Ултразвукова екстракция на кверцетин

Кверцетинът е един от най-широко изследваните растителни полифеноли, ценен заради антиоксидантната си активност и ролята си в хранителните добавки, функционалните храни и нутрацевтиците. Тъй като кверцетинът и неговите гликозиди (напр. рутин, изокверцетин) са чувствителни към топлина и окисляване, производството на екстракт с висока чистота изисква ефективна, но щадяща, нетермична техника за екстракция. Именно в това се отличава ултразвуковата екстракция на кверцетин.

Високоефективна ултразвукова техника за висококачествени екстракти от кверцетин

Екстракцията с помощта на ултразвук (UAE) използва ултразвук с висока мощност и ниска честота, за да разруши механично клетъчните стени на растенията и да увеличи значително масообмена, като освобождава кверцетин в разтворителя в рамките на минути, а не часове. В сравнение с мацерацията, метода на Сокслет или термичното разграждане, ултразвуковата екстракция осигурява по-високи добиви, по-кратко време за обработка, по-малки обеми разтворител и по-добре запазена биологична активност – което го превръща в привлекателен вариант за лаборатории, пилотни инсталации и производство в промишлен мащаб на растителни и полифенолни екстракти.

Ефекти на ултразвука върху клетъчната структура: Ултразвуково индуцираното нарушаване на клетъчните стени позволява освобождаването на кверцетин и рутин от Euonymus alatus.
Картина и изследване: ©Ян и Джан, 2008.

Защо кверцетинът изисква щадящ метод на екстракция

Кверцетинът се съдържа в много плодове, зеленчуци и билки – включително ябълки, лук, горски плодове, чай, грозде и листни зеленчуци. Като полифенол/флавонол той може да се разгради при продължително нагряване, силно алкални условия или продължителен контакт с разтворители, което намалява добива и влошава качеството на крайния екстракт. Ето защо един щадящ, нетермичен метод с кратка продължителност спомага за запазването както на количеството, така и на функционалното качество (антиоксидантната способност) на извлечения кверцетин.

Как функционира ултразвуковата екстракция на кверцетин

Ролята на акустичната кавитация Високоинтензивният ултразвук създава микроскопични кавитационни мехурчета в течността. Тяхното имплозивно срутване генерира локализирани горещи точки, срязващи сили и микроструи, които разкъсват клетъчните стени на растенията и разбиват тъканните матрици. Това отваря клетъчните отделения, където се съхранява кверцетинът, и ускорява дифузията му в околния разтворител, така че активното вещество се освобождава по-бързо и по-пълно.

Типичен технологичен процес за ултразвукова екстракция на кверцетин

1. Подготовка: смелете, нарежете или лиофилизирайте суровия растителен материал (например листа, кори, семена), за да увеличите повърхността му.
2. Избор на разтворител: изберете зелен разтворител, подходящ за хранителни цели, като вода, етанол или смес от вода и етанол.
3. Уникиране: извличане в периодичен режим (с разбъркване) или в режим на непрекъснат поток през клетка в продължение на 5–30 минути.
4. Разделяне: филтрирайте или центрофугирайте екстракта и извлечете течността, богата на кверцетин.
5. Концентрация / пречистване: при необходимост може да се изсуши, да се отдели утайката или да се пречисти.

Забележка: конкретните времена, амплитуди и съотношения на разтворителите зависят от растителния вид и целевата матрица – Нашите експерти по технологичните процеси могат да ви помогнат да оптимизирате параметрите на процеса за вашата суровина.

Казус: Ултразвукова екстракция на кверцетин

Шарифи и др. (2017) са показали, че ултразвуковата екстракция е ефективен и практичен метод за извличане на флавоноиди, като например кверцетин, от лечебни растения. Те са използвали устройството Hielscher UP400St (400 W, виж снимката вляво) при амплитуда 50 %. Листата от репичка (Raphanus sativus) бяха поставени в метанол и подложени на ултразвукова обработка в продължение на 10 минути, което доведе до добив на кверцетин от 11,8 %.Превъзходството на ултразвуковата екстракция в сравнение с конвенционалните техники като мацерация, екстракция по Сокслет и термично разграждане. Ултразвуковата екстракция се отличава с по-високи добиви, значително по-кратко време за екстракция и по-малки количества разтворители. Прилагането на ултразвукови вълни генерира кавитация, която разрушава клетъчните стени на растителния материал и улеснява масообмена. По този начин ултразвуковата екстракция е по-ефективна от традиционните методи и се отличава при екстракцията на кверцетин от органични матрици. Въпреки че ултразвуковата екстракция отне само 10 минути. – в сравнение с времето за екстракция от 24 часа за мацерация, 60 минути за термично разграждане и 24 часа за екстракция на Сокслет – количеството ултразвуково извлечен кверцетин е по-високо от това при храносмилането, мацерацията и екстракцията на Сокслет.

Ултразвуковата екстракция (ОАЕ) дава значително по-високи добиви на кверцетин при по-кратко време за екстракция в сравнение с конвенционалните методи за екстракция.
източник: Sharifi и др., 2017 г.

Оборудване за ултразвукова екстракция

Hielscher Ultrasonics е специализирана в производството на високопроизводителни ултразвукови процесори за производство на висококачествени екстракти от растителни продукти.
Hielscher предлага широко продуктово портфолио, което варира от малки, мощни лабораторни ултразвукови уреди до здрави настолни и напълно промишлени системи, които осигуряват ултразвук с висока интензивност за ефективно извличане и изолиране на биоактивни вещества (напр. полифеноли, гингерол, Пиперин, Куркумин и т.н.). Всички ултразвукови устройства от 200 вата до 16 000 вата разполагат с цветен дисплей за цифрово управление, вградена SD карта за автоматичен запис на данни, дистанционно управление на браузъра и много други удобни за потребителя функции. Сонотродите и поточните клетки (частите, които са в контакт със средата) могат да бъдат автоклавирани и лесни за почистване. Всички наши ултразвукови уреди са създадени за работа 24/7, изискват ниска поддръжка и са лесни и безопасни за работа.
Цифровият цветен дисплей позволява удобно управление на ултразвукоуреда, което прави процеса прецизно регулируем. Нашите системи са в състояние да доставят от ниски до много високи амплитуди. За извличане на полифеноли като кверцетин предлагаме специални ултразвукови сонотроди (известни също като ултразвукови сонди или рога), които са оптимизирани за разумно изолиране на висококачествени активни вещества. Здравината на ултразвуковите уреди Hielscher позволява работа 24/7 при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Прецизният контрол на параметрите на ултразвуковия процес гарантира възпроизводимост и стандартизация на процеса.