استخلاص المركبات الفعالة من النواتج الثانوية للعنب والنبيذ بالموجات فوق الصوتية
العنب (Vitis vinifera) والنواتج الثانوية للكرمة والنبيذ غنية بالبوليفينولات وغيرها من المواد النشطة بيولوجيًا، وهي مركبات قيّمة لإنتاج المكملات الطبية والغذائية. يتيح الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عزل المركبات المشتقة من العنب والكرمة بسهولة وكفاءة عالية جدًا (مثل تفل العنب والبذور والأوراق والسيقان ورواسب النبيذ). ويتسم الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية بالسرعة والموثوقية، ويتفوق على طرق الاستخلاص الأخرى بمردود أعلى، وظروف استخلاص ألطف، ووقت استخلاص أقصر، وتكلفة أقل.
استخلاص المركبات الكيميائية النباتية من العنب والكرمة بالموجات فوق الصوتية
تشمل النواتج الثانوية لكروم العنب وعملية صناعة النبيذ لبّ العنب والتفل (القشور والبذور) ورواسب النبيذ وأوراق العنب والسيقان والقصبات، وهي تشكّل ما يصل إلى 30−40% w/w من المواد الصلبة، التي يُتخلّص من معظمها كنفايات دون استخدامها. ومع اكتشاف غنى هذه النواتج الثانوية للعنب والنبيذ بالبوليفينولات وغيرها من المركبات النشطة بيولوجيًا، يتزايد استخدام الصناعة لهذه المواد النباتية لإنتاج مستخلصات قيّمة. ويُستهلك الريسفيراترول والأنثوسيانيدينات والبروأنثوسيانيدين وquercitin وغيرها من المواد الموجودة في العنب والكرمة (Vitis vinifera) بالفعل على نطاق واسع بوصفها مكملات طبية وغذائية. وتُستخدم مستخلصات النواتج الثانوية لـ Vitis vinifera في الصناعات الدوائية والغذائية باعتبارها مصدرًا للمركبات المعززة للصحة، مع دعم الزراعة المستدامة في الوقت نفسه. ويسهّل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تحرير المركبات النشطة بيولوجيًا من العنب ونواتجه الثانوية. ويُعدّ الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية تقنية استخلاص راسخة منذ زمن طويل، تُستخدم لاستخلاص المركبات الدوائية والغذائية. وتوفر هذه التقنية مردودًا مرتفعًا جدًا من المستخلصات خلال إجراء استخلاص قصير، وتعمل مع أي مذيب (مثل الماء والإيثانول والأيزوبروبانول والهكسان وغيرها).
تركيب صناعي لجهاز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية UIP4000hdT لإنتاج المستخلصات النباتية.
- مردود استخلاص مرتفع
- مستخلص عالي الجودة
- عملية سريعة
- معالجة غير حرارية
- متوافق مع أي مذيب
- آمن وسهل التشغيل
- موفّر للطاقة
استخلاص البوليفينولات من بذور العنب بالموجات فوق الصوتية
بذور العنب غنية بالبروأنثوسيانيدينات، ولذلك تُعدّ مصدرًا ممتازًا لإنتاج مستخلصات البروأنثوسيانيدين للمكملات الطبية والغذائية. وقد تمكّن Thilakarathna وRupasinghe (2022) من إثبات الكفاءة الفائقة للمعالجة بالموجات فوق الصوتية عند درجات حرارة مرتفعة ومضبوطة، مما أدى إلى مردود أعلى من البروأنثوسيانيدين ووقت استخلاص أقصر بكثير (53 min. بالموجات فوق الصوتية مقابل 150 h بالاستخلاص التقليدي بالمذيبات!).
أدى استخدام الحرارة والمعالجة بالموجات فوق الصوتية إلى تقليل وقت الاستخلاص بدرجة كبيرة (وقت المعالجة بالموجات فوق الصوتية 53 min) وتقليل الكمية المطلوبة من الإيثانول المائي (10.14:1 v:w)، مع زيادة مردود PAC بدرجة ملحوظة (16.1 mg CE/g FW مقابل قيمة متوقعة تبلغ 26.6 mg CE/g FW). وكانت الظروف المثلى النهائية هي إيثانول بتركيز 47%، ونسبة s:s تبلغ 10:1 (v:w)، ووقت معالجة بالموجات فوق الصوتية يبلغ 53 min، ودرجة حرارة استخلاص تبلغ 60◦C.
إنتاج مستخلص أوراق العنب بكفاءة باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية
أوراق كرمة العنب الشائعة (Vitis vinifera) غنية بالريسفيراترول والأنثوسيانيدينات والكيرسيتين والأيزوكيرسيتين، فضلًا عن العديد من المركبات الأخرى النشطة بيولوجيًا، والتي تُعطى غالبًا في صورة مستخلصات لأغراض طبية وصحية.
ثبت أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية يوفر مردودًا مرتفعًا من مستخلص كامل الطيف من أوراق العنب، مما يجعل عملية الاستخلاص فعالة جدًا. وقد ثبت أن الإيثانول المائي هو المذيب المفضّل لمستخلصات كرمة العنب، لما يتمتع به من قدرة ممتازة على إذابة الجزيئات المستهدفة ولخلوّه من السمية. ولا تستغرق عملية الاستخلاص باستخدام الموجات فوق الصوتية سوى بضع دقائق، ويمكن تنفيذها على دفعات أو في نمط التدفق المستمر.
فعلى سبيل المثال، يمكن تنقية الريسفيراترول المستخلص بالموجات فوق الصوتية من أوراق العنب باستخدام عمود من الكربون متوسط المسام، مما يزيد نقاء الريسفيراترول من 2.1 إلى 20.6%. (راجع Sun et al., 2018)
تركيب جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UIP4000hdT لمعالجة النبيذ صناعيًا بمعدلات تدفق مرتفعة.
استخلاص الستيلبينويدات من سيقان العنب بالموجات فوق الصوتية
يؤدي بروتوكول الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الذي وضعه Piñeiro et al. (2013) إلى استرداد مرتفع للستيلبينات مثل trans-resveratrol وε-viniferin وpiceatannol وvitisin B، التي توجد أساسًا في قصبات العنب وسيقانه.
ملخص رسومي للدراسة المتعلقة باستخلاص الستيلبينويدات من سيقان العنب بالموجات فوق الصوتية.
(الدراسة والصورة: Piñeiro et al., 2013)
باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP200S (200W, 24kHz)، يمكن استخلاص الستيلبينويدات الرئيسية الموجودة في سيقان العنب خلال 15 min، باستخدام درجة حرارة استخلاص تبلغ 75°C وإيثانول بتركيز 80% بوصفه مذيب الاستخلاص، دون الحاجة إلى خطوة تنظيف بمذيب عضوي. وقد أتاحت الطريقة المحسّنة تحليل محتوى الستيلبينويدات بسهولة وفعالية في 22 عينة من سيقان العنب.
مخطط التأثيرات الرئيسية على متوسط الاسترداد (المساحة 10.000−1) بالاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP200S مع تطبيق معلمات مختلفة: piceatannol (a)، وtrans-resveratrol (b)، وε-viniferin (c)، وvitisin-B (d).
(الدراسة والرسوم البيانية: Piñeiro et al., 2013)
مخطط كروماتوغرافي HPLC-DAD للمستخلص المرجعي الغني بالستيلبينويدات.
(الدراسة والرسوم البيانية: Piñeiro et al., 2013)
جهاز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية UP400St لتحضير مستخلصات من العنب والكرمة (مثل تفل العنب والبذور والأوراق والسيقان ورواسب النبيذ).
أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء للاستخلاص من العنب والكرمة
أجهزة الاستخلاص من Hielscher Ultrasonics راسخة في مجال الاستخلاص النباتي، مهما كانت المواد النباتية أو المذيبات المستخدمة. ويجد منتجو المستخلصات – سواء المصنّعون المتخصصون في المستخلصات الحصرية بكميات محدودة أو المنتجون بكميات كبيرة على نطاق واسع – ضمن مجموعة معدات Hielscher الواسعة معدات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية المثالية لمتطلبات إنتاجهم. وتتوفر بسهولة تجهيزات للمعالجة على دفعات وللمعالجة المستمرة ضمن خط الإنتاج، ويمكن شحنها في اليوم نفسه.
استخلاص عالي الكفاءة باستخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher
تعمل أجهزة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من Hielscher على تفكيك الخلايا النباتية بكفاءة، وزيادة المساحة السطحية للمادة النباتية بما يسمح بنفاذ المذيب، وتحسين انتقال الكتلة، مما يؤدي إلى تحرير سريع وكامل للمركبات الكيميائية النباتية (المستقلبات الثانوية). وقد صُممت أجهزة الاستخلاص من Hielscher لتكون سهلة الاستخدام، ويمكن تركيبها بسرعة وتشغيلها بأمان وبطريقة بديهية.
يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على سعة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أعلى | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
تصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتطبيقات الخلط والتشتيت والاستحلاب والاستخلاص على النطاق المختبري والتجريبي والصناعي.
المؤلفات / المراجع
- Ceferino Carrera, Ana Ruiz-Rodríguez, Miguel Palma, Carmelo G. Barroso (2015): Ultrasound-assisted extraction of amino acids from grapes. Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 22, 2015. 499-505.
- Piñeiro, Z.; Guerrero, R. F.; Fernández-Marin, M. I.; Cantos-Villar, Emma; Palma, M. (2013): Ultrasound-Assisted Extraction of Stilbenoids from Grape Stems. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61(51), 2013. 12549–12556.
- M. Palma; C.G. Barroso (2002): Ultrasound-assisted extraction and determination of tartaric and malic acids from grapes and winemaking by-products. Analytica Chimica Acta, 458(1), 2002. 119–130.
- Thilakarathna, W.P.D.W.; Rupasinghe, H.P.V. (2022): Optimization of the Extraction of Proanthocyanidins from Grape Seeds Using Ultrasonication-Assisted Aqueous Ethanol and Evaluation of Anti-Steatosis Activity In Vitro. Molecules 27, 1363.
التراكيب الكيميائية لـ piceatannol (a)، وtrans-resveratrol (b)، وisorhapontigenin (c)، وε-viniferin (d)، وvitisin-B (e).
(الدراسة والرسوم البيانية: Piñeiro et al., 2013)
حقائق جديرة بالمعرفة
مبدأ عمل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
تُحدث الموجات فوق الصوتية عالية القدرة ومنخفضة التردد تذبذبًا وتجويفًا صوتيًا في وسط سائل، مما يؤدي إلى اضطرابات شديدة وخلط وتفكيك الخلايا وانتقال مرتفع للكتلة. وتُطبّق هذه التأثيرات فوق الصوتية على المواد النباتية لتفكيك البنى الخلوية مثل جدران الخلايا والحويصلات. وبفضل انتقال الكتلة المرتفع، تتحرر المركبات الموجودة داخل الخلايا، مثل المركبات الكيميائية النباتية (البوليفينولات والفلافانولات ومضادات الأكسدة وغيرها)، إلى المذيب المحيط. وتجعل شدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية هذه الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة عزل متفوقة لإنتاج مكونات المنتجات الطبيعية. ويُعدّ الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية استخلاص راسخة تُستخدم في إنتاج الأغذية والمستحضرات الدوائية منذ عقود.
تعمل الموجات فوق الصوتية عالية القدرة على تفكيك البنية الخلوية للمواد النباتية، وتحرير المركبات النشطة بيولوجيًا، وتعزيز انتقال الكتلة بين المادة النباتية والمذيب (مثل الإيثانول).
