استخلاص الكيرسيتين بالموجات فوق الصوتية

الكيرسيتين أحد أكثر البوليفينولات النباتية خضوعًا للدراسة، ويحظى بالتقدير لنشاطه المضاد للأكسدة ودوره في المكملات الغذائية والأغذية الوظيفية والمستحضرات الغذائية العلاجية. ونظرًا إلى حساسية الكيرسيتين وغليكوسيداته (مثل الروتين والإيزوكيرسيتين) للحرارة والأكسدة، فإن إنتاج مستخلص عالي النقاء يتطلب تقنية استخلاص فعالة ولطيفة وغير حرارية. وهنا تحديدًا يتفوق استخلاص الكيرسيتين بالموجات فوق الصوتية.

موجات فوق صوتية عالية الأداء لمستخلصات كيرسيتين عالية الجودة

يستخدم الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) موجات فوق صوتية عالية القدرة ومنخفضة التردد لتفكيك جدران الخلايا النباتية ميكانيكيًا وزيادة انتقال الكتلة بدرجة كبيرة، مما يحرر الكيرسيتين في المذيب خلال دقائق بدلًا من ساعات. وبالمقارنة مع النقع أو استخلاص Soxhlet أو الهضم الحراري، يحقق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية مردودًا أعلى وأوقات معالجة أقصر وأحجامًا أقل من المذيبات واحتفاظًا أفضل بالنشاط الحيوي – مما يجعله خيارًا جذابًا للمختبرات والمنشآت التجريبية والإنتاج على النطاق الصناعي للمستخلصات النباتية ومستخلصات البوليفينولات.

تأثيرات المعالجة بالموجات فوق الصوتية في البنية الخلوية: يتيح تفكيك جدران الخلايا الناجم عن الموجات فوق الصوتية تحرير الكيرسيتين والروتين من Euonymus alatus.
الصورة والدراسة: ©Yang and Zhang, 2008.

لماذا يتطلب الكيرسيتين طريقة استخلاص لطيفة

يوجد الكيرسيتين في كثير من الفواكه والخضراوات والأعشاب – بما فيها التفاح والبصل والتوت والشاي والعنب والخضراوات الورقية. وبصفته بوليفينولًا/فلافونولًا، يمكن أن يتحلل عند التعرض للحرارة لفترة طويلة أو لظروف قلوية شديدة أو عند ملامسة المذيب لفترة طويلة، مما يقلل المردود ويضر بجودة المستخلص النهائي. لذلك تساعد الطريقة اللطيفة وغير الحرارية والقصيرة المدة على الحفاظ على كمية الكيرسيتين المستخلص وجودته الوظيفية (قدرته المضادة للأكسدة).

كيف يعمل استخلاص الكيرسيتين بالموجات فوق الصوتية

دور التجويف الصوتي
تُنشئ الموجات فوق الصوتية عالية الشدة فقاعات تجويف مجهرية في السائل. ويولّد انهيارها الانفجاري نحو الداخل بقعًا ساخنة موضعية وقوى قص ونفاثات دقيقة تمزق جدران الخلايا النباتية وتفكك مصفوفات الأنسجة. ويؤدي ذلك إلى فتح الحيزات الخلوية التي يُخزَّن فيها الكيرسيتين وتسريع انتشاره إلى المذيب المحيط، فيتحرر المركب الفعال بسرعة أكبر وبصورة أكمل.

التسلسل النموذجي لعملية استخلاص الكيرسيتين بالموجات فوق الصوتية

1. التحضير: اطحن المادة النباتية الخام أو قطّعها أو جففها بالتجميد (مثل الأوراق والقشور والبذور) لزيادة مساحة السطح.
2. اختيار المذيب: اختر مذيبًا أخضر من الدرجة الغذائية، مثل الماء أو الإيثانول أو مزيج الماء–الإيثانول.
3. المعالجة بالموجات فوق الصوتية: أجرِ الاستخلاص بنمط الدفعات (مع التحريك) أو بنمط خلية التدفق المستمر لمدة 5–30 دقيقة.
4. الفصل: رشّح المستخلص أو عالجه بالطرد المركزي واسترجع السائل الغني بالكيرسيتين.
5. التركيز / التنقية: يمكن اختياريًا إجراء التجفيف أو الترسيب أو التنقية حسب الحاجة.

ملاحظة: تعتمد الأوقات المحددة وسعات الاهتزاز ونسب المذيبات على النوع النباتي والمصفوفة المستهدفة – ويمكن لخبرائنا في العمليات مساعدتك في تحسين معلمات العملية لمادتك الخام.

دراسة حالة: استخلاص الكيرسيتين بمساعدة الموجات فوق الصوتية

أظهر Sharifi وآخرون (2017) أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة فعالة وعملية لاستخلاص الفلافونويدات مثل الكيرسيتين من النباتات الطبية. وقد استخدموا جهاز Hielscher UP400St (400W، انظر الصورة على اليسار) عند ضبط سعة الاهتزاز على 50%. وُضعت أوراق الفجل (Raphanus Sativus) في الميثانول وعولجت بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 min.، مما أسفر عن مردود كيرسيتين قدره 11.8%. تفوق الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية مقارنةً بالتقنيات التقليدية مثل النقع واستخلاص Soxhlet والهضم الحراري. يتميز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بمردود أعلى وأوقات استخلاص أقصر بكثير وكميات أقل من المذيبات. ويولّد تطبيق الموجات فوق الصوتية التجويف، الذي يفكك جدران خلايا المادة النباتية ويعزز انتقال الكتلة. ولذلك فإن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية أكثر فعالية من الطرق التقليدية، ويتفوق في استخلاص الكيرسيتين من المصفوفات العضوية. ورغم أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية لم يتطلب سوى 10 min. – مقارنةً بأوقات استخلاص تبلغ 24hrs للنقع و60min. للهضم الحراري و24hrs لاستخلاص Soxhlet – فإن كمية الكيرسيتين المستخلصة بالموجات فوق الصوتية كانت أعلى من الكمية المستخلصة بالهضم والنقع واستخلاص Soxhlet.

يحقق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية (UAE) مردودًا أعلى بكثير من الكيرسيتين في أوقات استخلاص أقصر مقارنةً بطرق الاستخلاص التقليدية.
المصدر: Sharifi at al., 2017

معدات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

تتخصص Hielscher Ultrasonics في تصنيع معالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج مستخلصات عالية الجودة من النباتات.
تقدم Hielscher مجموعة واسعة من المنتجات تمتد من أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المختبرية الصغيرة والقوية إلى الأنظمة المتينة الموضوعة على طاولة المختبر والأنظمة الصناعية بالكامل، والتي توفر موجات فوق صوتية عالية الشدة لاستخلاص المواد النشطة حيويًا وعزلها بكفاءة (مثل البوليفينولات، الجينجيرول, البيبيرين, الكركمين وغيرها). تتميز جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية بقدرات من 200 واط إلى 16,000 واط بشاشة ملونة للتحكم الرقمي وبطاقة SD مدمجة لتسجيل البيانات تلقائيًا والتحكم عن بُعد عبر المتصفح والعديد من الميزات الأخرى السهلة الاستخدام. ويمكن تعقيم السونوترودات وخلايا التدفق (الأجزاء التي تلامس الوسط) في الأوتوكلاف، كما يسهل تنظيفها. صُممت جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا للتشغيل على مدار 24/7، وتتطلب صيانة قليلة، وهي سهلة وآمنة التشغيل.
تتيح الشاشة الرقمية الملونة التحكم بسهولة في جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية، مما يسمح بضبط العملية بدقة. وتستطيع أنظمتنا توفير سعات اهتزاز تتراوح من منخفضة إلى عالية جدًا. ولاستخلاص البوليفينولات مثل الكيرسيتين، نقدم سونوترودات خاصة للموجات فوق الصوتية (تُعرف أيضًا باسم مجسات أو أبواق الموجات فوق الصوتية) جرى تحسينها للعزل اللطيف للمواد الفعالة الحساسة عالية الجودة. وتتيح متانة أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher التشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات الصعبة.
يضمن التحكم الدقيق في معلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية قابلية تكرار النتائج وتوحيد العملية.