Екстракција алкалоида помоћу сонде-ултрасоникатора
Алкалоиди су биоактивна једињења која се могу ефикасно екстраховати из биљака помоћу ултразвука. Алкалоиди испољавају широк спектар биолошких ефеката и стога се користе као фармацеутски и терапеутски лекови. Ултразвучна екстракција је пожељна техника за производњу висококвалитетних алкалоидних екстраката из биљног материјала. Ултразвучна екстракција резултира веома високим приносима алкалоида, док је време екстракције кратко, а ултразвучна опрема је безбедна и лака за руковање.
Високо ефикасна екстракција алкалоида помоћу ултразвука
Како ултразвучна екстракција промовише изолацију алкалоида?
Ултразвучна екстракција користи ултразвучне таласе ниске фреквенције (нпр. фреквенција 20-26 кХз) и ултразвучни ефекат акустичне кавитације. Ултразвучни таласи високог интензитета стварају кавитационе мехуриће који колабирају, стварајући локално енергетски густе разлике притиска и температуре, као и снажне силе смицања, које перфорирају и разбијају зидове биљних ћелија и биљно ткиво. Проток течности настао кавитацијом промовише пренос масе између интрацелуларног матрикса и околног растварача тако да се алкалоиди ефикасно ослобађају. За ултразвучну екстракцију алкалоида, биљни материјал (нпр. млевено осушено лишће) се ставља у растварач, који је типично мешавина воде и органског растварача као што је водени етанол. Утврђено је да су поларни растварачи као што су метанол и етанол најефикаснији за високе приносе алкалоида. После кратког ултразвучног третмана каше – који се састоји од биљног материјала и растварача – алкалоиди се ослобађају из биљних ћелија и присутни су у растварачу, одакле се могу изоловати и пречистити (нпр. коришћењем ротора-испаривача).
Ултрасоникатор УП400Ст за екстракцију алкалоида из биљног материјала.
Главне предности ултразвучне екстракције алкалоида
Ултразвучна екстракција се сматра врхунском техником екстракције за изолацију алкалоида из биљних материјала јер нуди неколико предности, укључујући:
- Повећана ефикасност екстракције: Ултразвучна екстракција може повећати принос алкалоида за више од 200% у поређењу са традиционалним методама екстракције.
- Смањено време екстракције: Ултразвучна екстракција може значајно смањити време екстракције, омогућавајући бржу и ефикаснију обраду великих количина биљног материјала.
- Мања потрошња растварача: Ултразвучна екстракција може смањити количину растварача која је потребна за екстракцију, што резултира смањеном потрошњом растварача и смањеним утицајем на животну средину.
- Селективна екстракција: Ултразвучна екстракција се може користити за селективно издвајање одређених алкалоида избором одговарајућег растварача, параметара процеса и температуре екстракције. Како нежељена једињења остају, чистоћа финалног производа се побољшава.
- Лако се повећава: Ултразвучна екстракција се може лако повећати за руковање већим количинама биљног материјала, што га чини погодним за комерцијалну производњу. Ултразвучни процеси се могу линеарно скалирати, што олакшава имплементацију у индустријској скали.
Све у свему, ултразвучна екстракција нуди бржи, ефикаснији и еколошки прихватљивији приступ изоловању алкалоида из биљних материјала.
Ултразвучна екстракција алкалоида из листова киселог дрвета
Ноласцо-Гонзалез и др. (2022) су истраживали ефективност и ефикасност ултразвучне екстракције биоактивних једињења укључујући фенолна једињења, алкалоиде, ацетогенине (сви са високим антиоксидативним капацитетом) из листова биљне врсте Аннона мурицата (дрво киселе соје). За ултразвучну екстракцију користили су ултразвучни апарат типа сонде УП400С у следећим условима: 80% амплитуда, 0,7 с импулсни циклус, 4,54 мин. Укупни растворљиви феноли (ТСП) су екстраховани коришћењем 0,5 г праха осушених листова и 20 мЛ ацетон:вода (80:20 в/в). Екстракт ултразвучно произведен је садржао 178,48 мг/100 мЛ растворљивих фенола, 20,18 мг/100 мЛ укупних флавоноида, 27,81 мг/100 мЛ полифенола који се могу хидролизовати, 167,07 мг/100 мЛ танни концентрованих 100 мЛ укупно с анд 14,62 мг/100 мЛ укупних ацетогенина. Екстракт изолован ултразвучним апаратом типа сонде У400С (види слику лево) показао је висок антиоксидативни капацитет и већи садржај биоактивних једињења од ~6 до ~927 пута од декокције или инфузије, у зависности од врсте једињења. У узорцима су идентификована 24 различита фенолна једињења, а ултразвучно изоловани екстракт дао је највећу концентрацију.
[уп. Ноласцо-Гонзалез ет ал., 2022]
Антиоксидативни капацитет екстраката добијених оптималним условима ултразвучне екстракције (УАЕ), децокције и инфузије. Ултразвучни екстракти доследно показују значајно већи антиоксидативни капацитет.
(Студија и графика: ©Ноласцо-Гонзалез ет ал., 2022)
ХПЛЦ хроматограм фенолних једињења из ултразвучно изолованог екстракта листова Аннона мурицата помоћу ултразвучног апарата УП400С.
(1) шикимична киселина, (2) гална киселина, (3) протокатехуинска киселина, (4) неохлорогенска киселина,
(5) 3,4-дихидроксифенилсирћетна киселина, (6) 4-хидроксибензоева киселина, (7) хлорогена киселина, (8) 4-хидроксифенил сирћетна киселина, (9) ванилинска киселина, (10) сирингична киселина, (11) 3-хидроксибензоева киселина , (12) кафеинска киселина, (13) 4-хидроксибензалдехид, (14) хомованилна киселина, (15) 3-(4-хидроксифенил), (16) п-кумаринска киселина, (17) транс-ферулна киселина, (18) транс-циметна киселина, (19) галокатехин, (20) епигалокатехин, (21) катехин, (22) епикатехин, (23) рутин, (24) елагинска киселина.
(Студија и графика: ©Ноласцо-Гонзалез ет ал., 2022)
Лее ет ал. (2021) су имали сличне потврђене резултате јер наводе 2,3 пута више алкалоида из листова А. мурицата екстрахованих ултразвуком (340 В, 56°Ц, 30 мин) у поређењу са Сокхлет екстракцијом (7 х, 80°Ц).
Ултразвучни екстрактор УИП1000хдТ са мешалицом за екстракцију алкалоида у шаржном режиму.
Екстракција индол алкалоида из коре корена мимозе и ајахуаске помоћу ултразвучног апарата
Кора корена мимозе, као и листови ајахуаске, садрже алкалоид Н,Н-диметилтриптамин (ДМТ). Диметилтриптамин (ДМТ) се тренутно истражује у клиничким испитивањима због својих халуциногених ефеката и стога као потенцијални лек за лечење депресије и посттрауматских стресних поремећаја (ПТСП). Ултразвучна обрада ефикасно промовише ослобађање и изолацију алкалоида из корена Мимоса хостилис и листова Псицхотриа виридис (аиахуасца). Ултразвучна екстракција ДМТ-а даје високе приносе за врло кратко време. Компатибилни са скоро свим растварачима, ултрасоникатори типа Хиелсцхер сонде се користе за производњу биоактивних једињења фармацеутског квалитета за употребу у истраживачким и медицинским условима, као и за припрему узорака пре аналитичког квалитета и тестирања потенције. Стога, Хиелсцхер ултрасоницатори могу олакшати медицински ДМТ и ботаничка истраживања на бројне начине.
Најчешћи извор индол акалоида Н,Н-диметилтриптамина (ДМТ) у дрвету јурема, потиче из корена Мимоса хостилис (познатијег као јурема прета). Ајахуаска је традиционални назив за другу биљну врсту, у којој су листови жбуна Псицхотриа виридис богати ДМТ-ом.
И кора корена мимозе (такође мимоса тенуифлора, Мимоса Хостилис Роот Барк; скраћено МХРБ) и листови ајахуаске садрже различита биоактивна једињења, која се тренутно истражују у клиничким испитивањима у погледу њиховог потенцијала као терапеутског лека. Кора корена мимозе садржи танине, сапонине, триптамине, алкалоиде, липиде, фитоиндоле, ксилозу, фитостероле, глукозиде, рамнозу, арабинозу, метоксихалконе, лупеол и кукулканине. Ова биоактивна једињења могу се ефикасно екстраховати из коре корена коришћењем ултразвучних апарата типа сонде. Ултразвучна екстракција је супериорна техника за изоловање циљних супстанци као што су алкалоиди из ботаничког материјала као што су кора корена мимозе и листови ајахуаске. Соникација се истиче тако што даје високе приносе у врло кратком времену екстракције. Благи процесни услови обезбеђују највиши квалитет екстракта спречавајући нежељену деградацију активних молекула.
Подешавање екстракције за ботаничку изолацију: Ултрасоникатор типа сонде УП400СТ, Буцхи вакуум филтер и ротор-испаривач за екстракцију фитокемикалија као што су алкалоиди и феноли.
Ултразвучни екстрактор УИП2000хдТ са шаржом од нерђајућег челика за индустријску производњу алкалоидних екстраката.
Хиелсцхер Ултрасоницатори за ефикасну екстракцију алкалоида
Хиелсцхер Ултрасоницс дизајнира, производи и дистрибуира ултразвучне екстракторе високих перформанси, који се користе за научна истраживања, као и за производњу екстраката фармацеутског квалитета.
Супериорна ефикасност екстракције:Екстракција уз помоћ ултразвука је научно доказана техника са изузетно високом ефикасношћу у погледу екстракције биоактивних једињења из биљака. Док традиционалне методе често трају дуго (од неколико сати до дана), ултразвучна ботаничка екстракција траје само неколико минута.
Висок принос екстракције и врхунски квалитет екстракта са Хиелсцхер ултрасоникаторима
Екстракција вођена ултразвуком омогућава потпуно ослобађање биоактивних једињења из биљног материјала. Ултразвучна кавитација разбија ћелијски матрикс и ефикасно ослобађа биоактивне молекуле у околни растварач. Упоредне студије су показале да соникација даје веће приносе екстракта од других техника екстракције (нпр. Сокхлет, мацерација, децокција, инфузија). Ултразвучна екстракција је компатибилна са било којим растварачем и на тај начин омогућава употребу веома благог растварача као што је вода или водени етанол. У погледу специфичних захтева екстракције, могу се бирати поларни и неполарни растварачи и пребацивање између растварача није проблем. Прецизна контрола параметара процеса (нпр. амплитуда), употреба благих растварача и тачна контрола температуре спречавају деградацију и контаминацију биоактивних једињења (нпр. алкалоида, полифенола, флавоноида, канабиноида итд.) током ултразвучне екстракције.
Разноврсна примена Хиелсцхер ултрасоницатора
Док су алтернативне технике екстракције (нпр. суперкритични ЦО2, екстракција растварачем, перколација итд.) често применљиве само на екстракцију специфичних молекула у зависности од молекулске тежине, растворљивости и осетљивости на топлоту, екстракција са Хиелсцхер ултразвучним апаратима високих перформанси омогућава разноврсност. екстракција било ког ботаничког једињења. Екстракција уз помоћ ултразвука може се поуздано применити за екстракцију екстраката широког спектра који садрже биоактивна једињења као што су полифеноли, алкалоиди, антрахинони, флавоноиди, гликозиди, липиди, пектин и полисахариди.
Одлична енергетска ефикасност и еколошка прихватљивост
Потрошња енергије екстракције уз помоћ ултразвука је далеко мања од традиционалних метода екстракције лековитих једињења из биљака.
Поузданост због стандардизације процеса са Хиелсцхер Ултрасоницс
Хиелсцхер ултрасоникатори омогућавају прецизну контролу над свим параметрима ултразвучног процеса као што су амплитуда, интензитет, трајање и температура. Параметри процеса се могу лако контролисати и континуирано се прате. Поред тога, сви параметри процеса се аутоматски протоколирају као ЦСВ фајл на уграђеној СД картици. Ово омогућава оператеру да ревидира серије соникације, да оптимизује процес екстракције и да обезбеди доследан квалитет екстракта. Хиелсцхер ултрасоникатори омогућавају произвођачима да производе ботаничке екстракте врхунског квалитета и олакшавају испуњење добре производне праксе (ГМП).
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
| Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | УП100Х |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000хдТ |
| 15 до 150Л | 3 до 15 л/мин | УИП6000хдТ |
| на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
| на | већи | кластер оф УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси за апликације за мешање, дисперзију, емулзификацију и екстракцију у лабораторијским, пилотским и индустријским размерама.
Литература / Референце
- 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.
Чињенице које вреди знати
Шта су алкалоиди?
Алкалоиди чине класу природно присутних азотних једињења мале молекулске тежине која се често налазе као секундарни метаболити у биљном царству. Алкалоид садржи најмање један атом азота. Алкалоиди се биохемијски синтетишу из једне од следеће три уобичајене аминокиселине – лизин, тирозин и триптофан.
У биљкама, алкалоиди генерално постоје као соли органских киселина као што су сирћетна, јабучна, млечна, лимунска, оксална, винска, танинска и друге киселине. Неки слаби базични алкалоиди (као што је никотин) се слободно налазе у природи. Неколико алкалоида се такође јавља као гликозиди шећера као што су глукоза, рамноза и галактоза, на пример, алкалоиди групе соланума (соланин), као амиди (пиперин) и као естри (атропин, кокаин) органских киселина (упореди Рамават ет. ал., 2009).
Многи алкалоиди су биоактивна једињења која испољавају лековита или терапеутска дејства. На пример, специфичне врсте алкалоида се користе за лечење различитих болести укључујући маларију, дијабетичаре, специфичне типове рака, срчану дисфункцију, депресију итд.
Пошто многи алкалоиди показују јака биоактивна својства, њихова употреба као фармацеутски производи, наркотици, стимуланси и отрови је или усвојена или је под научним истраживањима. Морфијум, познати алкалоид из мака Папавер сомниферум, користи се као фармацеутски лек у данашњој медицини. Кинин и кодеин су два друга типа алкалоида који се користе у медицинске сврхе. Под медицинским надзором иу медицинским прописаним дозама, алкалоиди су фармаколошки корисни. Међутим, када се користе погрешно, неки алкалоиди могу бити токсични у високим дозама. Алкалоид стрихнин се на пример користи као веома ефикасан токсин који се користи као пестицид против малих пршљенова.
Примери неких алкалоида у биљкама
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
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лаб до индустријска величина.