Високоефективне виділення артемизініну за допомогою ультразвукової обробки

Артемизінін можна ефективно виділяти за допомогою високоефективної ультразвукової обробки. Ультразвукове виділення дає дуже високі виходи артемизініну з використанням м’яких розчинників. Процес виділення за допомогою ультразвуку різко прискорюється. Умови обробки в ультразвукових екстракторах точно контрольовані, що дозволяє запобігти деградації термочутливої біомолекули артемизініну.

Виділення артемизініну

Артемизінін – це біоактивна молекула, що міститься в залозистих трихомах рослини Artemisia annua, яка використовується як антималярійний препарат і має високий потенціал як засіб для лікування кількох інших захворювань, включаючи рак і SARS-CoV-2. Традиційний метод виділення передбачає використання токсичних розчинників і є дорогим, субоптимальним процесом. Щоб виробляти артемизінін у великих масштабах за екологічно та економічно сприятливих умов, потрібна ефективна та «зелена» техніка виділення. Ультразвукове виділення – це широко поширений метод екстракції, який можна використовувати в поєднанні з водою або етанолом як нетоксичними розчинниками. Було доведено, що ультразвукове виділення забезпечує високі виходи артемизініну, тому виробництво артемизініну можна швидко масштабувати до великих об’ємів. Ультразвукове обладнання для виділення в партійному та потоковому режимах на промисловому рівні легко доступне.

Ультразвукове виділення артемизініну з Artemisia annua

Використання потужного ультразвуку для виділення перевершує інші методи екстракції за багатьма основними факторами, включаючи вихід, час виділення, екологічність та економічну ефективність.

Недоліки традиційного виділення артемизініну

Традиційні методи виділення артемизініну є тривалими, можуть пошкодити біоактивні молекули артемизініну через застосування високих температур і мають високий вплив на навколишнє середовище через використання органічних розчинників при високих температурах. Крім того, на наступних етапах процесу необхідна extensive purification для видалення домішок із грубого екстракту.

Переваги ультразвукового виділення артемизініну

Застосування потужного ультразвуку для виділення має кілька позитивних ефектів, які інтенсифікують процес екстракції: високоефективний ультразвук створює акустичну кавітацію. Ця акустична кавітація сприяє ботанічному виділенню шляхом руйнування клітин, так що ув’язнені біомолекули вивільняються з клітинної матриці рослини. Крім того, кавітаційні сили інтенсифікують масоперенесення, ефективно транспортуючи біомолекули, такі як артемизінін, у навколишній розчинник. Принцип дії ультразвукового виділення можна пояснити суто механічними силами кавітації. Це означає, що ультразвукова обробка є нетермічною, нехімічною технікою виділення. Те, що це нетермічна техніка виділення, робить ультразвукове виділення особливо сприятливим, оскільки артемизінін є термочутливою сполукою, тобто вищі температури (наприклад, 70°C) спричиняють його розкладання. Отже, Artemisia annua L. не можна кип’ятити в гарячій воді для отримання артемизініну.

«Зелені» розчинники для ультразвукового виділення артемизініну

Класичні розчинники для виділення, що використовуються для виробництва артемизініну, включають гексан, петролейний ефір або дихлорметан. Виділення, кероване ультразвуком, сумісне з будь-яким розчинником, включаючи м’які, «зелені» розчинники, такі як етанол або вода. Ультразвукове виділення артемизініну з етанолом однаково ефективне порівняно з жорсткими розчинниками. Оскільки артемизінін погано розчинний у воді, циклодекстрини можна використовувати для покращення ультразвукового виділення артемизініну холодною водою.

Що робить ультразвукове виділення артемизініну таким ефективним?

Щоб зрозуміти переваги екстракції, що здійснюється за допомогою ультразвуку, необхідно розуміти принцип дії потужного ультразвуку. Механізм інтенсифікації екстракції за допомогою потужного ультразвуку переважно пов’язаний із явищем акустичної кавітації. Ультразвукова кавітація спричиняє зіткнення між частинками рослинної біомаси (наприклад, листя Artemisia annua L.), що призводить до міжчастинкового подрібнення та зменшення розміру частинок. Коли кавітаційні бульбашки колапсують на поверхні рослинних твердих речовин, ерозія та сонопорація ще більше збільшують поверхню частинок. Інтенсифікований таким чином масоперенос сприяє вивільненню молекул, таких як білки, ліпіди, цукри, вітаміни, антиоксиданти, фітохімікати (наприклад, артемізинін) та харчові волокна. Зсувні сили, що генеруються ультразвуком, покращують проникнення розчинника в клітинну матрицю рослинної речовини та, відповідно, покращують проникність клітинних мембран. Ці механізми потужного ультразвуку відповідають за значну інтенсифікацію процесу, досягнуту при застосуванні ультразвукової обробки для рослинної екстракції.

Хвилі потужного ультразвуку руйнують клітинну структуру рослин, вивільняють біоактивні сполуки та сприяють масопереносу між рослинним матеріалом і розчинником (наприклад, етанолом).

Результати ультразвукової екстракції артемізиніну, підтверджені дослідженнями

Було проведено кілька наукових досліджень, щоб вивчити ефективність і практичність ультразвукової екстракції артемізиніну з листя Artemisia annua.

Бріарс і Панівник показали, що «ультразвук при низьких температурах збільшує вихід артемізиніну, екстрагованого з A. annua, приблизно на 58%, а екстракти виглядають чистішими порівняно з традиційним настоюванням; тому використання ультразвуку під час екстракції має потенціал для виробництва більш дешевих препаратів на основі артемізиніну» (Briars and Paniwnyk, 2013).

Чжан та ін. (2017) досліджували ультразвукову екстракцію артемізиніну з використанням пропіленглікольметилового ефіру (PGME) як розчинника. Екстракт артемізиніну, отриманий за допомогою ультразвуку, аналізували методом надвисокоефективної рідинної хроматографії (UPLC). Результати аналізу підкреслили якість екстракту. Завдяки гарній відтворюваності процесу та стабільності екстрагованого артемізиніну, ультразвукова екстракція з використанням екологічного та ефективного моноефіру пропіленглікольметилового ефіру (PGME) як розчинника має великі перспективи в екстракції та розділенні біоактивних молекул із рослин. Ультразвукова екстракція з використанням пропіленглікольметилового ефіру (PGME) як розчинника призвела до високої загальної ефективності екстракції та високих виходів артемізиніну. (див. Zhang et al., 2017)

В іншому дослідженні Чжан та ін. (2020) представляють ультразвукову екстракцію артемізиніну з використанням гідроксипропіл-β-циклодекстрину. Додавання циклодекстрину покращує вивільнення погано розчинної у воді сполуки артемізиніну та дозволяє використовувати воду як розчинник із гарними виходами екстракції. Ультразвукова екстракція в поєднанні з циклодекстрином збільшила кількість артемізиніну до 8,66 mg/g, що значно більше, ніж відповідна кількість 1,70 mg/g, отримана у воді.

Високоефективні ультразвукові екстрактори для виробництва артемізиніну

Високоефективні системи ультразвукової екстракції від Hielscher Ultrasonics використовуються у всьому світі на рівнях R&D, малого, середнього та повністю комерційного виробництва в різних галузях, таких як виробництво продуктів харчування, дієтичних добавок та фармацевтичних препаратів. Високоефективні ультразвукові екстрактори інтенсифікують процес екстракції та збільшують вихід, тим самим покращуючи загальну ефективність виробництва екстрактів високої якості. Hielscher Ultrasonics пропонує обладнання для екстракції для будь-якого об’єму / виробничої потужності. Маючи досвід у рослинній екстракції протягом понад 25 років, Hielscher Ultrasonics є вашим надійним партнером для високоефективної ультразвукової екстракції з Artemisia annua!

Високопродуктивні, сучасні ультразвукові гомогенізатори

Розумні функції ультразвукових гомогенізаторів Hielscher розроблені для гарантування надійної роботи, відтворюваних результатів та зручності використання. Параметри роботи можна легко налаштувати через інтуїтивне меню, доступне за допомогою цифрового кольорового сенсорного дисплея та дистанційного керування через браузер. Тому всі умови обробки, такі як чиста енергія, загальна енергія, амплітуда, час, тиск і температура, автоматично записуються на вбудовану SD-карту. Це дозволяє переглядати та порівнювати попередні цикли ультразвукової обробки, а також оптимізувати процес екстракції артемизініну для досягнення найвищої ефективності.
Системи Hielscher Ultrasonics використовуються у всьому світі для виробництва високоякісних ботанічних екстрактів. Промислові ультразвукові гомогенізатори Hielscher можуть легко працювати з високими амплітудами в безперервному режимі (24/7/365). Амплітуди до 200µm можна легко генерувати безперервно зі стандартними сонотродами (ультразвукові зонди / рупори). Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Завдяки своїй надійності та низьким вимогам до обслуговування, наші системи ультразвукової екстракції зазвичай встановлюються для важких умов експлуатації та у складних середовищах.

Зв’яжіться з нами зараз, щоб дізнатися більше про ультразвукову екстракцію артемизініну з рослини Artemisia annua. Ми будемо раді надіслати вам інформацію про наші системи ультразвукової екстракції та ціни! Наш досвідчений персонал буде радий обговорити з вами ваші потреби щодо застосування та обробки!
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність наших ультразвукових гомогенізаторів: