Ekstrakcija alkaloidov z ultrazvočnim sondom
Alkaloidi so bioaktivne spojine, ki jih je mogoče učinkovito ekstrahirati iz rastlin z ultrazvočno obdelavo. Alkaloidi kažejo široko paleto bioloških učinkov in se zato uporabljajo kot farmacevtski in terapevtski izdelki. Ultrazvočna ekstrakcija je najprimernejša tehnika za proizvodnjo visoko kakovostnih alkaloidnih izvlečkov iz rastlinskega materiala. Ultrazvočna ekstrakcija ima za posledico zelo visoke donose alkaloidov, medtem ko je čas ekstrakcije kratek in ultrazvočna oprema je varna in enostavna za uporabo.
Visoko učinkovita ekstrakcija alkaloidov z uporabo močnega ultrazvoka
Kako ultrazvočna ekstrakcija spodbuja izolacijo alkaloidov?
Ultrazvočna ekstrakcija uporablja nizkofrekvenčne ultrazvočne valove (npr. Frekvenco 20-26 kHz) in ultrazvočni učinek akustične kavitacije. Ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti ustvarjajo kavitacijske mehurčke, ki se zrušijo, ustvarjajo lokalno energijsko goste razlike v tlaku in temperaturi ter močne strižne sile, ki perforirajo in razbijejo rastlinske celične stene in rastlinsko tkivo. Pretok tekočine, ki nastane s kavitacijo, spodbuja prenos mase med znotrajceličnim matriksom in okoliškim topilom, tako da se alkaloidi učinkovito sproščajo. Za ultrazvočno ekstrakcijo alkaloidov se rastlinski material (npr. Mleti posušeni listi) postavi v topilo, ki je običajno mešanica vode in organskega topila, kot je vodni etanol. Ugotovljeno je bilo, da so polarna topila, kot sta metanol in etanol, najučinkovitejša za visoke donose alkaloidov. Po kratki ultrazvočni obdelavi gnojevke – sestavljen iz rastlinskega materiala in topila – Alkaloidi se sproščajo iz rastlinskih celic in so prisotni v topilu, od koder jih je mogoče izolirati in očistiti (npr. z uporabo rotorja-uparjalnika).
Ultrazvočni aparat UP400St za ekstrakcijo alkaloidov iz rastlinskega materiala.
Glavne prednosti ultrazvočne ekstrakcije alkaloidov
Ultrazvočna ekstrakcija velja za vrhunsko tehniko ekstrakcije za izolacijo alkaloidov iz rastlinskih materialov, saj ponuja več prednosti, vključno z:
- Povečana učinkovitost ekstrakcije: Ultrazvočna ekstrakcija lahko poveča donos alkaloidov za več kot 200% v primerjavi s tradicionalnimi metodami ekstrakcije.
- Skrajšan čas ekstrakcije: Ultrazvočna ekstrakcija lahko znatno skrajša čas ekstrakcije, kar omogoča hitrejšo in učinkovitejšo obdelavo velikih količin rastlinskega materiala.
- Manjša poraba topil: Ultrazvočna ekstrakcija lahko zmanjša količino topila, potrebnega za ekstrakcijo, kar povzroči zmanjšano porabo topila in zmanjšan vpliv na okolje.
- Selektivna ekstrakcija: Ultrazvočna ekstrakcija se lahko uporablja za selektivno ekstrakcijo določenih alkaloidov z izbiro ustreznega topila, procesnih parametrov in temperature ekstrakcije. Ko ostanejo neželene spojine, se izboljša čistost končnega izdelka.
- Enostavno razširitev: Ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče enostavno povečati za obdelavo večjih količin rastlinskega materiala, zaradi česar je primerna za komercialno proizvodnjo. Ultrazvočni procesi se lahko linearno skalirajo, kar olajša izvajanje v industrijskem merilu.
Na splošno ultrazvočna ekstrakcija ponuja hitrejši, učinkovitejši in okolju prijaznejši pristop k izolaciji alkaloidov iz rastlinskih materialov.
Ultrazvočna ekstrakcija alkaloidov iz listov drevesa Soursop
(2022) so raziskali učinkovitost in učinkovitost ultrazvočne ekstrakcije bioaktivnih spojin, vključno s fenolnimi spojinami, alkaloidi, acetogenini (vsi z visoko antioksidativno sposobnostjo) iz listov rastlinske vrste Annona muricata (kislo drevo). Za ultrazvočno ekstrakcijo so uporabili ultrazvočni zvočnik UP400S pri naslednjih pogojih: 80% amplituda, 0,7 s impulzni cikel, 4,54 min. Skupni topni fenoli (TSP) so bili ekstrahirani z uporabo 0,5 g prahu posušenih listov in 20 ml acetona: vode (80:20 v/v). Ultrazvočno proizveden ekstrakt je vseboval 178,48 mg/100 ml topnih fenolov, 20,18 mg/100 ml skupnih flavonoidov, 27,81 mg/100 ml hidroliziranih polifenolov, 167,07 mg/100 ml kondenziranih taninov, 30,44 mg/100 ml skupnih alkaloidov in 14,62 mg/100 ml skupnih acetogeninov. Ekstrakt, izoliran z ultrazvočnim aparatom U400S (glej sliko levo), je pokazal visoko antioksidativno sposobnost in višjo vsebnost bioaktivnih spojin od ~ 6 do ~ 927-krat kot decoction ali infuzija, odvisno od vrste spojine. V vzorcih je bilo ugotovljenih štiriindvajset različnih fenolnih spojin, ultrazvočno izoliran ekstrakt pa je proizvedel najvišjo koncentracijo.
[prim. Nolasco-González et al., 2022]
Antioksidativna sposobnost izvlečkov, pridobljenih z optimalnimi pogoji ultrazvočne ekstrakcije (ZAE), decoction in infuzije. Ultrazvočni izvlečki dosledno kažejo bistveno večjo antioksidativno sposobnost.
(Študija in grafika: ©Nolasco-González et al., 2022)
HPLC kromatogram fenolnih spojin iz ultrazvočno izoliranega ekstrakta listov Annona muricata z uporabo ultrazvočnega UP400S.
(1) šikiminska kislina, (2) galna kislina, (3) protokatekujska kislina, (4) neoklorogenska kislina,
(5) 3,4-dihidroksifenilacetna, (6) 4-hidroksibenzojska kislina, (7) klorogenska kislina, (8) 4-hidroksifenil ocetna, (9) vanilna kislina, (10) siringinska kislina, (11) 3-hidroksibenzojska kislina, (12) kofeinska kislina, (13) 4-hidroksibenzaldehid, (14) homovanilna kislina, (15) 3-(4-hidroksifenil), (16) p-kumarinska kislina, (17) transferulna kislina, (18) trans-cimetna kislina, (19) galokatehin, (20) epigalokatehin, (21) katehin,(22) epikatehin, (23) rutin, (24) Elaginska kislina.
(Študija in grafika: ©Nolasco-González et al., 2022)
Lee et al. (2021) so imeli podobne potrjene rezultate, saj poročajo o 2,3-krat več alkaloidih iz listov A. muricata, ekstrahiranih z ultrazvokom (340 W, 56 ° C, 30 min) v primerjavi s Soxhletovo ekstrakcijo (7 ur, 80 ° C).
Ultrazvočni ekstraktor UIP1000hdT z mešalom za ekstrakcijo alkaloidov v šaržnem načinu.
Ekstrakcija indolskega alkaloida iz lubja korenine mimoze in ayahuasce z ultrazvočnim aparatom
Lubje korenine mimoze in listi ayahuasce vsebujejo alkaloid N, N-dimetiltriptamin (DMT). Dimetiltriptamin (DMT) se trenutno raziskuje v kliničnih preskušanjih zaradi svojih halucinogenih učinkov in zato kot potencialno zdravilo za zdravljenje depresije in posttravmatskih stresnih motenj (PTSM). Ultrasonication učinkovito spodbuja sproščanje in izolacijo alkaloida iz korenin Mimosa hostilis in listov Psychotria viridis (ayahuasca). Ultrazvočna ekstrakcija DMT proizvaja visoke donose v zelo kratkem času. Ultrazvočni aparati Hielscherjevega tipa sonde so združljivi s skoraj vsemi topili, ki se uporabljajo za proizvodnjo bioaktivnih spojin farmacevtske kakovosti za uporabo v raziskovalnih in medicinskih okoljih, kot tudi za pripravo vzorcev pred analitičnim testiranjem kakovosti in moči. Zato lahko Hielscher ultrazvočni aparati olajšajo medicinske DMT in botanične raziskave na številne načine.
Najpogostejši vir indol akaloida N, N-dimetiltriptamina (DMT) v drevesu jurema, prihaja iz korenin mimoze hostilis (splošno znane kot jurema preta). Ayahuasca je tradicionalno ime za drugo rastlinsko vrsto, v kateri so listi grma Psychotria viridis bogati z DMT.
Tako lubje korenine mimoze (tudi mimoza tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Lub; abbrev. MHRB) in listi ayahuasce vsebujejo različne bioaktivne spojine, ki se trenutno raziskujejo v kliničnih preskušanjih glede njihovega potenciala kot terapevtskega zdravila. Lubje korenine mimoze vsebuje tanine, saponine, triptamine, alkaloide, lipide, fitoindole, ksilozo, fitosterole, glukozide, ramnozo, arabinozo, metoksihalkone, lupeol in kukulkanine. Te bioaktivne spojine je mogoče učinkovito ekstrahirati iz lubja korenine z uporabo ultrazvočnih sond. Ultrazvočna ekstrakcija je vrhunska tehnika za izolacijo ciljnih snovi, kot so alkaloidi iz botaničnega materiala, kot so lubje korenine mimoze in listi ayahuasce. Sonication se odlikuje z visokimi donosi v zelo kratkem času ekstrakcije. Blagi procesni pogoji zagotavljajo najvišjo kakovost ekstrakta in preprečujejo neželeno razgradnjo aktivnih molekul.
Nastavitev ekstrakcije za botanično izolacijo: Ultrazvočni UP400ST tipa sonde, vakuumski filter Büchi in rotor-uparjalnik za ekstrakcijo fitokemikalij, kot so alkaloidi in fenoli.
Ultrazvočni ekstraktor UIP2000hdT s serijo iz nerjavečega jekla farmacevtske kakovosti za industrijsko proizvodnjo alkaloidnih izvlečkov.
Hielscher ultrazvočni aparati za učinkovito ekstrakcijo alkaloidov
Hielscher Ultrasonics načrtuje, proizvaja in distribuira visoko zmogljive ultrazvočne ekstraktorje, ki se uporabljajo za znanstvene raziskave in proizvodnjo farmacevtskih izvlečkov.
Vrhunska učinkovitost ekstrakcijeEkstrakcija z ultrazvokom je znanstveno dokazana tehnika z izjemno visoko učinkovitostjo pri ekstrakciji bioaktivnih spojin iz rastlin. Medtem ko tradicionalne metode pogosto trajajo dolgo časa (od nekaj ur do dni), ultrazvočna botanična ekstrakcija traja le nekaj minut.
Visok donos ekstrakcije in vrhunska kakovost ekstrakta s Hielscher ultrasonicatorji
Ultrazvočna ekstrakcija omogoča popolno sproščanje bioaktivnih spojin iz rastlinskega materiala. Ultrazvočna kavitacija razbije celično matrico in učinkovito sprosti bioaktivne molekule v okoliško topilo. Primerjalne študije so pokazale, da ultrazvočna obdelava daje višje izkoristke ekstrakta kot druge tehnike ekstrakcije (npr. Soxhlet, maceracija, decoction, infuzija). Ultrazvočna ekstrakcija je združljiva s katerim koli topilom in s tem omogoča tudi uporabo zelo blagega topil, kot je voda ali vodni etanol. Glede na posebne zahteve za ekstrakcijo je mogoče izbrati polarna in nepolarna topila in preklapljanje med topili ni problem. Natančna kontrola procesnih parametrov (npr. amplituda), uporaba blagih topil in natančna kontrola temperature preprečujejo razgradnjo in kontaminacijo bioaktivnih spojin (npr. alkaloidov, polifenolov, flavonoidov, kanabinoidov itd.) med ultrazvočno ekstrakcijo.
Vsestranska uporaba Hielscher ultrazvočnih aparatov
Medtem ko so alternativne tehnike ekstrakcije (npr. superkritični CO2, ekstrakcija s topilom, perkolacija itd.) pogosto uporabne le za ekstrakcijo določenih molekul, odvisno od molekulske mase, topnosti in občutljivosti na toploto, ekstrakcija z visoko zmogljivimi ultrazvočnimi aparati Hielscher omogoča vsestransko ekstrakcijo katere koli botanične spojine. Ultrazvočno podprto ekstrakcijo je mogoče zanesljivo uporabiti za ekstrakcijo ekstraktov širokega spektra, ki vsebujejo bioaktivne spojine, kot so polifenoli, alkaloidi, antrakinoni, flavonoidi, glikozidi, lipidi, pektin in polisaharidi.
Odlična energetska učinkovitost in prijaznost do okolja
Poraba energije ekstrakcije z ultrazvokom je daleč manjša od tradicionalnih metod pri ekstrakciji zdravilnih spojin iz rastlin.
Zanesljivost zaradi standardizacije procesov s Hielscher Ultrasonics
Hielscher ultrazvočni aparati omogočajo natančen nadzor nad vsemi ultrazvočnimi procesnimi parametri, kot so amplituda, intenzivnost, trajanje in temperatura. Procesne parametre je mogoče enostavno nadzorovati in nenehno spremljati. Poleg tega so vsi procesni parametri samodejno protokolirani kot datoteka CSV na vgrajeni kartici SD. To operaterju omogoča, da revidira ultrazvočne teke, optimizira postopek ekstrakcije in zagotovi dosledno kakovost ekstrakta. Hielscher ultrazvočni aparati omogočajo proizvajalcem proizvodnjo rastlinskih izvlečkov vrhunske kakovosti in olajšajo izpolnjevanje dobre proizvodne prakse (GMP).
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, disperzijo, emulgacijo in ekstrakcijo v laboratorijski, pilotni in industrijski ravni.
Literatura / Reference
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Kaj so alkaloidi?
Alkaloidi tvorijo razred naravno prisotnih dušikovih spojin z nizko molekulsko maso, ki jih pogosto najdemo kot sekundarne metabolite v rastlinskem kraljestvu. Alkaloid vsebuje vsaj en atom dušika. Alkaloidi so biokemično sintetizirani iz ene od naslednjih treh skupnih aminokislin – lizin, tirozin in triptofan.
V rastlinah alkaloidi na splošno obstajajo kot soli organskih kislin, kot so ocetna, jabolčna, mlečna, citronska, oksalna, vinska, taninska in druge kisline. Nekateri šibki osnovni alkaloidi (kot je nikotin) se v naravi prosto pojavljajo. Nekaj alkaloidov se pojavlja tudi kot glikozidi sladkorja, kot so glukoza, ramnoza in galaktoza, na primer alkaloidi skupine solanum (solanin), kot amidi (piperin) in kot estri (atropin, kokain) organskih kislin (prim. Ramawat et al., 2009).
Številni alkaloidi so bioaktivne spojine, ki kažejo zdravilne ali terapevtske učinke. Na primer, posebne vrste alkaloidov se uporabljajo za zdravljenje različnih bolezni, vključno z malarijo, diabetiki, posebnimi vrstami raka, srčno disfunkcijo, depresijo itd.
Ker mnogi alkaloidi kažejo močne bioaktivne lastnosti, je bila njihova uporaba kot farmacevtski izdelki, narkotiki, stimulansi in strupi sprejeta ali pa je predmet znanstvenih raziskav. Morfij, dobro znani alkaloid iz maka Papaver somniferum, se uporablja kot farmacevtsko zdravilo v današnji medicini. Kinin in kodein sta dve drugi vrsti alkaloidov, ki se uporabljata v medicinske namene. Pod zdravniškim nadzorom in v medicinsko predpisanih odmerkih so alkaloidi farmakološko koristni. Če pa se napačno uporabljajo, so lahko nekateri alkaloidi strupeni v velikih odmerkih. Alkaloid strihnin se na primer uporablja kot zelo učinkovit toksin, ki se uporablja kot pesticid proti majhnim vretencem.
Primeri nekaterih alkaloidov v rastlinah
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
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.