Високоефикасна екстракција артемизинина соникацијом
Артемизинин се може ефикасно екстраховати соникацијом високих перформанси. Ултразвучна екстракција даје веома високе приносе артемизинина уз употребу благих растварача. Процес екстракције применом ултразвука драстично се убрзава. Услови обраде у ултразвучним екстракторима могу се прецизно контролисати, што омогућава спречавање разградње биомолекула артемизинина осетљивог на топлоту.
Екстракција артемизинина
Артемизинин је биоактивни молекул присутан у жлездама трихома биљке Artemisia annua, који се користи као лек против маларије и показује велики потенцијал као лек за лечење више других болести, укључујући рак и SARS-CoV-2. Традиционална метода екстракције подразумева употребу токсичних растварача и представља скуп, недовољно оптималан процес. За производњу артемизинина у великом обиму под еколошки и економски повољним условима потребна је ефикасна и еколошки прихватљива техника екстракције. Ултразвучна екстракција је широко прихваћена метода екстракције која се може користити у комбинацији са водом или етанолом као нетоксичним растварачима. Већ је доказано да ултразвучна екстракција даје високе приносе артемизинина, тако да се производња артемизинина може брзо повећати до великих количина. Опрема за ултразвучну екстракцију за шаржну и проточну обраду у индустријским размерама лако је доступна.
Ултразвучни екстрактор UIP2000hdT за индустријску шаржну екстракцију артемизинина из листова биљке Artemisia annua.
Ултразвучна екстракција артемизинина из биљке Artemisia annua
Примена ултразвука велике снаге за екстракцију надмашује друге методе екстракције у различитим кључним аспектима, укључујући принос, време екстракције, еколошку прихватљивост и економичност.
Недостаци традиционалне екстракције артемизинина
Традиционалне методе екстракције артемизинина захтевају много времена, могу оштетити биоактивне молекуле артемизинина услед примене високих температура и имају велики утицај на животну средину због органских растварача који се користе на високим температурама. Поред тога, у наредним фазама процеса неопходно је опсежно пречишћавање ради уклањања нечистоћа из сировог екстракта.
Предности ултразвучне екстракције артемизинина
Примена ултразвука велике снаге за екстракцију има неколико позитивних ефеката који интензивирају процес екстракције: ултразвук високих перформанси ствара акустичну кавитацију. Ова акустична кавитација поспешује екстракцију из биљног материјала разарањем ћелија, тако да се заробљени биомолекули ослобађају из ћелијског матрикса биљке. Поред тога, кавитационе силе интензивирају пренос масе, ефикасно преносећи биомолекуле као што је артемизинин у околни растварач. Принцип рада ултразвучне екстракције може се приписати искључиво механичким силама кавитације. То значи да је соникација нетермичка, нехемијска техника екстракције. Као нетермичка техника екстракције, ултразвучна екстракција је посебно повољна јер је артемизинин термички осетљиво једињење, што значи да ће више температуре (нпр. 70°C) изазвати његово разлагање. Сходно томе, Artemisia annua L. не би могла да се кува у врелој води ради добијања артемизинина.
- Виши приноси
- Врхунски квалитет
- Брза екстракција
- Изаберите растварач који вам највише одговара
- Без термичке разградње
- Делује са свежим и осушеним листовима
- Услови који се могу прецизно контролисати
- Економичност
Еколошки прихватљиви растварачи за ултразвучну екстракцију артемизинина
Класични растварачи за екстракцију који се користе у производњи артемизинина укључују хексан, петролетар или дихлорметан. Екстракција помоћу ултразвука компатибилна је са било којим растварачем, укључујући благе, еколошки прихватљиве раствараче као што су етанол или вода. Ултразвучна екстракција артемизинина етанолом подједнако је ефикасна као екстракција агресивним растварачима. Пошто се артемизинин слабо раствара у води, циклодекстрини се могу користити за побољшање ултразвучне екстракције артемизинина хладном водом.
Шта чини ултразвучну екстракцију артемизинина тако ефикасном?
Да би се разумеле предности екстракције потпомогнуте ултразвуком, потребно је разумети принцип рада ултразвука велике снаге. Механизам којим ултразвук велике снаге интензивира екстракцију углавном се приписује појави акустичне кавитације. Ултразвучна кавитација изазива сударе између честица биљне биомасе (као што су листови Artemisia annua L.), што доводи до уситњавања честица услед међусобних судара и смањења њихове величине. Када кавитациони мехурићи колабирају на површини чврстих биљних честица, ерозија и сонопорација додатно повећавају површину честица. Тиме појачан пренос масе олакшава ослобађање молекула као што су протеини, липиди, шећери, витамини, антиоксиданси, фитохемикалије (нпр. артемисинин) и дијетална влакна. Силе смицања настале дејством ултразвука побољшавају продирање растварача у ћелијски матрикс биљног материјала, односно повећавају пропустљивост ћелијских мембрана. Ови механизми ултразвука велике снаге одговорни су за значајно интензивирање процеса које се постиже применом соникације за екстракцију из биљног материјала.
Ултразвучни таласи велике снаге разарају ћелијску структуру биљног материјала, ослобађају биоактивна једињења и подстичу пренос масе између биљног материјала и растварача (нпр. етанола).
Ултразвучни уређај UP400St (400 вати) за шаржну екстракцију артемисинина.
Истраживањима потврђени резултати ултразвучне екстракције артемисинина
Спроведено је више научних студија ради испитивања ефикасности и практичне применљивости ултразвучне екстракције артемисинина из листова Artemisia annua.
Briars и Paniwnyk показале су „да ултразвук на ниским температурама повећава принос артемисинина екстрахованог из A. annua за око 58%, а екстракти делују чистије у поређењу са конвенционалним потапањем; стога примена ултразвука током екстракције има потенцијал да омогући производњу јефтинијих терапијских средстава на бази артемисинина.“ (Briars and Paniwnyk, 2013)
Zhang и сарадници (2017) испитивали су ултразвучну екстракцију артемисинина користећи метил-етар пропилен-гликола (PGME) као растварач. Екстракт артемисинина добијен ултразвуком анализиран је течном хроматографијом ултрависоких перформанси (UPLC). Резултати анализе потврдили су квалитет екстракта. Због добре поновљивости процеса и стабилности екстрахованог артемисинина, екстракција потпомогнута ултразвуком уз употребу еколошки прихватљивог и ефикасног моноетра, метил-етра пропилен-гликола (PGME), као растварача показује велике изгледе за екстракцију и издвајање биоактивних молекула из биљног материјала. Ултразвучна екстракција уз употребу метил-етра пропилен-гликола (PGME) као растварача дала је високу укупну ефикасност екстракције и високе приносе артемисинина. (уп. Zhang et al., 2017)
У другој студији, Zhang и сарадници (2020) представљају ултразвучну екстракцију артемисинина уз употребу хидроксипропил-β-циклодекстрина. Додавање циклодекстрина побољшава ослобађање артемисинина, једињења слабо растворљивог у води, и омогућава употребу воде као растварача уз добре приносе екстракције. Ултразвучна екстракција у комбинацији са циклодекстрином повећала је количину артемисинина на 8,66 mg/g, што је знатно више од одговарајуће количине од 1,70 mg/g добијене у води.
Ултразвучни екстрактори високих перформанси за производњу артемисинина
Ултразвучни системи за екстракцију високих перформанси компаније Hielscher Ultrasonics користе се широм света у истраживању и развоју, као и у производњи малог, средњег и пуног комерцијалног обима, у различитим индустријама, попут производње хране, додатака исхрани и фармацеутских производа. Ултразвучни екстрактори високих перформанси интензивирају процес екстракције и повећавају принос, чиме побољшавају укупну ефикасност производње висококвалитетних екстраката. Hielscher Ultrasonics нуди опрему за екстракцију за било коју запремину / капацитет процеса. Са више од 25 година искуства у екстракцији из биљног материјала, Hielscher Ultrasonics је ваш поуздани партнер за ултразвучну екстракцију високих перформанси из биљке Artemisia annua!
Високоефикасни ултразвучни уређаји најсавременије технологије
Паметне функције ултразвучних уређаја Hielscher осмишљене су да гарантују поуздан рад, поновљиве резултате и једноставну употребу. Радним подешавањима лако се приступа и она се лако бирају преко интуитивног менија, којем се може приступити преко дигиталног екрана у боји осетљивог на додир и даљинским управљањем преко прегледача. Стога се сви услови обраде, као што су нето енергија, укупна енергија, амплитуда, време, притисак и температура, аутоматски бележе на уграђеној SD картици. То вам омогућава да прегледате и упоредите претходне циклусе соникације и оптимизујете процес екстракције артемисинина ради постизања највише ефикасности.
Системи Hielscher Ultrasonics користе се широм света за производњу висококвалитетних биљних екстраката. Индустријски ултразвучни уређаји Hielscher могу лако да раде при високим амплитудама у непрекидном раду (24/7/365). Амплитуде до 200µm могу се лако и непрекидно генерисати стандардним сонотродама (ултразвучним сондама / роговима). За још више амплитуде доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде. Због своје робусности и малих захтева за одржавањем, наши системи за ултразвучну екстракцију често се уграђују за примене у тешким условима рада и у захтевним окружењима.
Контактирајте нас сада да бисте сазнали више о ултразвучној екстракцији артемисинина из биљке Artemisia annua. Радо ћемо вам послати информације о нашим системима за ултразвучну екстракцију и ценама! Наше веома искусно особље радо ће са вама разговарати о вашој примени и захтевима за обраду!
Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:
| Запремина шарже | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Hielscher Ultrasonics производи високоефикасне ултразвучне хомогенизаторе за мешање, дисперговање, емулговање и екстракцију у лабораторијским, пилотским и индустријским размерама.
Литература / Референце
- 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.
Шта је артемисинин и за шта се користи?
Артемисинин је једињење добијено из биљке Artemisia annua, општепознате као слатки пелин. Првенствено је познат по својим антималаријским својствима и користи се у лечењу маларије. Артемисинин и његови деривати показали су високу ефикасност против сојева маларије отпорних на лекове, што их чини кључним у борби против ове болести.
У погледу индустријске употребе, артемисинин је занимљив за различите потенцијалне примене изван медицине. Показао је обећавајуће резултате у различитим областима, попут пољопривреде, где може деловати као природни хербицид и пестицид. Поред тога, спроводе се истраживања његове потенцијалне употребе у лечењу рака. Ове примене се научно проучавају и испитују у пилотским размерама ради увођења у различите индустријске области.
Hielscher Ultrasonics производи високоефикасне ултразвучне хомогенизаторе од лабораторијских до индустријских размера.