Alkaloidextraktion med högt utbyte med ultraljudssonder

Extrahera alkaloider ur växtmaterial snabbare, mer fullständigt och med exakt processtyrning. Hielschers ultraljudsapparater med sond använder akustisk kavitation för att öppna växtceller och intensifiera massöverföringen, vilket hjälper dig att uppnå höga alkaloidutbyten på minuter i stället för timmar.
Oavsett om du bearbetar blad, rötter, bark, frön eller annat växtmaterial stöder Hielschers ultraljudsextraktorer reproducerbar extraktion från laboratorietester till pilotsatser och industriell inlineproduktion.

Varför välja ultraljudsextraktion av alkaloider?

• Högre extraktionsutbyten genom effektiv cellsönderdelning och förbättrad inträngning av lösningsmedel
• Kortare bearbetningstider jämfört med maceration, dekoktion, infusion eller Soxhlet-extraktion
• Lägre lösningsmedelsförbrukning med vatten, etanol i vattenlösning, metanol eller andra lämpliga lösningsmedel
• Kontrollerad extraktkvalitet genom justerbar amplitud, temperatur, tid och intensitet
• Enkel uppskalning från små prover till kontinuerlig industriell extraktion
• Tillförlitlig dokumentation med automatisk registrering av processdata för repeterbarhet och kvalitetssäkring

Högeffektiv alkaloidextraktion med effektultraljud

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

De främsta fördelarna med ultraljudsextraktion av alkaloider

Ultraljudsextraktion anses vara en överlägsen extraktionsteknik för isolering av alkaloider ur växtmaterial eftersom den erbjuder flera fördelar, däribland:

1. Ökad extraktionseffektivitet: Ultraljudsextraktion kan öka alkaloidutbytet med mer än 200% jämfört med traditionella extraktionsmetoder.
2. Kortare extraktionstid: Ultraljudsextraktion kan förkorta extraktionstiden avsevärt, vilket möjliggör snabbare och effektivare bearbetning av stora volymer växtmaterial.
3. Lägre lösningsmedelsförbrukning: Ultraljudsextraktion kan minska den mängd lösningsmedel som krävs för extraktion, vilket ger lägre lösningsmedelsförbrukning och minskad miljöpåverkan.
4. Selektiv extraktion: Ultraljudsextraktion kan användas för att selektivt extrahera vissa alkaloider genom val av lämpligt lösningsmedel, lämpliga processparametrar och lämplig extraktionstemperatur. Eftersom oönskade föreningar lämnas kvar förbättras slutproduktens renhet.
5. Enkel uppskalning: Ultraljudsextraktion kan enkelt skalas upp för att hantera större volymer växtmaterial, vilket gör den lämplig för kommersiell produktion. Ultraljudsprocesser kan skalas linjärt, vilket underlättar implementering i industriell skala.

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

Ultraljudsextraktion av alkaloider från graviolaträdets blad

Nolasco-González et al. (2022) undersökte effektiviteten hos ultraljudsextraktion av bioaktiva föreningar, inklusive fenoliska föreningar, alkaloider och acetogeniner (samtliga med hög antioxidantkapacitet), från blad av växtarten Annona muricata (graviolaträd). För ultraljudsextraktionen använde de ultraljudsapparaten UP400S av sondtyp under följande förhållanden: 80% amplitud, 0,7 s pulscykel, i 4,54 min. Totala lösliga fenoler (TSP) extraherades med 0,5 g pulver av torkade blad och 20 mL aceton: vatten (80:20 v/v). Det ultraljudsframställda 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 som isolerades med ultraljudsapparaten U400S av sondtyp (se bilden till vänster) uppvisade hög antioxidantkapacitet och en ~6 till ~927 gånger högre halt av bioaktiva föreningar än vid dekoktion eller infusion, beroende på typen av förening. Tjugofyra olika fenoliska föreningar identifierades i proverna, och det ultraljudsisolerade extraktet gav den högsta koncentrationen.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]

Antioxidantkapacitet hos extrakt framställda under optimala förhållanden för ultraljudsassisterad extraktion (UAE), dekoktion och infusion. Ultraljudsextrakt uppvisar genomgående signifikant högre antioxidantkapacitet.
(Studie och grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

HPLC-kromatogram av fenoliska föreningar från extrakt av Annona muricata-blad isolerat med ultraljudsapparaten UP400S.
(1) shikimisyra, (2) gallussyra, (3) protokatekusyra, (4) neoklorogensyra,
(5) 3,4-dihydroxifenylättik, (6) 4-hydroxibensoesyra, (7) klorogensyra, (8) 4-hydroxifenylättik, (9) vanillinsyra, (10) syringasyra, (11) 3-hydroxibensoesyra, (12) koffeinsyra, (13) 4-hydroxibensaldehyd, (14) homovanillinsyra, (15) 3-(4-hydroxifenyl), (16) p-kumarsyra, (17) trans-ferulasyra, (18) trans-kanelsyra, (19) gallokatekin, (20) epigallokatekin, (21) katekin,(22) epikatekin, (23) rutin, (24) ellagsyra.
(Studie och grafik: ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) bekräftade liknande resultat och rapporterar att 2,3 gånger så mycket alkaloider extraherades från A. muricata-blad med ultraljudsbehandling (340 W, 56◦C, 30 min) jämfört med Soxhlet-extraktion (7 h, 80◦C).

Extraktion av indolalkaloider från mimosarotbark och ayahuasca med en ultraljudsapparat

Rotbark från mimosa liksom ayahuascablad innehåller alkaloiden N,N-dimetyltryptamin (DMT). Dimetyltryptamin (DMT) undersöks för närvarande i kliniska prövningar för sina hallucinogena effekter och därmed som ett potentiellt läkemedel för behandling av depression och posttraumatiskt stressyndrom (PTSD). Ultraljudsbehandling främjar effektivt frisättning och isolering av alkaloiden från rötter av Mimosa hostilis och blad av Psychotria viridis (ayahuasca). Ultraljudsextraktion av DMT ger höga utbyten på mycket kort tid. Hielschers ultraljudsapparater av sondtyp är kompatibla med nästan alla lösningsmedel och används för framställning av bioaktiva föreningar av farmaceutisk kvalitet för användning inom forskning och medicin samt för provberedning inför analytiska kvalitets- och potensbestämningar. Därför kan Hielschers ultraljudsapparater underlätta medicinsk DMT-forskning och botanisk forskning på många sätt.
Den vanligaste källan till indolalkaloiden N,N-dimetyltryptamin (DMT) är jurematrädet, där den kommer från rötterna av Mimosa hostilis (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 rotbark från mimosa (även mimosa tenuiflora, rotbark från Mimosa hostilis; förkortat MHRB) och ayahuascablad innehåller olika bioaktiva föreningar, som för närvarande undersöks i kliniska prövningar avseende deras potential som terapeutiska läkemedel. Rotbark från mimosa innehåller tanniner, saponiner, tryptaminer, alkaloider, lipider, fytoindoler, xylos, fytosteroler, glukosider, rhamnos, arabinos, metoxichalkoner, lupeol och kukulkaniner. Dessa bioaktiva föreningar kan effektivt extraheras ur rotbarken med ultraljudsapparater av sondtyp. Ultraljudsextraktion är den överlägsna tekniken för att isolera målsubstanser såsom alkaloider ur växtmaterial såsom rotbark från mimosa och ayahuascablad. Ultraljudsbehandling utmärker sig genom att ge höga utbyten inom en mycket kort extraktionstid. Milda processförhållanden säkerställer högsta extraktkvalitet genom att förhindra oönskad nedbrytning av de aktiva molekylerna.

Extraktionsuppställning för isolering av ämnen ur växtmaterial: Ultraljudsapparat av sondtyp UP400ST, Büchi-vakuumfilter och rotationsindunstare för extraktion av fytokemikalier såsom alkaloider och fenoler.

Hielschers ultraljudsapparater för effektiv alkaloidextraktion

Hielscher Ultrasonics utvecklar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljudsextraktorer som används för vetenskaplig forskning samt för produktion av extrakt av farmaceutisk kvalitet.
Överlägsen extraktionseffektivitet:Ultraljudsassisterad extraktion är en vetenskapligt beprövad teknik med utomordentligt hög effektivitet vid extraktion av bioaktiva föreningar ur växter. Medan traditionella metoder ofta tar lång tid (flera timmar upp till dagar) tar ultraljudsextraktion ur växtmaterial endast några minuter.

Högt extraktionsutbyte och överlägsen extraktkvalitet med Hielschers ultraljudsapparater

Ultraljudsdriven extraktion möjliggör fullständig frisättning av bioaktiva föreningar från växtmaterialet. Ultraljudskavitation bryter sönder cellmatrisen och frisätter effektivt de bioaktiva molekylerna i det omgivande lösningsmedlet. Jämförande studier har visat att ultraljudsbehandling ger högre extraktionsutbyten än andra extraktionstekniker (t.ex. Soxhlet-extraktion, maceration, dekoktion och infusion). Ultraljudsextraktion är kompatibel med alla lösningsmedel och möjliggör därmed även användning av mycket milda lösningsmedel som vatten eller vattenhaltig etanol. Polära och opolära lösningsmedel kan väljas utifrån specifika extraktionskrav, och det är inget problem att byta mellan lösningsmedel. Exakt kontroll över processparametrarna (t.ex. amplitud), användning av milda lösningsmedel och exakt temperaturkontroll förhindrar nedbrytning och kontaminering av bioaktiva föreningar (t.ex. alkaloider, polyfenoler, flavonoider, cannabinoider osv.) under ultraljudsextraktionen.

Mångsidig användning av Hielschers ultraljudsapparater

Medan alternativa extraktionstekniker (t.ex. superkritisk CO2, lösningsmedelsextraktion, perkolation osv.) ofta endast kan användas för extraktion av specifika molekyler beroende på molekylvikt, löslighet och värmekänslighet, möjliggör extraktion med Hielschers högpresterande ultraljudsapparater mångsidig extraktion av alla slags växtföreningar. Ultraljudsassisterad extraktion kan tillförlitligt användas för att framställa bredspektrumextrakt som innehåller bioaktiva föreningar som polyfenoler, alkaloider, antrakinoner, flavonoider, glykosider, lipider, pektin och polysackarider.

Utmärkt energieffektivitet och miljövänlighet

Energiförbrukningen vid ultraljudsassisterad extraktion av medicinskt verksamma föreningar från växter är långt lägre än vid traditionella metoder.

Tillförlitlighet genom processstandardisering med Hielscher Ultrasonics

Hielschers ultraljudsapparater möjliggör exakt kontroll över alla processparametrar för ultraljudsbehandlingen, som amplitud, intensitet, behandlingstid och temperatur. Processparametrarna är enkla att styra och övervakas kontinuerligt. Dessutom loggas alla processparametrar automatiskt som en CSV-fil på ett inbyggt SD-kort. Detta gör det möjligt för operatören att granska ultraljudskörningar, optimera extraktionsprocessen och säkerställa jämn extraktkvalitet. Hielschers ultraljudsapparater gör det möjligt för tillverkare att producera växtextrakt av överlägsen kvalitet och underlättar efterlevnaden av god tillverkningssed (GMP).

Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: