Ултразвукова екстракция на полифеноли от багибути (Stachys parviflora)

Екстрактите от растението багибути (Stachys parviflora L.) се ценят като билково лекарство, използвано за лечение на спазми, артралгия, епилепсия, падуча болест и дракункулоза. Ултразвуковите екстрактори се прилагат успешно за изолиране на полифеноли и други фитохимикали от Stachys parviflora.

Какво прави ултразвуковата екстракция по-добра? – Принцип на действие и предимства на мощния ултразвук

Когато трябва да се изолират биоактивни съединения (т.е. фитохимикали, вторични метаболити) от растения, клетъчните структури на растителния материал трябва да бъдат разрушени, за да се освободят целевите съединения. Ултразвуковата екстракция е високоефективен метод за изолиране на цялото количество фитохимикали от растения (напр. Stachys parviflora, билки и др.) чрез бърз процес на екстракция. Прилагането на ултразвук с висока мощност предизвиква силни кавитационни ефекти, смущения / турбулентност и високоскоростни потоци в течността. Тези ултразвукови сили подпомагат разрушаването на клетките и смесването на макро- и микрониво. Освен това проникването на разтворителя, разтварянето на биоактивните съединения и масопреносът се подобряват значително. Това прави екстракцията с помощта на ултразвук високоефективна и води до по-високи добиви на екстракт за кратко време на обработка.

Ползите от фитохимикалите от багибути (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., широко известно като „багибути“, е вид от Lamicae. Съединенията на Stachys parviflora, като иридоиди, флавоноиди, фенолни киселини и дитерпеноиди, са описани като вторични метаболити и са известни със своите свойства срещу нефрит, противовъзпалителни свойства, способност да улавят свободни радикали и антимикробни свойства.

Ултразвукова екстракция на биоактивни съединения от багибути (Stachys parviflora)

Ултразвуковата екстракция, известна също като екстракция с помощта на ултразвук (UAE), е научно доказана и утвърдена в промишлеността технология за изолиране на биоактивни съединения като полифеноли, флавоноиди, терпени и много други вторични метаболити от растения.

Екстракция на багибути (Stachys parviflora): принцип на действие и протокол

Ултразвуковата екстракция е щадяща, нетермична, но високоефективна техника за екстракция, която се основава единствено на механични сили. По този начин чувствителните растителни съединения са защитени от термично разграждане, а добивите на екстракт, получени чрез ултразвукова обработка, са изключително високи и с превъзходно качество.

Ултразвук с висока мощност за екстракция

Механизмът, чрез който нискочестотният ултразвук с висок интензитет интензифицира екстракцията, се дължи главно на явлението акустична кавитация. Когато кавитационните мехурчета колапсират върху повърхността на растителния материал, ерозията и сонопорацията разрушават матрицата на растителните клетки (например на Stachys parviflora), което води до разрушаване на клетъчната структура и освобождаване на вътреклетъчни вещества като полифеноли и други фитохимикали. Така интензифицираният масопренос улеснява освобождаването на молекули като протеини, липиди и фитохимикали.
Ултразвуково генерираните сили на срязване подобряват проникването на разтворителя в клетъчната матрица на растителния материал и съответно подобряват пропускливостта на клетъчните мембрани. Тези механизми на мощния ултразвук обуславят значителното интензифициране на процеса, постигнато при прилагането на ултразвукова обработка за екстракция от растения.

SEM изображение на повърхността на Stachys parviflora, (a) необработена проба, (b) мацерация, (c) оптимизирана екстракция с помощта на ултразвук (UAE) (UP200Ht, 4 min време на обработка, 74,5% висок интензитет и 74,2 % чистота на разтворителя)
Изследване и изображение: ©Salarbashi et al., 2016

Протокол за ултразвукова екстракция на фенолни съединения от багибути

Изследователският екип на Salarbashi екстрахира полифенолни съединения от листа на Stachys parviflora с помощта на ултразвуковия екстрактор UP200Ht (200W, 26kHz). За сравнителното изследване на ултразвуковата екстракция и мацерацията изсушени надземни части (събрани по време на цъфтежа) на S. parviflora са смлени на прах със среден размер на частиците под 149µm. Екстракцията от растителния материал е извършена при температура 35°C, естествено pH, с използване на метанол (60, 80 и 100 % (v v-1)) като разтворител за времеви интервали от 4, 7 и 10 min.
За ултразвуковата екстракция е използван ултразвуковият апарат със сонда Hielscher UP200Ht (200W, 26kHz). Амплитудата на ултразвуковия екстрактор UP200Ht е зададена на 100%. Интензитетът на ултразвуковата обработка е 21,8346 Wcm-2 при 100% амплитуда.
Резултатите от анализа на получения чрез ултразвук екстракт показват, че общото съдържание на флавоноиди (TFC) в екстрактите нараства линейно с ултразвуковата обработка, докато времето на екстракция има противоположен ефект върху TFC. Най-високото общо съдържание на флавоноиди е получено при продължителност на ултразвуковата обработка 4min. (t = 4 min).
Кафеената киселина, таниновата киселина, кверцетинът, транс-феруловата киселина и розмариновата киселина са установени като основни фенолни съединения в получения чрез ултразвук екстракт.
От SEM изображенията ясно се вижда, че ултразвуковата обработка и предизвиканата от нея акустична кавитация определено играят важна роля за ефективното разрушаване на клетъчната стена и структурата на растителния материал, а добивът при екстракция се повишава от ултразвуковите вибрации и кавитационните микропотоци. Чрез тези ефекти, предизвикани от мощния ултразвук, екстракцията с помощта на ултразвук усилва процеса на набъбване и омекване на клетъчните стени чрез хидратация на пектиновия материал от средната ламела. В резултат матрицата на растителните клетки се разрушава, което впоследствие води до много по-бързо и по-ефективно освобождаване на биоактивни метаболити в сравнение с други класически методи за екстракция. SEM изображенията показват ефективността на ултразвуковата екстракция на фенолни съединения. Като щадящ, нетермичен метод за екстракция, ултразвуковата обработка осигурява превъзходна антиоксидантна и антимикробна активност, която надвишава тази на екстрактите, произведени чрез конвенционални техники за екстракция.
(срв. Salarbashi et al., 2016)

HPLC хроматограма на екстракт от Stachys parviflora, изолиран при оптимизирани условия на екстракция с помощта на ултразвук
Изследване и изображение: ©Salarbashi et al., 2016

Високопроизводителни ултразвукови апарати с най-съвременна технология за екстракция на Stachys parviflora

Интелигентните функции на ултразвуковите апарати Hielscher са проектирани така, че да гарантират надеждна работа, възпроизводими резултати и удобство за потребителя. Работните настройки могат лесно да бъдат достъпвани и задавани чрез интуитивно меню, достъпно от цифров цветен сензорен дисплей и чрез дистанционно управление през браузър. Така всички условия на обработка, като нетна енергия, обща енергия, амплитуда, време, налягане и температура, се записват автоматично на вградена SD карта. Това ви позволява да преглеждате и сравнявате предишни цикли на ултразвукова обработка и да оптимизирате екстракцията на етерични масла от Stachys parviflora (багибути) за постигане на най-висока ефективност.
Системите на Hielscher Ultrasonics се използват по целия свят за производство на висококачествени растителни екстракти. Промишлените ултразвукови апарати Hielscher могат лесно да работят при високи амплитуди в непрекъснат режим (24/7/365). Амплитуди до 200µm могат лесно да се генерират непрекъснато със стандартни сонотроди (ултразвукови сонди / рупори). За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка. Благодарение на своята здравина и ниските изисквания за поддръжка нашите системи за ултразвукова екстракция често се инсталират за приложения с тежко натоварване и във взискателни среди.

Свържете се с нас сега, за да научите повече за ултразвуковата екстракция от растения, нашите системи за ултразвукова екстракция и цените! Нашият опитен персонал с удоволствие ще обсъди с вас вашето приложение и изискванията ви за обработка!

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати: