Alkaloid Extraction using a Probe-Ultrasonicator

Các ancaloit là các hợp chất hoạt tính sinh học, có thể được chiết xuất hiệu quả từ thực vật bằng cách sử dụng siêu âm. Các ancaloit thể hiện một loạt các hiệu ứng sinh học và do đó được sử dụng làm dược phẩm và trị liệu. Khai thác siêu âm là kỹ thuật ưa thích để sản xuất chiết xuất alkaloid chất lượng cao từ nguyên liệu thực vật. Khai thác siêu âm kết quả trong năng suất alkaloid rất cao, trong khi thời gian khai thác là ngắn và các thiết bị siêu âm là an toàn và dễ dàng để hoạt động.

Khai thác alkaloid hiệu quả cao bằng cách sử dụng Power-Ultrasound

Làm thế nào để khai thác siêu âm thúc đẩy sự cô lập của các ancaloit?
Khai thác siêu âm sử dụng sóng siêu âm tần số thấp (ví dụ tần số 20-26kHz) và hiệu ứng siêu âm của cavitation âm thanh. Sóng siêu âm cường độ cao tạo ra bong bóng xâm thực sụp đổ, tạo ra chênh lệch áp suất và nhiệt độ dày đặc năng lượng cục bộ cũng như lực cắt mạnh, đục lỗ và phá vỡ thành tế bào thực vật và mô thực vật mở. Dòng chất lỏng được tạo ra bởi cavitation thúc đẩy sự chuyển khối lượng giữa ma trận nội bào và dung môi xung quanh để các ancaloit được giải phóng hiệu quả. Đối với khai thác alkaloid siêu âm, vật liệu thực vật (ví dụ như lá khô mặt đất) được đặt trong dung môi, thường là hỗn hợp nước và dung môi hữu cơ như ethanol nước. Các dung môi phân cực như metanol và ethanol đã được tìm thấy là hiệu quả nhất đối với năng suất alkaloid cao. Sau khi xử lý siêu âm ngắn của bùn – bao gồm nguyên liệu thực vật và dung môi – Các ancaloit được giải phóng khỏi tế bào thực vật và có mặt trong dung môi, từ đó chúng có thể được phân lập và tinh chế (ví dụ sử dụng thiết bị bay hơi rôto).

Ưu điểm chính của khai thác alkaloid siêu âm

Khai thác siêu âm được coi là kỹ thuật khai thác vượt trội để cô lập các ancaloit từ nguyên liệu thực vật vì nó cung cấp một số lợi thế, bao gồm:

1. Tăng hiệu quả khai thác: Khai thác siêu âm có thể làm tăng năng suất của các ancaloit hơn 200% so với các phương pháp khai thác truyền thống.
2. Giảm thời gian khai thác: Khai thác siêu âm có thể làm giảm đáng kể thời gian khai thác, cho phép xử lý nhanh hơn và hiệu quả hơn khối lượng lớn nguyên liệu thực vật.
3. Tiêu thụ dung môi thấp hơn: Khai thác siêu âm có thể làm giảm lượng dung môi cần thiết để khai thác, dẫn đến giảm tiêu thụ dung môi và giảm tác động môi trường.
4. Trích xuất chọn lọc: Khai thác siêu âm có thể được sử dụng để chọn lọc chiết xuất một số ancaloit bằng cách chọn dung môi phù hợp, thông số quá trình và nhiệt độ khai thác. Khi các hợp chất không mong muốn bị bỏ lại phía sau, độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng được cải thiện.
5. Dễ dàng mở rộng quy mô: Khai thác siêu âm có thể dễ dàng mở rộng quy mô để xử lý khối lượng lớn hơn của nguyên liệu thực vật, làm cho nó phù hợp cho sản xuất thương mại. Quá trình siêu âm có thể được thu nhỏ tuyến tính, tạo điều kiện cho việc thực hiện ở quy mô công nghiệp.

Nhìn chung, khai thác siêu âm cung cấp một cách tiếp cận nhanh hơn, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn để cô lập các ancaloit từ nguyên liệu thực vật.

Khai thác alkaloid siêu âm từ lá của cây mãng cầu xiêm

Nolasco-González et al. (2022) đã nghiên cứu hiệu quả và hiệu quả của việc khai thác siêu âm các hợp chất hoạt tính sinh học bao gồm các hợp chất phenolic, ancaloit, acetogenin (tất cả đều có khả năng chống oxy hóa cao) từ lá của loài thực vật Annona muricata (cây mãng cầu xiêm). Để khai thác siêu âm, họ đã sử dụng máy siêu âm loại đầu dò UP400S ở các điều kiện sau: biên độ 80%, chu kỳ xung 0,7 giây, trong 4,54 phút. Tổng phenol hòa tan (TSP) được chiết xuất bằng cách sử dụng 0,5 g bột lá khô và 20 ml acetone: nước (80:20 v / v). Chiết xuất sản xuất ultrasonically chứa 178,48 mg / 100 ml phenol hòa tan, 20,18 mg / 100 mL tổng flavonoid, 27,81 mg / 100 mL polyphenol thủy phân, 167,07 mg / 100 ml tannin đặc, 30,44 mg / 100 ml tổng số ancaloit và 14,62 mg / 100 ml acetogenin tổng số. Chiết xuất được phân lập với máy siêu âm loại đầu dò U400S (xem hình bên trái) thể hiện khả năng chống oxy hóa cao và hàm lượng hợp chất hoạt tính sinh học cao hơn từ ~ 6 đến ~ 927 lần so với thuốc sắc hoặc truyền, tùy thuộc vào loại hợp chất. Hai mươi bốn hợp chất phenolic khác nhau đã được xác định trong các mẫu, và chiết xuất siêu âm cô lập tạo ra nồng độ cao nhất.
[xem Nolasco-González và cộng sự, 2022]

Khả năng chống oxy hóa của chiết xuất thu được bởi các điều kiện tối ưu của khai thác hỗ trợ siêu âm (UAE), thuốc sắc và truyền. Chiết xuất siêu âm luôn cho thấy khả năng chống oxy hóa cao hơn đáng kể.
(Nghiên cứu và đồ họa: ©Nolasco-González và cộng sự, 2022)

Sắc ký HPLC của các hợp chất phenolic từ chiết xuất siêu âm cô lập của lá Annona muricata bằng cách sử dụng ultrasonicator UP400S.
(1) axit shikimic, (2) axit gallic, (3) axit protocatechuic, (4) axit neochlorogenic,
(5) 3,4-dihydroxyphenylacetic, (6) axit 4-hydroxybenzoic, (7) axit chlorogenic, (8) 4-hydroxyphenyl acetic, (9) axit vanillic, (10) axit syringic, (11) axit 3-hydroxybenzoic, (12) axit caffeic, (13) 4-hydroxybenzaldehyd, (14) axit homovanillic, (15) 3- (4-hydroxyphenyl), (16) axit p-coumaric, (17) axit trans-ferulic, (18) axit trans-cinnamic, (19) gallocatechin, (20) epigallocatechin, (21) catechin, (22) epicatechin, (23) rutin, (24) axit ellagic.
(Nghiên cứu và đồ họa: ©Nolasco-González và cộng sự, 2022)

Lee et al. (2021) đã có kết quả xác nhận tương tự khi họ báo cáo nhiều hơn 2,3 lần các ancaloit từ lá A. muricata được chiết xuất dưới siêu âm (340 W, 56◦C, 30 phút) so với chiết xuất Soxhlet (7 h, 80 ◦C).

Indole Alkaloid khai thác từ Mimosa Root Bark và Ayahuasca bằng cách sử dụng một Ultrasonicator

Vỏ rễ Mimosa cũng như lá ayahuasca chứa alkaloid N, N-dimethyltryptamine (DMT). Dimethyltryptamine (DMT) hiện đang được nghiên cứu trong các thử nghiệm lâm sàng về tác dụng gây ảo giác của nó và do đó là một loại thuốc tiềm năng để điều trị trầm cảm và rối loạn căng thẳng sau chấn thương (PTSD). Ultrasonication có hiệu quả thúc đẩy việc phát hành và cô lập các alkaloid từ rễ Mimosa hostilis và lá Psychotria viridis (ayahuasca). Khai thác DMT siêu âm tạo ra năng suất cao trong thời gian rất ngắn. Tương thích với hầu hết các dung môi, Hielscher thăm dò loại ultrasonicators được sử dụng để sản xuất các hợp chất hoạt tính sinh học cấp dược phẩm để sử dụng trong nghiên cứu và thiết lập y tế cũng như để chuẩn bị mẫu trước khi phân tích chất lượng và kiểm tra hiệu lực. Do đó, Hielscher ultrasonicators có thể tạo điều kiện cho DMT y tế và nghiên cứu thực vật theo nhiều cách.
Nguồn phổ biến nhất của indole akaloid N, N-dimethyltryptamine (DMT) trong cây jurema, nó đến từ rễ Mimosa hostilis (thường được gọi là jurema preta). Ayahuasca là tên truyền thống của một loài thực vật khác, trong đó lá của cây bụi Psychotria viridis rất giàu DMT.
Cả hai, vỏ rễ mimosa (cũng là mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark; viết tắt MHRB) và lá ayahuasca đều chứa các hợp chất hoạt tính sinh học khác nhau, hiện đang được nghiên cứu trong các thử nghiệm lâm sàng về tiềm năng của chúng như một loại thuốc điều trị. Vỏ rễ Mimosa chứa tannin, saponin, tryptamines, ancaloit, lipid, phytoindoles, xylose, phytosterol, glucoside, rhamnose, arabinose, methoxychalcones, lupeol và kukulkanin. Các hợp chất hoạt tính sinh học này có thể được chiết xuất hiệu quả từ vỏ rễ bằng cách sử dụng ultrasonicators loại thăm dò. Khai thác siêu âm là kỹ thuật vượt trội để cô lập các chất mục tiêu như ancaloit từ vật liệu thực vật như vỏ rễ mimosa và lá ayahuasca. Sonication vượt trội bằng cách cho năng suất cao trong thời gian khai thác rất ngắn. Điều kiện xử lý nhẹ đảm bảo chất lượng chiết xuất cao nhất ngăn ngừa sự xuống cấp không mong muốn của các phân tử hoạt động.

Thiết lập khai thác để cách ly thực vật: Probe-type ultrasonicator UP400ST, Bộ lọc chân không Büchi và thiết bị bay hơi cánh quạt để chiết xuất các chất phytochemical như ancaloit và phenol.

Hielscher Ultrasonicators để khai thác alkaloid hiệu quả

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối máy vắt siêu âm hiệu suất cao, được sử dụng cho nghiên cứu khoa học cũng như sản xuất chiết xuất cấp dược phẩm.
Hiệu quả khai thác vượt trội:Khai thác hỗ trợ siêu âm là một kỹ thuật đã được khoa học chứng minh với hiệu quả cao phi thường liên quan đến việc chiết xuất các hợp chất hoạt tính sinh học từ thực vật. Trong khi các phương pháp truyền thống thường mất nhiều thời gian (vài giờ đến vài ngày), khai thác thực vật siêu âm chỉ mất vài phút.

Năng suất khai thác cao và chất lượng chiết xuất vượt trội với Hielscher Ultrasonicators

Khai thác bằng siêu âm cho phép giải phóng hoàn toàn các hợp chất hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật. Siêu âm cavitation phá vỡ ma trận tế bào và giải phóng các phân tử hoạt tính sinh học hiệu quả vào dung môi xung quanh. Các nghiên cứu so sánh đã chứng minh rằng sonication cho năng suất chiết xuất cao hơn các kỹ thuật chiết xuất khác (ví dụ Soxhlet, maceration, thuốc sắc, truyền). Khai thác siêu âm tương thích với bất kỳ dung môi nào và do đó cũng cho phép sử dụng dung môi rất nhẹ như nước hoặc ethanol nước. Liên quan đến các yêu cầu chiết xuất cụ thể, dung môi phân cực và không phân cực có thể được chọn và chuyển đổi giữa các dung môi không có vấn đề gì. Kiểm soát chính xác các thông số quá trình (ví dụ biên độ), sử dụng dung môi nhẹ và kiểm soát nhiệt độ chính xác ngăn ngừa sự xuống cấp và ô nhiễm của các hợp chất hoạt tính sinh học (ví dụ như ancaloit, polyphenol, flavonoid, cannabinoid, vv) trong quá trình khai thác siêu âm.

Ứng dụng linh hoạt của Hielscher Ultrasonicators

Trong khi các kỹ thuật khai thác thay thế (ví dụ, CO2 siêu tới hạn, chiết xuất dung môi, thẩm thấu, vv) thường chỉ áp dụng cho việc khai thác các phân tử cụ thể tùy thuộc vào trọng lượng phân tử, độ hòa tan và độ nhạy nhiệt, việc khai thác với Hielscher ultrasonicators hiệu suất cao cho phép khai thác linh hoạt của bất kỳ hợp chất thực vật. Khai thác hỗ trợ siêu âm có thể được áp dụng một cách đáng tin cậy để chiết xuất các chất chiết xuất phổ rộng có chứa các hợp chất hoạt tính sinh học như polyphenol, ancaloit, anthraquinone, flavonoid, glycoside, lipid, pectin và polysacarit.

Hiệu quả năng lượng tuyệt vời và thân thiện với môi trường

Tiêu thụ năng lượng của khai thác hỗ trợ siêu âm ít hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống trong việc chiết xuất các hợp chất dược liệu từ thực vật.

Độ tin cậy do tiêu chuẩn hóa quá trình với siêu âm Hielscher

Hielscher ultrasonicators cho phép kiểm soát chính xác tất cả các thông số quá trình siêu âm như biên độ, cường độ, thời gian, và nhiệt độ. Các thông số quá trình có thể dễ dàng kiểm soát và được theo dõi liên tục. Ngoài ra, tất cả các tham số quy trình được tự động giao thức dưới dạng tệp CSV trên thẻ SD tích hợp. Điều này cho phép người vận hành sửa đổi các lần chạy sonication, để tối ưu hóa quá trình khai thác và đảm bảo chất lượng chiết xuất nhất quán. Hielscher ultrasonicators cho phép các nhà sản xuất để sản xuất chiết xuất thực vật của chất lượng cao và tạo điều kiện cho việc thực hiện tốt thực hành sản xuất (GMP).

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: