Zelo učinkovita ekstrakcija artemisinina s sonikacijo

Artemisinin je mogoče učinkovito ekstrahirati z visokozmogljivo sonikacijo. Ultrazvočna ekstrakcija omogoča zelo visoke izkoristke artemisinina z uporabo blagih topil. Postopek ekstrakcije z uporabo ultrazvoka se drastično pospeši. Pogoje obdelave v ultrazvočnih ekstraktorjih je mogoče natančno nadzorovati, kar omogoča preprečevanje razgradnje na toploto občutljive biomolekule artemisinina.

Ekstrakcija artemisinina

Artemisinin je bioaktivna molekula, prisotna v trihomskih žlezah rastline Artemisia annua, ki se uporablja kot zdravilo proti malariji in kaže velik potencial kot zdravilo za zdravljenje več drugih bolezni, vključno z rakom in SARS-CoV-2. Tradicionalna metoda ekstrakcije vključuje strupena topila in je drag, neoptimalen postopek. Za proizvodnjo artemisinina v velikem obsegu v okoljsko in ekonomsko ugodnih razmerah je potrebna učinkovita in okolju prijazna tehnika ekstrakcije. Ultrazvočna ekstrakcija je široko uveljavljena metoda ekstrakcije, ki se lahko uporablja v kombinaciji z vodo ali etanolom kot nestrupenima topiloma. Za ultrazvočno ekstrakcijo je že dokazano, da omogoča visoke izkoristke artemisinina, zato je mogoče proizvodnjo artemisinina hitro povečati na velike količine. Oprema za ultrazvočno ekstrakcijo za šaržno obdelavo in obdelavo v pretočni liniji na industrijski ravni je zlahka dostopna.

Ultrazvočna ekstrakcija artemisinina iz rastline Artemisia annua

Uporaba ultrazvoka visoke moči za ekstrakcijo presega druge metode ekstrakcije pri različnih ključnih dejavnikih, vključno z izkoristkom, časom ekstrakcije, prijaznostjo do okolja in stroškovno učinkovitostjo.

Slabosti tradicionalne ekstrakcije artemisinina

Tradicionalne metode ekstrakcije artemisinina so časovno potratne, lahko zaradi uporabljenih visokih temperatur poškodujejo bioaktivne molekule artemisinina in imajo velik vpliv na okolje zaradi organskih topil, ki se uporabljajo pri visokih temperaturah. Poleg tega je v nadaljnjem postopku potrebno obsežno čiščenje za odstranitev nečistoč iz surovega ekstrakta.

Prednosti ultrazvočne ekstrakcije artemisinina

Uporaba ultrazvoka visoke moči za ekstrakcijo ima več pozitivnih učinkov, ki intenzivirajo postopek ekstrakcije: visokozmogljivi ultrazvok ustvarja akustično kavitacijo. Ta akustična kavitacija spodbuja ekstrakcijo iz rastlin z razgradnjo celic, tako da se ujete biomolekule sprostijo iz celičnega matriksa rastline. Poleg tega kavitacijske sile intenzivirajo prenos snovi in učinkovito prenašajo biomolekule, kot je artemisinin, v okoliško topilo. Načelo delovanja ultrazvočne ekstrakcije je mogoče pripisati povsem mehanskim silam kavitacije. To pomeni, da je sonikacija netermična, nekemična tehnika ekstrakcije. Ker gre za netermično tehniko ekstrakcije, je ultrazvočna ekstrakcija še posebej ugodna, saj je artemisinin toplotno občutljiva spojina, kar pomeni, da višje temperature (npr. 70°C) povzročijo njegovo razgradnjo. Zato rastline Artemisia annua L. ni bilo mogoče kuhati v vroči vodi za pridobivanje artemisinina.

Okolju prijazna topila za ultrazvočno ekstrakcijo artemisinina

Klasična ekstrakcijska topila, ki se uporabljajo za proizvodnjo artemisinina, vključujejo heksan, petroleter ali diklorometan. Ekstrakcija z ultrazvokom je združljiva s katerim koli topilom, vključno z blagimi, okolju prijaznimi topili, kot sta etanol ali voda. Ultrazvočna ekstrakcija artemisinina z etanolom je enako učinkovita kot ekstrakcija z agresivnimi topili. Ker je artemisinin slabo topen v vodi, je mogoče za izboljšanje ultrazvočne ekstrakcije artemisinina s hladno vodo uporabiti ciklodekstrine.

Zakaj je ultrazvočna ekstrakcija artemisinina tako učinkovita?

Za razumevanje prednosti ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka je treba razumeti načelo delovanja ultrazvoka visoke moči. Mehanizem intenziviranja ekstrakcije z ultrazvokom visoke moči se pripisuje predvsem pojavu akustične kavitacije. Ultrazvočna kavitacija povzroča trke med delci rastlinske biomase (kot so listi rastline Artemisia annua L.), kar povzroči drobljenje zaradi trkov med delci in zmanjšanje velikosti delcev. Ko kavitacijski mehurčki implodirajo na površini trdnih rastlinskih delcev, erozija in sonoporacija dodatno povečata površino delcev. Tako intenziviran prenos snovi olajša sproščanje molekul, kot so beljakovine, lipidi, sladkorji, vitamini, antioksidanti, fitokemikalije (npr. artemisinin) in prehranske vlaknine. Ultrazvočno ustvarjene strižne sile izboljšajo prodiranje topila v celični matriks rastlinskega materiala oziroma izboljšajo prepustnost celičnih membran. Ti mehanizmi ultrazvoka visoke moči so odgovorni za znatno intenziviranje postopka, doseženo pri uporabi sonikacije za ekstrakcijo iz rastlin.

Valovi ultrazvoka visoke moči razgradijo celično strukturo rastlin, sprostijo bioaktivne spojine in spodbujajo prenos snovi med rastlinskim materialom in topilom (npr. etanolom).

Raziskovalno potrjeni rezultati ultrazvočne ekstrakcije artemisinina

Za raziskovanje učinkovitosti in praktične izvedljivosti ultrazvočne ekstrakcije artemisinina iz listov rastline Artemisia annua je bilo izvedenih več znanstvenih študij.

Briars in Paniwnyk sta pokazali, »da ultrazvok pri nizkih temperaturah poveča izkoristek artemisinina, ekstrahiranega iz A. annua, za približno 58%, ekstrakti pa so videti čistejši v primerjavi z običajnim namakanjem; zato ima uporaba ultrazvoka med ekstrakcijo potencial za proizvodnjo cenejših zdravil na osnovi artemisinina.« (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang in sod. (2017) so raziskovali ultrazvočno ekstrakcijo artemisinina z uporabo metil etra propilenglikola (PGME) kot topila. Ultrazvočno proizvedeni ekstrakt artemisinina so analizirali s tekočinsko kromatografijo ultra visoke zmogljivosti (UPLC). Rezultati analize so poudarili kakovost ekstrakta. Zaradi dobre ponovljivosti postopka in stabilnosti ekstrahiranega artemisinina ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka, pri kateri se kot topilo uporablja okolju prijazen in učinkovit monoeter metil eter propilenglikola (PGME), kaže velike obete za ekstrakcijo in ločevanje bioaktivnih molekul iz rastlin. Ultrazvočna ekstrakcija z uporabo metil etra propilenglikola (PGME) kot topila je omogočila visoko skupno učinkovitost ekstrakcije in visoke izkoristke artemisinina. (prim. Zhang et al., 2017)

V drugi študiji Zhang in sod. (2020) predstavljajo ultrazvočno ekstrakcijo artemisinina z uporabo hidroksipropil-β-ciklodekstrina. Dodatek ciklodekstrina izboljša sproščanje v vodi slabo topne spojine artemisinina in omogoča uporabo vode kot topila z dobrimi izkoristki ekstrakcije. Ultrazvočna ekstrakcija v kombinaciji s ciklodekstrinom je povečala količino artemisinina na 8,66 mg/g, kar je znatno več od ustrezne količine 1,70 mg/g, pridobljene v vodi.

Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji za proizvodnjo artemisinina

Visokozmogljivi sistemi za ultrazvočno ekstrakcijo podjetja Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo pri raziskavah in razvoju ter v proizvodnji majhnega, srednjega in polnega komercialnega obsega v različnih panogah, kot so proizvodnja živil, prehranskih dopolnil in farmacevtskih izdelkov. Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji intenzivirajo postopek ekstrakcije in povečajo izkoristek ter s tem izboljšajo skupno učinkovitost proizvodnje visokokakovostnih ekstraktov. Hielscher Ultrasonics ponuja opremo za ekstrakcijo za katero koli prostornino / zmogljivost procesa. Z več kot 25 leti izkušenj na področju ekstrakcije iz rastlin je Hielscher Ultrasonics vaš zaupanja vreden partner za visokozmogljivo ultrazvočno ekstrakcijo iz rastline Artemisia annua!

Visokozmogljive, najsodobnejše ultrazvočne naprave

Pametne funkcije ultrazvočnih naprav Hielscher so zasnovane tako, da zagotavljajo zanesljivo delovanje, ponovljive rezultate in prijaznost do uporabnika. Do nastavitev delovanja je mogoče preprosto dostopati in jih izbirati prek intuitivnega menija, ki je dostopen prek digitalnega barvnega zaslona na dotik in daljinskega upravljanja prek brskalnika. Zato se vsi pogoji obdelave, kot so neto energija, skupna energija, amplituda, čas, tlak in temperatura, samodejno beležijo na vgrajeno kartico SD. To vam omogoča pregledovanje in primerjavo predhodnih ciklov sonikacije ter optimizacijo postopka ekstrakcije artemisinina za najvišjo učinkovitost.
Sistemi Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo za proizvodnjo visokokakovostnih rastlinskih ekstraktov. Industrijske ultrazvočne naprave Hielscher lahko brez težav delujejo pri visokih amplitudah v neprekinjenem obratovanju (24/7/365). S standardnimi sonotrodami (ultrazvočnimi sondami / rogovi) je mogoče brez težav neprekinjeno ustvarjati amplitude do 200µm. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Zaradi svoje robustnosti in majhnih potreb po vzdrževanju se naši sistemi za ultrazvočno ekstrakcijo pogosto nameščajo za zahtevne aplikacije in v zahtevnih okoljih.

Stopite v stik z nami zdaj, da izveste več o ultrazvočni ekstrakciji artemisinina iz rastline Artemisia annua. Z veseljem vam bomo poslali informacije o naših sistemih za ultrazvočno ekstrakcijo in cenah! Naše zelo izkušeno osebje se bo z veseljem z vami pogovorilo o vaši aplikaciji in zahtevah glede obdelave!
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: