Високоефективне вилучення алкалоїдів за допомогою ультразвукових приладів з зондами
Вилучайте алкалоїди з рослинної сировини швидше, повніше та з точним контролем процесу. Ультразвукові апарати Hielscher із зондовим насадком використовують акустичну кавітацію для руйнування рослинних клітин та інтенсифікації масообміну, що дозволяє досягти високого виходу алкалоїдів за лічені хвилини, а не години.
Незалежно від того, чи ви переробляєте листя, коріння, кору, насіння чи інший рослинний матеріал, ультразвукові екстрактори Hielscher забезпечують відтворювану екстракцію — від лабораторних випробувань до пілотних партій та промислового поточного виробництва.
Чому варто вибрати ультразвукову екстракцію алкалоїдів?
- Вищі виходи екстракції завдяки ефективному руйнуванню клітин та покращеному проникненню розчинника
- Скорочення часу обробки порівняно з мацерацією, відварюванням, настоюванням або екстракцією за методом Сокслета
- Зменшіть використання розчинника, застосовуючи воду, водний розчин етанолу, метанол або інші відповідні розчинники
- Контроль якості екстракту за допомогою регулювання амплітуди, температури, часу та інтенсивності
- Просте масштабування від невеликих зразків до безперервного промислового видобутку
- Надійна документація з автоматичним записом даних про технологічний процес для забезпечення відтворюваності та якості
Розкажіть нам про ваш рослинний матеріал, розчинник, обсяг партії та цільову сполуку. Наші фахівці з технічного застосування допоможуть вам обрати лабораторну, пілотну або промислову ультразвукову систему для ефективної екстракції алкалоїдів.
Ультразвуковий апарат UP400St для екстракції алкалоїдів з рослинної сировини.
Високоефективна екстракція алкалоїдів за допомогою Power-Ultrasound
Як ультразвукова екстракція сприяє виділенню алкалоїдів?
Ультразвукова екстракція використовує низькочастотні ультразвукові хвилі (наприклад, частота 20-26 кГц) і ефект ультразвуку у вигляді акустичної кавітації. Ультразвукові хвилі високої інтенсивності створюють кавітаційні бульбашки, які руйнуються, генеруючи локально енергетично насичені перепади тиску та температури, а також потужні сили зсуву, які перфорують та розривають стінки рослинних клітин та рослинну тканину. Потік рідини, що утворюється в результаті кавітації, сприяє перенесенню маси між внутрішньоклітинним матриксом і навколишнім розчинником, щоб алкалоїди ефективно вивільнялися. Для ультразвукової екстракції алкалоїдів рослинний матеріал (наприклад, мелене висушене листя) поміщають у розчинник, який зазвичай є сумішшю води та органічного розчинника, такого як водний етанол. Було виявлено, що полярні розчинники, такі як метанол і етанол, є найбільш ефективними для високих виходів алкалоїдів. Після нетривалої ультразвукової обробки кашки – що складається з рослинної сировини і розчинника – Алкалоїди вивільняються з рослинних клітин і присутні в розчиннику, звідки їх можна виділити і очистити (наприклад, за допомогою ротора-випарника).
Основні переваги ультразвукової екстракції алкалоїдів
Ультразвукова екстракція вважається чудовою технікою екстракції для виділення алкалоїдів з рослинної сировини, оскільки вона має кілька переваг, зокрема:
- Підвищена ефективність екстракції: Ультразвукова екстракція може збільшити вихід алкалоїдів більш ніж на 200% в порівнянні з традиційними методами екстракції.
- Скорочений час екстракції: Ультразвукова екстракція дозволяє значно скоротити час екстракції, дозволяючи швидше та ефективніше обробляти великі обсяги рослинного матеріалу.
- Менша витрата розчинника: Ультразвукова екстракція може зменшити кількість розчинника, необхідного для екстракції, що призводить до зменшення споживання розчинника та зменшення впливу на навколишнє середовище.
- Вибіркове вилучення: Ультразвукова екстракція може бути використана для вибіркового вилучення певних алкалоїдів шляхом вибору відповідного розчинника, параметрів процесу та температури екстракції. Оскільки небажані сполуки залишаються позаду, чистота кінцевого продукту поліпшується.
- Легко масштабувати: Ультразвукову екстракцію можна легко масштабувати для обробки більших обсягів рослинного матеріалу, що робить її придатною для комерційного виробництва. Ультразвукові процеси можуть масштабуватися лінійно, що полегшує реалізацію в промислових масштабах.
Загалом ультразвукова екстракція пропонує швидший, ефективніший та екологічніший підхід до виділення алкалоїдів із рослинної сировини.
Ультразвукова екстракція алкалоїдів з листя дерева кислого
Nolasco-González et al. (2022) досліджували ефективність та результативність ультразвукової екстракції біологічно активних сполук, включаючи фенольні сполуки, алкалоїди, ацетогеніни (усі з високою антиоксидантною здатністю) з листя виду рослин Annona muricata (кислого дерева). Для ультразвукової екстракції використовували зондовий ультразвуковий апарат UP400S в наступних умовах: амплітуда 80%, імпульсний цикл 0,7 с, протягом 4,54 хв. Загальну кількість розчинних фенолів (TSP) екстрагували з використанням 0,5 г порошку сухого листя та 20 мл ацетону: води (80:20 об/об). Екстракт, отриманий ультразвуковим способом, містив 178,48 мг/100 мл розчинних фенолів, 20,18 мг/100 мл загальних флавоноїдів, 27,81 мг/100 мл гідролізованих поліфенолів, 167,07 мг/100 мл конденсованих дубильних речовин, 30,44 мг/100 мл загальних алкалоїдів і 14,62 мг/100 мл загальних ацетогенінів. Екстракт, виділений за допомогою ультразвукового апарату зондового типу U400S (див. малюнок ліворуч), продемонстрував високу антиоксидантну здатність і вищий вміст біологічно активних сполук від ~6 до ~927 разів, ніж відвар або інфузія, залежно від типу сполуки. У зразках було виявлено двадцять чотири різні фенольні сполуки, а ультразвуково виділений екстракт дав найвищу концентрацію.
[пор. Ноласко-Гонсалес та ін., 2022]
Антиоксидантна здатність екстрактів, отриманих в оптимальних умовах ультразвукової екстракції (ОАЕ), відвару і настоювання. Ультразвукові екстракти стабільно демонструють значно вищу антиоксидантну здатність.
(Дослідження та графіка: ©Ноласко-Гонсалес та ін., 2022)
ВЕРХ-хроматограма фенольних сполук з ультразвуково виділеного екстракту листя Annona muricata за допомогою ультразвукового апарату UP400S.
(1) шикімова кислота, (2) галова кислота, (3) протокатехева кислота, (4) неохлорогенова кислота,
(5) 3,4-дігідроксіфенілоцтова, (6) 4-гідроксибензойна кислота, (7) хлорогенова кислота, (8) 4-гідроксіфенілоцтова, (9) ванільна кислота, (10) сирінгова кислота, (11) 3-гідроксибензойна кислота, (12) кавова кислота, (13) 4-гідроксибензальдегід, (14) гомовильна кислота, (15) 3-(4-гідроксифеніл), (16) п-кумарова кислота, (17) трансферуловая кислота, (18) транс-корична кислота, (19) галлокатехін, (20) епігаллокатехін, (21) катехін, (22) епікатехін, (23) рутин, (24) елагова кислота.
(Дослідження та графіка: ©Ноласко-Гонсалес та ін., 2022)
Lee et al. (2021) мали подібні підтверджені результати, оскільки вони повідомляють про в 2,3 раза більше алкалоїдів з листя A. muricata, екстрагованих за ультразвукової обробки (340 Вт, 56◦C, 30 хв) порівняно з екстракцією Сокслета (7 год, 80◦C).
Екстрактор ультразвуковий UIP1000HDT з мішалкою для екстракції алкалоїдів в періодичному режимі.
Екстракція алкалоїду індолу з кори кореня мімози та аяуаски за допомогою ультразвукового апарату
Кора кореня мімози, а також листя аяуаски містить алкалоїд N,N-диметилтриптамін (ДМТ). Диметилтриптамін (ДМТ) в даний час досліджується в клінічних випробуваннях на предмет його галюциногенного ефекту і, отже, як потенційний препарат для лікування депресії та посттравматичних стресових розладів (ПТСР). Ультразвук ефективно сприяє вивільненню та виділенню алкалоїду з коренів Mimosa hostilis та листя Psychotria viridis (аяуаска). Ультразвукова екстракція DMT дає високі врожаї за дуже короткий час. Сумісні практично з будь-якими розчинниками, ультразвукові апарати зондового типу Hielscher використовуються для виробництва біологічно активних сполук фармацевтичного класу для використання в наукових і медичних установах, а також для підготовки зразків перед аналітичним тестуванням якості та ефективності. Таким чином, ультразвукові апарати Hielscher можуть сприяти медичному ДМТ і ботанічним дослідженням багатьма способами.
Найпоширенішим джерелом індолного акалоїду N,N-диметилтриптаміну (DMT) у дереві юрема, він походить з коренів Mimosa hostilis (широко відомого як jurema preta). Аяуаска - це традиційна назва іншого виду рослин, у якого листя чагарнику Psychotria viridis багаті на ДМТ.
Як кора кореня мімози (також mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; абрев. MHRB), так і листя аяуаски містять різні біологічно активні сполуки, які в даний час досліджуються в клінічних випробуваннях щодо їх потенціалу як терапевтичного препарату. Кора кореня мімози містить дубильні речовини, сапоніни, триптаміни, алкалоїди, ліпіди, фітоіндоли, ксилозу, фітостерини, глюкозиди, рамнозу, арабінозу, метоксіхалкони, лупеол і кукульканіни. Ці біологічно активні сполуки можна ефективно витягти з кори кореня за допомогою ультразвукових засобів зондового типу. Ультразвукова екстракція є найкращим методом виділення цільових речовин, таких як алкалоїди, з рослинного матеріалу, такого як кора кореня мімози та листя аяуаска. Ультразвук вирізняється тим, що дає високі врожаї за дуже короткий час екстракції. М'які умови процесу забезпечують найвищу якість екстракту, запобігаючи небажаній деградації активних молекул.
Установка екстракції для ботанічної ізоляції: Ультразвуковий UP400ST зондового типу, вакуумний фільтр Büchi та ротор-випарник для екстракції фітохімічних речовин, таких як алкалоїди та феноли.
Екстрактор ультразвуковий UIP2000HDT з партією з нержавіючої сталі фармацевтичного класу для промислового виробництва алкалоїдних екстрактів.
Розкажіть нам про ваш рослинний матеріал, розчинник, обсяг партії та цільову сполуку. Наші фахівці з технічного застосування допоможуть вам обрати лабораторну, пілотну або промислову ультразвукову систему для ефективної екстракції алкалоїдів.
Ультразвукові апарати Hielscher для ефективної екстракції алкалоїдів
Hielscher Ultrasonics розробляє, виробляє та розповсюджує високоефективні ультразвукові екстрактори, які використовуються для наукових досліджень, а також для виробництва екстрактів фармацевтичного класу.
Неперевершена ефективність екстракціїУльтразвукова екстракція - це науково доведена методика з надзвичайно високою ефективністю щодо екстракції біологічно активних сполук з рослин. У той час як традиційні методи часто займають багато часу (від кількох годин до днів), ультразвукова ботанічна екстракція займає всього кілька хвилин.
Високий вихід екстракції та чудова якість екстракту з ультразвуковими апаратами Hielscher
Екстракція за допомогою ультразвуку дозволяє повністю вивільнити біологічно активні сполуки з рослинного матеріалу. Ультразвукова кавітація розриває клітинний матрикс і ефективно вивільняє біологічно активні молекули в навколишній розчинник. Порівняльні дослідження показали, що ультразвукова діагностика дає більш високі виходи екстракту, ніж інші методи екстракції (наприклад, Сокслет, мацерація, відвар, інфузія). Ультразвукова екстракція сумісна з будь-яким розчинником і дозволяє, тим самим, також використовувати дуже м'який розчинник, такий як вода або водний етанол. Що стосується конкретних вимог до екстракції, можна вибрати полярні та неполярні розчинники, і перемикання між розчинниками не є проблемою. Точний контроль параметрів процесу (наприклад, амплітуди), використання м'яких розчинників і точний контроль температури запобігають деградації та забрудненню біологічно активних сполук (наприклад, алкалоїдів, поліфенолів, флавоноїдів, канабіноїдів тощо) під час ультразвукової екстракції.
Універсальне застосування ультразвукових апаратів Hielscher
У той час як альтернативні методи екстракції (наприклад, надкритичний CO2, екстракція розчинником, перколяція тощо) часто застосовні лише до екстракції певних молекул залежно від молекулярної маси, розчинності та термочутливості, екстракція за допомогою високопродуктивних ультразвукових засобів Hielscher дозволяє універсально екстрагувати будь-яку рослинну сполуку. Ультразвукова екстракція може бути надійно застосована для екстракції екстрактів широкого спектру дії, що містять біологічно активні сполуки, такі як поліфеноли, алкалоїди, антрахінони, флавоноїди, глікозиди, ліпіди, пектини та полісахариди.
Відмінна енергоефективність та екологічність
Енерговитрати екстракції за допомогою ультразвуку набагато менші, ніж при традиційних методах екстракції лікарських сполук з рослин.
Надійність завдяки стандартизації процесів за допомогою Hielscher Ultrasonics
Ультразвукові апарати Hielscher дозволяють точно контролювати всі параметри ультразвукового процесу, такі як амплітуда, інтенсивність, тривалість і температура. Параметри процесу легко контролюються і постійно контролюються. Крім того, всі параметри процесу автоматично протоколюються у вигляді CSV-файлу на вбудованій SD-карті. Це дозволяє оператору переглядати прогони ультразвуку, оптимізувати процес екстракції та забезпечувати стабільну якість екстракту. Ультразвукові апарати Hielscher дозволяють виробникам виробляти рослинні екстракти найвищої якості та сприяють дотриманню належної виробничої практики (GMP).
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Від 15 до 150 л | Від 3 до 15 л/хв | UIP6000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори для змішування, диспергування, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних та промислових масштабах.
Факти, які варто знати
Як ультразвукова екстракція підвищує вихід алкалоїдів порівняно з традиційними методами?
Ультразвукова екстракція використовує низькочастотні ультразвукові хвилі (20–26 кГц) для утворення акустичних кавітаційних бульбашок, які руйнуються та створюють потужні зсувні сили. Цей процес пробиває клітинні стінки рослин і сприяє масообміну між внутрішньоклітинною матрицею та розчинником. Згідно з дослідженнями, ультразвукова екстракція дозволяє збільшити вихід алкалоїдів більш ніж на 200% порівняно з традиційними методами екстракції. Наприклад, дослідження листя Annona muricata показали, що за допомогою ультразвукової екстракції було отримано в 2,3 рази більше алкалоїдів, ніж при екстракції за методом Сокслета.
Які алкалоїди можна екстрагувати за допомогою ультразвукових приладів компанії Hielscher?
Ультразвукові апарати з зондовим насадком компанії Hielscher дозволяють ефективно екстрагувати широкий спектр алкалоїдів, зокрема:
- Кофеїн з кавових зерен
- Нікотин із тютюнового листя
- ДМТ (N,N-диметилтриптамін) із Mimosa hostilis та Psychotria viridis
- Мітрагінін із кратома
- Піперин із чорного перцю
- Капсаїцин із перцю чилі
- Псілоцибін із грибів
- ДМТ та бета-карболіни з Banisteriopsis caapi (аяхуаска)
Це обладнання сумісне майже з будь-яким розчинником, що робить його універсальним для роботи з різними типами алкалоїдів.
Які основні переваги ультразвукової екстракції алкалоїдів?
До основних переваг належать:
- Підвищена ефективність екстракції: вихід на 200 % вищий, ніж у традиційних методів
- Скорочення часу екстракції: екстракція займає лічені хвилини, а не години
- Зниження споживання розчинника: дозволяє зменшити витрати та вплив на навколишнє середовище
- Селективне вилучення: підберіть відповідні розчинники та параметри для цільових сполук
- Проста масштабованість: лінійне масштабування від лабораторних умов до промислового виробництва
- Висока якість екстракту: м’які технологічні умови запобігають руйнуванню біоактивних сполук
Який ультразвуковий апарат компанії Hielscher найкраще підходить для екстракції алкалоїдів?
В асортименті ультразвукових апаратів компанії Hielscher є відповідний ультразвуковий зонд для будь-якого обсягу. Ультразвуковий апарат UP400St потужністю 400 Вт ідеально підходить для лабораторних партій середнього розміру, тоді як потужний промисловий ультразвуковий апарат UIP2000hdT потужністю 2000 Вт призначений для виробництва в промислових масштабах.
Які розчинники найкраще підходять для екстракції алкалоїдів за допомогою ультразвуку?
Встановлено, що полярні розчинники, такі як метанол та етанол, є найефективнішими для отримання високого виходу алкалоїдів. Поширеною сумішшю є водний розчин етанолу (вода та етанол). Перевагою ультразвукової екстракції є сумісність майже з будь-яким розчинником, включаючи м’які варіанти, такі як вода або водний розчин етанолу, що допомагає зберегти чутливі біоактивні сполуки.
Чи є ультразвукова екстракція безпечною для чутливих до нагрівання алкалоїдів?
Так. Ультразвукова екстракція здійснюється при помірних температурах (зазвичай 56 °C або нижче) та протягом короткого часу (30 хвилин або менше). Точний контроль параметрів процесу, зокрема амплітуди, інтенсивності, тривалості та температури, запобігає руйнуванню чутливих до нагрівання алкалоїдів. Це забезпечує найвищу якість екстракту та запобігає небажаному руйнуванню активних молекул.
Чи можна масштабувати ультразвукову екстракцію для промислового виробництва?
Безумовно. Ультразвукову екстракцію можна легко масштабувати для обробки більших обсягів рослинної сировини, що робить її придатною для промислового виробництва. Ультразвукові процеси можна масштабувати лінійно, що полегшує їх впровадження в промислових масштабах. Компанія Hielscher пропонує системи промислового класу, такі як UIP10000hdT (10 000 Вт) та UIP16000, для великомасштабної безперервної екстракції в технологічному потоці.
Чим відрізняється ультразвукова екстракція від екстракції за методом Сокслета для виділення алкалоїдів?
Дослідження свідчать про очевидні переваги:
- Час: Ультразвукова екстракція займає 30 хвилин, тоді як за методом Сокслета — 7 годин
- Температура: Ультразвукова методика використовує температуру 56 °C, на відміну від 80 °C у методі Сокслета
- Прибутковість: За допомогою ультразвуку отримують у 2,3 рази більше алкалоїдів
- Якість: Нижчі температури запобігають термічній деградації
(Див. Lee та ін., 2021)
Що таке алкалоїди?
Алкалоїди утворюють клас природних азотистих сполук низькомолекулярної маси, які часто зустрічаються як вторинні метаболіти в рослинному світі. Алкалоїд містить хоча б один атом азоту. Алкалоїди біохімічно синтезуються з однієї з наступних трьох поширених амінокислот – лізин, тирозин і триптофан.
У рослинах алкалоїди, як правило, існують у вигляді солей органічних кислот, таких як оцтова, яблучна, молочна, лимонна, щавлева, винна, дубильна та інші кислоти. Деякі слабкі основні алкалоїди (наприклад, нікотин) вільно зустрічаються в природі. Деякі алкалоїди також зустрічаються у вигляді глікозидів цукру, таких як глюкоза, рамноза і галактоза, наприклад, алкалоїди групи соланум (соланін), як аміди (піперин) і у вигляді ефірів (атропін, кокаїн) органічних кислот (пор. Ramawat et al., 2009).
Багато алкалоїдів є біологічно активними сполуками, які виявляють лікувальну або лікувальну дію. Наприклад, специфічні типи алкалоїдів використовуються для лікування різних захворювань, включаючи малярію, діабет, специфічні типи раку, серцеву дисфункцію, депресію тощо.
Оскільки багато алкалоїдів виявляють сильні біологічно активні властивості, їх використання в якості фармацевтичних препаратів, наркотиків, стимуляторів і отрут було або прийнято, або знаходиться на стадії наукових досліджень. Морфін, відомий алкалоїд з маку Papaver somniferum, використовується як фармацевтичний препарат у сучасній медицині. Хінін і кодеїн - це два інших типи алкалоїдів, які використовуються в медичних цілях. Під наглядом лікаря та у встановлених лікарем дозах алкалоїди є фармакологічно корисними. Однак при неправильному застосуванні деякі алкалоїди можуть бути токсичними у високих дозах. Алкалоїд стрихнін, наприклад, використовується як високоефективний токсин, що використовується як пестицид проти дрібних хребців.
Приклади деяких алкалоїдів у рослинах
| 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 |
Література / Список літератури
- 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.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.