procesu, ktoré sa dosahuje pri použití ultrazvuku na extrakciu z rastlín.

Vlny výkonového ultrazvuku narúšajú bunkovú štruktúru rastlín, uvoľňujú bioaktívne zlúčeniny a podporujú prenos hmoty medzi rastlinným materiálom a rozpúšťadlom (napr. etanolom).

Výskumom potvrdené výsledky ultrazvukovej extrakcie artemisinínu

Na preskúmanie účinnosti a praktickej využiteľnosti ultrazvukovej extrakcie artemisinínu z listov Artemisia annua sa uskutočnilo niekoľko vedeckých štúdií.

Briars a Paniwnyk preukázali, „že ultrazvuk pri nízkych teplotách zvyšuje výťažok artemisinínu extrahovaného z A. annua približne o 58% a extrakty sa v porovnaní s konvenčným lúhovaním javia ako čistejšie; použitie ultrazvuku počas extrakcie má preto potenciál umožniť výrobu lacnejších liečiv na báze artemisinínu.“ (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang a kol. (2017) skúmali ultrazvukovú extrakciu artemisinínu s použitím metyléteru propylénglykolu (PGME) ako rozpúšťadla. Ultrazvukom získaný extrakt artemisinínu sa analyzoval pomocou ultraúčinnej kvapalinovej chromatografie (UPLC). Výsledky analýzy potvrdili kvalitu extraktu. Vďaka dobrej opakovateľnosti procesu a stabilite extrahovaného artemisinínu má ultrazvukom asistovaná extrakcia s použitím ekologického a účinného monoéteru, metyléteru propylénglykolu (PGME), ako rozpúšťadla veľký potenciál pri extrakcii a separácii bioaktívnych molekúl z rastlín. Ultrazvuková extrakcia s použitím metyléteru propylénglykolu (PGME) ako rozpúšťadla viedla k vysokej celkovej účinnosti extrakcie a vysokým výťažkom artemisinínu. (porov. Zhang et al., 2017)

V ďalšej štúdii Zhang a kol. (2020) predstavujú ultrazvukovú extrakciu artemisinínu s použitím hydroxypropyl-β-cyklodextrínu. Prídavok cyklodextrínu zlepšuje uvoľňovanie artemisinínu, zlúčeniny slabo rozpustnej vo vode, a umožňuje používať vodu ako rozpúšťadlo s dobrými výťažkami extrakcie. Ultrazvuková extrakcia v kombinácii s cyklodextrínom zvýšila množstvo artemisinínu na 8,66 mg/g, čo je výrazne viac než 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 vo výskume a vývoji, v malovýrobe, vo výrobe stredného rozsahu aj vo výrobe v plnom komerčnom rozsahu v rôznych odvetviach, napríklad pri výrobe potravín, výživových doplnkov a farmaceutických výrobkov. Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory zintenzívňujú proces extrakcie a zvyšujú výťažok, čím zlepšujú celkovú efektívnosť výroby vysokokvalitných extraktov. Hielscher Ultrasonics ponúka extrakčné zariadenia pre akýkoľvek objem / spracovateľskú kapacitu. S viac než 25 rokmi skúseností s extrakciou z rastlín je Hielscher Ultrasonics vaším dôveryhodným partnerom pre vysokovýkonnú ultrazvukovú extrakciu z Artemisia annua!

Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na najvyššej technickej úrovni

Inteligentné funkcie ultrazvukových prístrojov Hielscher sú navrhnuté tak, aby zaručovali spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky a jednoduché používanie. Prevádzkové nastavenia možno jednoducho zobraziť a upraviť prostredníctvom intuitívneho menu, ktoré je prístupné cez digitálny farebný dotykový displej a diaľkové ovládanie cez prehliadač. Všetky podmienky spracovania, ako sú čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota, sa preto automaticky zaznamenávajú na zabudovanú kartu SD. To vám umožňuje preskúmať a porovnať predchádzajúce sonikačné cykly a optimalizovať proces extrakcie artemisinínu na dosiahnutie najvyššej účinnosti.
Systémy Hielscher Ultrasonics sa používajú na celom svete na výrobu vysokokvalitných rastlinných extraktov. Priemyselné ultrazvukové prístroje Hielscher dokážu bez problémov pracovať s vysokými amplitúdami v nepretržitej prevádzke (24/7/365). So štandardnými sonotródami (ultrazvukovými sondami / nadstavcami) možno bez problémov nepretržite generovať amplitúdy až do 200µm. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Vďaka svojej robustnosti a nízkym nárokom na údržbu sa naše ultrazvukové extrakčné systémy bežne inštalujú na použitie pri veľkom zaťažení a v náročných prostrediach.

Kontaktujte nás už teraz a dozviete sa viac o ultrazvukovej extrakcii artemisinínu z rastliny Artemisia annua. Radi vám zašleme informácie o našich ultrazvukových extrakčných systémoch a cenách! Naši skúsení pracovníci s vami radi prediskutujú vaše použitie a požiadavky na spracovanie!
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových prístrojov: