Chiết xuất artemisinin hiệu quả cao bằng xử lý siêu âm

Artemisinin có thể được chiết xuất hiệu quả bằng xử lý siêu âm hiệu năng cao. Chiết xuất bằng siêu âm mang lại hiệu suất thu hồi artemisinin rất cao khi sử dụng các dung môi dịu nhẹ. Quá trình chiết xuất có sử dụng siêu âm được đẩy nhanh đáng kể. Các điều kiện xử lý trong thiết bị chiết xuất siêu âm có thể được kiểm soát chính xác, giúp ngăn ngừa sự phân hủy của phân tử sinh học nhạy nhiệt artemisinin.

Chiết xuất artemisinin

Artemisinin là một phân tử có hoạt tính sinh học hiện diện trong các tuyến lông tiết của cây Artemisia annua, được sử dụng làm thuốc chống sốt rét và cho thấy tiềm năng lớn trong việc dùng làm thuốc điều trị một số bệnh khác, bao gồm ung thư và SARS-CoV-2. Phương pháp chiết xuất truyền thống sử dụng các dung môi độc hại và là một quy trình tốn kém, chưa tối ưu. Để sản xuất artemisinin ở quy mô lớn trong các điều kiện thuận lợi về môi trường và kinh tế, cần có một kỹ thuật chiết xuất hiệu quả và xanh. Chiết xuất bằng siêu âm là phương pháp chiết xuất đã được ứng dụng rộng rãi, có thể kết hợp với nước hoặc ethanol làm dung môi không độc hại. Chiết xuất bằng siêu âm đã được chứng minh là mang lại hiệu suất thu hồi artemisinin cao, nhờ đó có thể nhanh chóng mở rộng sản xuất artemisinin lên khối lượng lớn. Thiết bị chiết xuất siêu âm để xử lý theo mẻ và trên dây chuyền ở quy mô công nghiệp hiện có sẵn.

Chiết xuất artemisinin từ Artemisia annua bằng siêu âm

Việc sử dụng siêu âm công suất cao để chiết xuất vượt trội hơn các phương pháp chiết xuất khác ở nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm hiệu suất thu hồi, thời gian chiết xuất, tính thân thiện với môi trường và hiệu quả chi phí.

Nhược điểm của phương pháp chiết xuất artemisinin truyền thống

Các phương pháp chiết xuất artemisinin truyền thống tốn nhiều thời gian, có thể làm hỏng các phân tử artemisinin có hoạt tính sinh học do nhiệt độ cao được áp dụng, đồng thời gây tác động lớn đến môi trường do sử dụng dung môi hữu cơ ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, ở công đoạn xử lý sau chiết xuất, cần tinh sạch kỹ lưỡng để loại bỏ tạp chất khỏi dịch chiết thô.

Ưu điểm của chiết xuất artemisinin bằng siêu âm

Việc sử dụng siêu âm công suất cao để chiết xuất tạo ra một số tác động tích cực giúp tăng cường quá trình chiết xuất: Siêu âm hiệu năng cao tạo ra hiện tượng xâm thực âm. Hiện tượng xâm thực âm này thúc đẩy quá trình chiết xuất thực vật bằng cách phá vỡ tế bào, nhờ đó giải phóng các phân tử sinh học bị giữ bên trong khỏi ma trận tế bào của thực vật. Ngoài ra, các lực xâm thực tăng cường truyền khối, vận chuyển hiệu quả các phân tử sinh học như artemisinin vào dung môi xung quanh. Nguyên lý hoạt động của chiết xuất bằng siêu âm có thể được quy về các lực cơ học thuần túy của hiện tượng xâm thực. Điều này có nghĩa là xử lý siêu âm là một kỹ thuật chiết xuất phi nhiệt, phi hóa học. Đặc tính phi nhiệt khiến chiết xuất bằng siêu âm trở nên đặc biệt thuận lợi vì artemisinin là một hợp chất nhạy nhiệt, nghĩa là nhiệt độ cao hơn (ví dụ: 70°C) sẽ khiến hợp chất này phân hủy. Do đó, không thể đun sôi Artemisia annua L. trong nước nóng để thu được artemisinin.

Dung môi xanh cho chiết xuất artemisinin bằng siêu âm

Các dung môi chiết xuất truyền thống được sử dụng để sản xuất artemisinin bao gồm hexane, ether dầu mỏ hoặc dichloromethane. Chiết xuất bằng siêu âm tương thích với mọi dung môi, bao gồm các dung môi xanh, dịu nhẹ như ethanol hoặc nước. Chiết xuất artemisinin bằng siêu âm với ethanol có hiệu quả tương đương khi so với các dung môi mạnh. Do artemisinin ít tan trong nước, có thể sử dụng cyclodextrin để cải thiện quá trình chiết xuất artemisinin bằng siêu âm trong nước lạnh.

Điều gì khiến chiết xuất artemisinin bằng siêu âm hiệu quả đến vậy?

Để hiểu những ưu điểm của chiết xuất có hỗ trợ siêu âm, cần hiểu nguyên lý hoạt động của siêu âm công suất cao. Cơ chế tăng cường chiết xuất của siêu âm công suất cao chủ yếu được quy cho hiện tượng xâm thực âm. Hiện tượng xâm thực siêu âm gây ra va chạm giữa các hạt sinh khối thực vật (chẳng hạn như lá Artemisia annua L.), dẫn đến sự phân mảnh do tương tác giữa các hạt và giảm kích thước hạt. Khi các bọt xâm thực sụp đổ trên bề mặt chất rắn thực vật, sự xói mòn và tạo lỗ bằng siêu âm tiếp tục làm tăng diện tích bề mặt hạt. Quá trình truyền khối được tăng cường nhờ đó tạo thuận lợi cho việc giải phóng các phân tử như protein, lipid, đường, vitamin, chất chống oxy hóa, các hợp chất hóa thực vật (ví dụ: artemisinin) và chất xơ thực phẩm. Các lực cắt do siêu âm tạo ra lần lượt cải thiện sự thâm nhập của dung môi vào nền tế bào của nguyên liệu thực vật và tăng tính thấm của màng tế bào. Những cơ chế này của siêu âm công suất cao tạo nên sự tăng cường đáng kể của quá trình khi áp dụng xử lý siêu âm để chiết xuất thực vật.

Sóng siêu âm công suất cao phá vỡ cấu trúc tế bào của thực vật, giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học và thúc đẩy quá trình truyền khối giữa nguyên liệu thực vật và dung môi (ví dụ: ethanol).

Kết quả chiết xuất artemisinin bằng siêu âm đã được chứng minh qua nghiên cứu

Một số nghiên cứu khoa học đã được thực hiện nhằm khảo sát hiệu quả và tính khả thi của việc chiết xuất artemisinin từ lá Artemisia annua bằng siêu âm.

Briars và Paniwnyk cho thấy “siêu âm ở nhiệt độ thấp làm tăng hiệu suất thu hồi artemisinin chiết xuất từ A. annua khoảng 58% và các dịch chiết có vẻ tinh khiết hơn so với phương pháp ngâm truyền thống; do đó, việc sử dụng siêu âm trong quá trình chiết xuất có tiềm năng tạo ra các phương pháp điều trị dựa trên artemisinin với chi phí thấp hơn.” (Briars and Paniwnyk, 2013)

Zhang và cộng sự (2017) đã nghiên cứu chiết xuất artemisinin bằng siêu âm sử dụng propylene glycol methyl ether (PGME) làm dung môi. Dịch chiết artemisinin thu được bằng siêu âm được phân tích bằng sắc ký lỏng hiệu năng siêu cao (UPLC). Kết quả phân tích khẳng định chất lượng của dịch chiết. Nhờ khả năng lặp lại tốt của quá trình và độ ổn định của artemisinin được chiết xuất, phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm sử dụng monoether propylene glycol methyl ether (PGME) xanh và hiệu quả làm dung môi cho thấy triển vọng lớn trong việc chiết xuất và phân tách các phân tử có hoạt tính sinh học từ thực vật. Chiết xuất bằng siêu âm sử dụng propylene glycol methyl ether (PGME) làm dung môi mang lại hiệu quả chiết xuất tổng thể cao và hiệu suất thu hồi artemisinin cao. (xem Zhang et al., 2017)

Trong một nghiên cứu khác, Zhang và cộng sự (2020) trình bày phương pháp chiết xuất artemisinin bằng siêu âm sử dụng hydroxypropyl-β-cyclodextrin. Việc bổ sung cyclodextrin cải thiện sự giải phóng hợp chất artemisinin ít tan trong nước và cho phép sử dụng nước làm dung môi với hiệu suất chiết xuất tốt. Chiết xuất bằng siêu âm kết hợp với cyclodextrin làm tăng lượng artemisinin lên 8,66 mg/g, cao hơn đáng kể so với lượng tương ứng là 1,70 mg/g thu được trong nước.

Thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu năng cao để sản xuất artemisinin

Các hệ thống chiết xuất siêu âm hiệu năng cao của Hielscher Ultrasonics được sử dụng trên toàn thế giới ở quy mô nghiên cứu và phát triển (R&D), sản xuất quy mô nhỏ, vừa và hoàn toàn thương mại trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất thực phẩm, thực phẩm bổ sung và dược phẩm. Các thiết bị chiết xuất siêu âm hiệu năng cao tăng cường quá trình chiết xuất và tăng hiệu suất thu hồi, qua đó cải thiện hiệu quả tổng thể của việc sản xuất dịch chiết chất lượng cao. Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị chiết xuất cho mọi thể tích / năng suất xử lý. Với hơn 25 năm kinh nghiệm trong chiết xuất thực vật, Hielscher Ultrasonics là đối tác đáng tin cậy của bạn trong chiết xuất siêu âm hiệu năng cao từ Artemisia annua!

Máy siêu âm hiệu suất cao, công nghệ tiên tiến nhất

Các tính năng thông minh của máy siêu âm Hielscher được thiết kế để bảo đảm vận hành đáng tin cậy, kết quả có thể tái lập và dễ sử dụng. Có thể dễ dàng truy cập và điều chỉnh các thông số vận hành thông qua menu trực quan, có thể truy cập qua màn hình cảm ứng màu kỹ thuật số và chức năng điều khiển từ xa qua trình duyệt. Do đó, tất cả các điều kiện xử lý như năng lượng thuần, tổng năng lượng, biên độ, thời gian, áp suất và nhiệt độ đều được tự động ghi lại trên thẻ SD tích hợp. Điều này cho phép bạn xem lại và so sánh các lần xử lý siêu âm trước đó, đồng thời tối ưu hóa quy trình chiết xuất artemisinin để đạt hiệu suất cao nhất.
Các hệ thống Hielscher Ultrasonics được sử dụng trên toàn thế giới để sản xuất dịch chiết thực vật chất lượng cao. Máy siêu âm công nghiệp Hielscher có thể dễ dàng vận hành ở biên độ cao trong chế độ hoạt động liên tục (24/7/365). Có thể dễ dàng tạo ra liên tục biên độ lên đến 200µm bằng các sonotrode tiêu chuẩn (đầu dò / đầu khuếch đại siêu âm). Đối với biên độ cao hơn nữa, có sẵn các sonotrode siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Nhờ độ bền và nhu cầu bảo trì thấp, các hệ thống chiết xuất siêu âm của chúng tôi thường được lắp đặt cho các ứng dụng tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.

Hãy liên hệ với chúng tôi ngay để tìm hiểu thêm về chiết xuất artemisinin từ cây Artemisia annua bằng siêu âm. Chúng tôi hân hạnh gửi đến bạn thông tin về các hệ thống chiết xuất siêu âm và giá cả! Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm của chúng tôi sẵn lòng trao đổi với bạn về ứng dụng và các yêu cầu xử lý của bạn!
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi: