Alkaloid extraktion med hjälp av en sond-ultraljud

Alkaloider är bioaktiva föreningar, som effektivt kan extraheras från växter med hjälp av ultraljud. Alkaloider uppvisar ett brett spektrum av biologiska effekter och används därför som läkemedel och terapi. Ultraljud extraktion är den föredragna tekniken för att producera högkvalitativa alkaloidextrakt från växtmaterial. Ultraljudsextraktion resulterar i mycket höga alkaloidutbyten, medan extraktionstiden är kort och ultraljudsutrustningen är säker och enkel att använda.

Högeffektiv alkaloidextraktion med hjälp av Power-Ultrasound

Hur främjar ultraljudsextraktion isoleringen av alkaloider?
Ultraljudsextraktion använder lågfrekventa ultraljudsvågor (t.ex. 20-26 kHz frekvens) och ultraljudets effekt av akustisk kavitation. Högintensiva ultraljudsvågor skapar kavitationsbubblor som kollapsar, vilket genererar lokalt energitäta tryck- och temperaturskillnader samt kraftfulla skjuvkrafter, som perforerar och bryter upp växtcellväggar och växtvävnad. Vätskeströmningen som genereras av kavitation främjar massöverföring mellan den intracellulära matrisen och det omgivande lösningsmedlet så att alkaloiderna frigörs effektivt. För ultraljud alkaloidextraktion placeras växtmaterialet (t.ex. malda torkade blad) i ett lösningsmedel, som vanligtvis är en blandning av vatten och ett organiskt lösningsmedel såsom vattenhaltig etanol. Polära lösningsmedel som metanol och etanol har visat sig vara mest effektiva för höga alkaloidutbyten. Efter en kort ultraljudsbehandling av slurryn – bestående av växtmaterial och lösningsmedel – Alkaloiderna frigörs från växtcellerna och finns i lösningsmedlet, varifrån de kan isoleras och renas (t.ex. med hjälp av en rotorförångare).

Huvudfördelarna med ultraljud alkaloidextraktion

Ultraljud extraktion anses vara en överlägsen extraktionsteknik för isolering av alkaloider från växtmaterial eftersom det ger flera fördelar, inklusive:

1. Ökad extraktionseffektivitet: Ultraljud extraktion kan öka utbytet av alkaloider med mer än 200% jämfört med traditionella extraktionsmetoder.
2. Minskad extraktionstid: Ultraljudsextraktion kan avsevärt minska extraktionstiden, vilket möjliggör snabbare och effektivare bearbetning av stora volymer växtmaterial.
3. Lägre förbrukning av lösningsmedel: Ultraljudsextraktion kan minska mängden lösningsmedel som krävs för extraktion, vilket resulterar i minskad lösningsmedelsförbrukning och minskad miljöpåverkan.
4. Selektiv extraktion: Ultraljudsextraktion kan användas för att selektivt extrahera vissa alkaloider genom att välja lämpligt lösningsmedel, processparametrar och extraktionstemperatur. Eftersom oönskade föreningar lämnas kvar förbättras slutproduktens renhet.
5. Lätt att skala upp: Ultraljudsextraktion kan enkelt skalas upp för att hantera större volymer växtmaterial, vilket gör det lämpligt för kommersiell produktion. Ultraljudsprocesser kan skalas linjärt, vilket underlättar implementeringen i industriell skala.

Sammantaget erbjuder ultraljudsextraktion ett snabbare, effektivare och mer miljövänligt tillvägagångssätt för att isolera alkaloider från växtmaterial.

Ultraljud alkaloid extraktion från bladen på Soursop Tree

Nolasco-González et al. (2022) undersökte effektiviteten och effektiviteten av ultraljudsextraktion av bioaktiva föreningar inklusive fenolföreningar, alkaloider, acetogeniner (alla med hög antioxidantkapacitet) från bladen på växtarten Annona muricata (soursop-träd). För ultraljudsextraktion använde de ultraljudsapparaten UP400S av sondtyp vid följande förhållanden: 80 % amplitud, 0,7 s pulscykel, i 4,54 min. Totalt lösliga fenoler (TSP) extraherades med 0,5 g pulver av torkade blad och 20 ml aceton: vatten (80:20 v/v). Det ultraljudsproducerade extraktet innehöll 178,48 mg/100 ml lösliga fenoler, 20,18 mg/100 ml totala flavonoider, 27,81 mg/100 ml hydrolyserbara polyfenoler, 167,07 mg/100 ml kondenserade tanniner, 30,44 mg/100 ml totala alkaloider och 14,62 mg/100 ml totala acetogeniner. Extraktet isolerat med U400S sond-typ ultraljud (se bild vänster) uppvisade en hög antioxidantkapacitet och ett högre innehåll av bioaktiva föreningar från ~ 6 till ~ 927-gånger än avkok eller infusion, beroende på typ av förening. Tjugofyra olika fenolföreningar identifierades i proverna, och det ultraljudsisolerade extraktet gav den högsta koncentrationen.
[jfr Nolasco-González et al., 2022]

Antioxidantkapacitet hos extrakt erhållna genom optimala förhållanden för ultraljudsassisterad extraktion (UAE), avkok och infusion. Ultraljudsextrakt visar konsekvent betydligt högre antioxidantkapacitet.
(Studie och grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

HPLC-kromatogram av fenolföreningar från ultraljudsisolerat extrakt av Annona muricata löv med hjälp av ultraljudsapparaten UP400S.
(1) shikiminsyra, (2) gallussyra, (3) protokatekuinsyra, (4) neoklorogensyra,
(5) 3,4-dihydroxifenylättikum, (6) 4-hydroxibensoesyra, (7) klorogensyra, (8) 4-hydroxifenylättiksyra, (9) vanillinsyra, (10) syringinsyra, (11) 3-hydroxibensoesyra, (12) koffeinsyra, (13) 4-hydroxibensaldehyd, (14) homovanillinsyra, (15) 3-(4-hydroxifenyl), (16) p-kumarsyra, (17) transferulinsyra, (18) transkanelsyra, (19) gallokatekin, (20) epigallokatekin, (21) katekin,(22) epikatekin, (23) rutin, (24) Ellaginsyra.
(Studie och grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) hade liknande bekräftade resultat eftersom de rapporterar 2,3 gånger fler alkaloider från A. muricata-blad extraherade under ultraljud (340 W, 56◦C, 30 min) jämfört med Soxhlet-extraktion (7 timmar, 80◦C).

Indol Alkaloid Extraktion från Mimosa Root Bark och Ayahuasca med hjälp av en ultraljudsapparat

Mimosarots bark samt ayahuasca-blad innehåller alkaloiden N,N-dimetyltryptamin (DMT). Dimetyltryptamin (DMT) undersöks för närvarande i kliniska prövningar för sina hallucinogena effekter och är därför ett potentiellt läkemedel för att behandla depression och posttraumatiskt stressyndrom (PTSD). Ultraljud främjar effektivt frisättning och isolering av alkaloiden från Mimosa hostilis rötter och Psychotria viridis blad (ayahuasca). Ultraljud DMT extraktion ger höga utbyten inom mycket kort tid. Kompatibel med nästan alla lösningsmedel, Hielscher sond-typ ultraljudsapparater används för produktion av bioaktiva föreningar av farmaceutisk kvalitet för användning under forskning och medicinska miljöer samt för provförberedelse före analytisk kvalitet och potenstestning. Därför kan Hielscher ultraljudsapparater underlätta medicinsk DMT och botanisk forskning på många sätt.
Den vanligaste källan till indolakaloiden N,N-dimetyltryptamin (DMT) i jurematräd, den kommer från Mimosa hostilis-rötter (allmänt känd som jurema preta). Ayahuasca är det traditionella namnet på en annan växtart, där bladen på busken Psychotria viridis är rika på DMT.
Både mimosarotbark (även mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; förkortat MHRB) och ayahuasca-blad innehåller olika bioaktiva föreningar, som för närvarande undersöks i kliniska prövningar med avseende på deras potential som terapeutiskt läkemedel. Mimosarotbark innehåller tanniner, saponiner, tryptaminer, alkaloider, lipider, fytoindoler, xylos, fytosteroler, glukosider, ramnos, arabinos, metoxichalkoner, lupeol och kukulkaniner. Dessa bioaktiva föreningar kan effektivt extraheras från rotbarken med hjälp av ultraljudsapparater av sondtyp. Ultraljud extraktion är den överlägsna tekniken för att isolera målämnen såsom alkaloider från botaniskt material som mimosa rotbark och ayahuasca-blad. Ultraljudsbehandling utmärker sig genom att ge höga utbyten inom en mycket kort extraktionstid. Milda processförhållanden säkerställer högsta extraktkvalitet och förhindrar oönskad nedbrytning av de aktiva molekylerna.

Extraktionsinställning för botanisk isolering: Ultraljud av sondtyp UP400ST, Büchi vakuumfilter och rotorförångare för extraktion av fytokemikalier som alkaloider och fenoler.

Hielscher ultraljudsapparater för effektiv alkaloidextraktion

Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljudsextraktorer, som används för vetenskaplig forskning samt produktion av farmaceutiska extrakt.
Överlägsen utvinningseffektivitet: Ultraljudsassisterad extraktion är en vetenskapligt bevisad teknik med en extraordinärt hög effektivitet när det gäller extraktion av bioaktiva föreningar från växter. Medan traditionella metoder ofta tar lång tid (flera timmar upp till dagar), tar ultraljud botanisk extraktion bara några minuter.

Hög extraktionsutbyte och överlägsen extraktkvalitet med Hielscher ultraljudsapparater

Ultraljudsdriven extraktion möjliggör fullständig frisättning av bioaktiva föreningar från växtmaterialet. Ultraljudskavitation bryter den cellulära matrisen och släpper ut de bioaktiva molekylerna effektivt i det omgivande lösningsmedlet. Jämförande studier visade att ultraljudsbehandling ger högre extrakt utbyten än andra extraktionstekniker (t.ex. Soxhlet, maceration, avkok, infusion). Ultraljudsextraktion är kompatibel med alla lösningsmedel och möjliggör därmed också användning av mycket milt lösningsmedel som vatten eller vattenhaltig etanol. När det gäller specifika extraktionskrav kan polära och opolära lösningsmedel väljas och det är inga problem att växla mellan lösningsmedel. Exakt kontroll över processparametrar (t.ex. amplitud), användning av milda lösningsmedel och exakt temperaturkontroll förhindrar nedbrytning och kontaminering av bioaktiva föreningar (t.ex. alkaloider, polyfenoler, flavonoider, cannabinoider etc.) under ultraljudsextraktion.

Mångsidig tillämpning av Hielscher ultraljudsapparater

Medan alternativa extraktionstekniker (t.ex. superkritisk CO2, lösningsmedelsextraktion, perkolation etc.) ofta endast är tillämpliga på extraktion av specifika molekyler beroende på molekylvikt, löslighet och värmekänslighet, möjliggör extraktion med Hielscher högpresterande ultraljudsapparater mångsidig extraktion av alla botaniska föreningar. Ultraljudsassisterad extraktion kan på ett tillförlitligt sätt användas för extraktion av bredspektrumextrakt som innehåller bioaktiva föreningar som polyfenoler, alkaloider, antrakinoner, flavonoider, glykosider, lipider, pektin och polysackarider.

Utmärkt energieffektivitet och miljövänlighet

Energiförbrukningen för ultraljudsassisterad extraktion är betydligt mindre än de traditionella metoderna för extraktion av medicinska föreningar från växter.

Tillförlitlighet på grund av processstandardisering med Hielscher Ultrasonics

Hielscher ultraljudsapparater möjliggör exakt kontroll över alla ultraljudsprocessparametrar såsom amplitud, intensitet, varaktighet och temperatur. Processparametrarna kan enkelt styras och övervakas kontinuerligt. Dessutom protokollförs alla processparametrar automatiskt som CSV-fil på ett inbyggt SD-kort. Detta gör det möjligt för operatören att revidera ultraljudsbehandling körningar, för att optimera extraktionsprocessen och för att säkerställa konsekvent extraktkvalitet. Hielscher ultraljudsapparater gör det möjligt för tillverkare att producera botaniska extrakt av överlägsen kvalitet och underlätta uppfyllandet av Good Manufacturing Practice (GMP).

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: