Högeffektiv extraktion av artemisinin med ultraljudsbehandling

Artemisinin kan extraheras effektivt med högpresterande ultraljudsbehandling. Ultraljudsextraktion ger mycket höga utbyten av artemisinin med milda lösningsmedel. Extraktionsprocessen påskyndas drastiskt när ultraljud används. Processbetingelserna i ultraljudsextraktorer kan styras exakt, vilket gör det möjligt att förhindra nedbrytning av den värmekänsliga biomolekylen artemisinin.

Extraktion av artemisinin

Artemisinin är en bioaktiv molekyl som finns i trikomkörtlarna hos växten Artemisia annua. Den används som läkemedel mot malaria och visar stor potential som läkemedel för behandling av flera andra sjukdomar, däribland cancer och SARS-CoV-2. Den traditionella extraktionsmetoden använder giftiga lösningsmedel och är en dyr, suboptimal process. För att producera artemisinin i stor skala under miljömässigt och ekonomiskt gynnsamma förhållanden krävs en effektiv och miljövänlig extraktionsteknik. Ultraljudsextraktion är en väletablerad extraktionsmetod som kan användas i kombination med vatten eller etanol som ogiftiga lösningsmedel. Ultraljudsextraktion har redan visat sig ge höga utbyten av artemisinin, vilket gör att produktionen av artemisinin snabbt kan skalas upp till stora volymer. Utrustning för ultraljudsextraktion för satsvis bearbetning och inlinebearbetning i industriell skala finns lätt tillgänglig.

Ultraljudsextraktion av artemisinin ur Artemisia annua

Användning av högeffektsultraljud för extraktion överträffar andra extraktionsmetoder i flera viktiga avseenden, däribland utbyte, extraktionstid, miljövänlighet och kostnadseffektivitet.

Nackdelarna med traditionell extraktion av artemisinin

Traditionella metoder för extraktion av artemisinin är tidskrävande, kan skada de bioaktiva artemisininmolekylerna på grund av de höga temperaturer som används och har stor miljöpåverkan på grund av de organiska lösningsmedel som används vid höga temperaturer. Dessutom krävs omfattande rening i den efterföljande processen för att avlägsna föroreningar från råextraktet.

Fördelarna med ultraljudsextraktion av artemisinin

Användning av högeffektsultraljud för extraktion har flera positiva effekter som intensifierar extraktionsprocessen: Högpresterande ultraljud skapar akustisk kavitation. Denna akustiska kavitation främjar extraktion ur växtmaterial genom att bryta sönder celler, så att de inneslutna biomolekylerna frigörs från växtens cellmatris. Dessutom intensifierar kavitationskrafterna massöverföringen och transporterar effektivt biomolekyler som artemisinin till det omgivande lösningsmedlet. Ultraljudsextraktionens funktionsprincip kan tillskrivas rent mekaniska kavitationskrafter. Detta innebär att ultraljudsbehandling är en icke-termisk, icke-kemisk extraktionsteknik. Att ultraljudsextraktion är en icke-termisk extraktionsteknik gör den särskilt fördelaktig eftersom artemisinin är en termiskt känslig förening, vilket innebär att högre temperaturer (t.ex. 70°C) orsakar dess nedbrytning. Följaktligen skulle Artemisia annua L. inte kunna kokas i hett vatten för att erhålla artemisinin.

Miljövänliga lösningsmedel för ultraljudsextraktion av artemisinin

Traditionella extraktionslösningsmedel som används för produktion av artemisinin omfattar hexan, petroleumeter eller diklormetan. Ultraljudsdriven extraktion är kompatibel med alla lösningsmedel, inklusive milda, miljövänliga lösningsmedel som etanol eller vatten. Ultraljudsextraktion av artemisinin med etanol är lika effektiv som med aggressiva lösningsmedel. Eftersom artemisinin har låg vattenlöslighet kan cyklodextriner användas för att förbättra ultraljudsextraktionen av artemisinin med kallt vatten.

Vad gör ultraljudsextraktion av artemisinin så effektiv?

För att förstå fördelarna med ultraljudsassisterad extraktion måste man förstå hur effektultraljud fungerar. Den mekanism hos effektultraljud som intensifierar extraktionen tillskrivs främst fenomenet akustisk kavitation. Ultraljudskavitation orsakar kollisioner mellan partiklar i växtbiomassan (såsom blad från Artemisia annua L.), vilket leder till fragmentering mellan partiklarna och minskad partikelstorlek. När kavitationsbubblor kollapsar på ytan av det fasta växtmaterialet ökar erosion och sonoporation partiklarnas yta ytterligare. Den därigenom intensifierade massöverföringen underlättar frisättningen av molekyler såsom proteiner, lipider, sockerarter, vitaminer, antioxidanter, fytokemikalier (t.ex. artemisinin) och kostfibrer. Skjuvkrafter som genereras av ultraljud förbättrar lösningsmedlets inträngning i växtmaterialets cellmatris respektive cellmembranens genomsläpplighet. Dessa mekanismer hos effektultraljud ligger bakom den betydande processintensifiering som uppnås när ultraljudsbehandling används för växtextraktion.

Effektultraljudsvågor bryter sönder växternas cellstruktur, frigör de bioaktiva föreningarna och främjar massöverföringen mellan växtmaterialet och lösningsmedlet (t.ex. etanol).

Vetenskapligt belagda resultat av ultraljudsextraktion av artemisinin

Flera vetenskapliga studier har genomförts för att undersöka effektiviteten och den praktiska genomförbarheten hos ultraljudsextraktion av artemisinin från blad av Artemisia annua.

Briars och Paniwnyk visade ”att ultraljud vid låga temperaturer ökar utbytet av artemisinin som extraheras från A. annua med omkring 58% och att extrakten förefaller renare jämfört med konventionell blötläggning; därför har användningen av ultraljud vid extraktion potential att möjliggöra artemisininbaserade behandlingar till lägre kostnad.” (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) undersökte ultraljudsextraktion av artemisinin med propylenglykolmetyleter (PGME) som lösningsmedel. Artemisininextrakt som framställts med ultraljud analyserades med vätskekromatografi med ultrahög prestanda (UPLC). Analysresultaten underströk extraktets kvalitet. Tack vare processens goda repeterbarhet och det extraherade artemisininets stabilitet har ultraljudsassisterad extraktion med den miljövänliga och effektiva monoetern propylenglykolmetyleter (PGME) som lösningsmedel stor potential för extraktion och separation av bioaktiva molekyler från växtmaterial. Ultraljudsextraktion med propylenglykolmetyleter (PGME) som lösningsmedel gav hög total extraktionseffektivitet och höga utbyten av artemisinin. (jfr Zhang et al., 2017)

I en annan studie presenterar Zhang et al. (2020) ultraljudsextraktion av artemisinin med hydroxipropyl-β-cyklodextrin. Tillsatsen av cyklodextrin förbättrar frisättningen av den svårlösliga föreningen artemisinin i vatten och gör det möjligt att använda vatten som lösningsmedel med goda extraktionsutbyten. Ultraljudsextraktion i kombination med cyklodextrin ökade mängden artemisinin till 8,66 mg/g, vilket är betydligt mer än motsvarande mängd på 1,70 mg/g som erhölls i vatten.

Högpresterande ultraljudsextraktorer för produktion av artemisinin

Högpresterande ultraljudsextraktionssystem från Hielscher Ultrasonics används världen över inom forskning och utveckling samt vid produktion i liten, medelstor och full kommersiell skala i olika branscher, såsom vid tillverkning av livsmedel, kosttillskott och läkemedel. Högpresterande ultraljudsextraktorer intensifierar extraktionsprocessen och ökar utbytet, vilket förbättrar den totala effektiviteten vid produktion av högkvalitativa extrakt. Hielscher Ultrasonics erbjuder extraktionsutrustning för alla volymer / processkapaciteter. Med mer än 25 års erfarenhet av växtextraktion är Hielscher Ultrasonics din pålitliga partner för högpresterande ultraljudsextraktion från Artemisia annua!

Högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken

De smarta funktionerna hos Hielschers ultraljudsapparater är utformade för att garantera tillförlitlig drift, reproducerbara resultat och användarvänlighet. Driftinställningarna kan enkelt nås och justeras via en intuitiv meny som är tillgänglig via en digital pekskärm i färg och fjärrstyrning via webbläsare. Alla processförhållanden, såsom nettoenergi, totalenergi, amplitud, tid, tryck och temperatur, registreras därför automatiskt på ett inbyggt SD-kort. Detta gör att du kan granska och jämföra tidigare ultraljudsbehandlingar och optimera processen för artemisininextraktion till högsta effektivitet.
System från Hielscher Ultrasonics används över hela världen för tillverkning av högkvalitativa växtextrakt. Hielschers industriella ultraljudsapparater kan enkelt köras med höga amplituder i kontinuerlig drift (24/7/365). Amplituder på upp till 200µm kan enkelt genereras kontinuerligt med standardsonotroder (ultraljudssonder / horn). För ännu högre amplituder finns specialanpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Tack vare sin robusthet och sitt låga underhållsbehov installeras våra ultraljudsextraktionssystem ofta för krävande tillämpningar och i krävande miljöer.

Kontakta oss nu för att få veta mer om ultraljudsextraktion av artemisinin från växten Artemisia annua. Vi skickar gärna information om våra ultraljudsextraktionssystem och priser! Vår mycket erfarna personal diskuterar gärna din tillämpning och dina processkrav med dig!
Tabellen nedan ger dig en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: