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 окисление, получаването на екстракт с висока чистота изисква ефективна, но щадяща, нетермична техника за екстракция. Именно тук ултразвуковата екстракция на кверцетин се отличава.

Високопроизводителна ултразвукова технология за висококачествени екстракти от кверцетин

Ултразвуково подпомаганата екстракция (UAE) използва ултразвук с висока мощност и ниска честота за механично разрушаване на растителните клетъчни стени и значително увеличаване на масопреноса, като освобождава кверцетина в разтворителя за минути вместо за часове. В сравнение с мацерацията, екстракцията по Сокслет или термичното извличане, ултразвуковата екстракция осигурява по-високи добиви, по-кратко време за обработка, по-малки обеми разтворител и по-добре запазена биологична активност – което я прави привлекателен вариант за лаборатории, пилотни инсталации и промишлено производство на растителни и полифенолни екстракти.

Въздействие на ултразвуковата обработка върху клетъчната структура: разрушаването на клетъчните стени, предизвикано от ултразвука, позволява освобождаването на кверцетин и рутин от Euonymus alatus.
Изображение и изследване: ©Yang and Zhang, 2008.

Защо кверцетинът изисква щадящ метод за екстракция

Кверцетинът се среща 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 дълъг контакт с разтворителя, което намалява добива и влошава качеството на крайния екстракт. Затова щадящият, нетермичен и краткотраен метод помага да се запазят както количеството, така и функционалното качество (антиоксидантният капацитет) на извлечения кверцетин.

Как работи ултразвуковата екстракция на кверцетин

Ролята на акустичната кавитация
Ултразвукът с висока интензивност създава микроскопични кавитационни мехурчета в течността. Техният имплозивен колапс генерира локализирани горещи точки, сили на срязване и микроструи, които разкъсват растителните клетъчни стени и разрушават тъканните матрици. Това отваря клетъчните компартменти, в които се съдържа кверцетинът, и ускорява дифузията му в околния разтворител, така че активното съединение се освобождава по-бързо и по-пълно.

Типична последователност на процеса за ултразвукова екстракция на кверцетин

1. Подготовка: смелете, нарежете или лиофилизирайте суровия растителен материал (напр. листа, кори, семена), за да увеличите повърхностната площ.
2. Избор на разтворител: изберете екологичен разтворител с качество за хранителни цели, като вода, етанол или смес вода–етанол.
3. Ултразвукова обработка: извършете екстракцията в периодичен режим (с разбъркване) или в непрекъснат режим с проточна клетка за 5–30 минути.
4. Разделяне: филтрирайте или центрофугирайте екстракта и отделете богатата на кверцетин течност.
5. Концентриране / пречистване: по избор извършете сушене, утаяване или пречистване според необходимостта.

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

Практически пример: ултразвуково подпомагана екстракция на кверцетин

Sharifi et al. (2017) показват, че ултразвуковата екстракция е ефективен и практичен метод за извличане на флавоноиди като кверцетин от лечебни растения. Те използват Hielscher UP400St (400W, вижте изображението вляво) при настройка на амплитудата 50%. Листата на репичката (Raphanus Sativus) са поставени в метанол и подложени на ултразвукова обработка за 10 min., което води до добив на кверцетин от 11,8%. Превъзходството на ултразвуково подпомаганата екстракция в сравнение с конвенционални техники като мацерация, екстракция по Сокслет и термично извличане. 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 подпомага масопреноса. Така ултразвуковата екстракция е по-ефективна от традиционните методи и се отличава при извличането на кверцетин от органични матрици. Въпреки че ултразвуковата екстракция изисква само 10 min. – в сравнение с време за екстракция от 24hrs при мацерация, 60min. при термично извличане и 24hrs при екстракция по Сокслет – количеството на ултразвуково извлечения кверцетин е по-високо от това при термичното извличане, мацерацията и екстракцията по Сокслет.

Ултразвуковата екстракция (UAE) осигурява значително по-високи добиви на кверцетин за по-кратко време за екстракция в сравнение с конвенционалните методи за екстракция.
източник: Sharifi at al., 2017

Оборудване за ултразвукова екстракция

Hielscher Ultrasonics е специализирана в производството на високопроизводителни ултразвукови процесори за получаване на висококачествени екстракти от растителни материали.
Hielscher предлага широко продуктово портфолио, което се простира от малки, мощни лабораторни ултразвукови хомогенизатори до здрави настолни и изцяло промишлени системи, които осигуряват ултразвук с висока интензивност за ефективно извличане и изолиране на биоактивни вещества (напр. полифеноли, гингерол, пиперин, куркумин и др.). Всички ултразвукови хомогенизатори с номинална мощност от 200 до 16 000 вата разполагат с цветен дисплей за цифрово управление, вградена SD карта за автоматично записване на данни, дистанционно управление чрез браузър и много други удобни за потребителя функции. Сонотродите и проточните клетки (частите, които са в контакт със средата) могат да се автоклавират и се почистват лесно. Всички наши ултразвукови хомогенизатори са конструирани за работа 24/7, изискват малко поддръжка и са лесни и безопасни за работа.
Цифровият цветен дисплей позволява удобно управление на ултразвуковия хомогенизатор, което прави възможно прецизното регулиране на процеса. Нашите системи могат да осигуряват амплитуди от ниски до много високи. За екстракцията на полифеноли като кверцетин предлагаме специални ултразвукови сонотроди (известни също като ултразвукови сонди или рогове), оптимизирани за щадящо изолиране на висококачествени активни вещества. Здравата конструкция на ултразвуковите хомогенизатори Hielscher позволява работа 24/7 при тежко натоварване и във взискателни условия.
Прецизният контрол на параметрите на ултразвуковия процес осигурява възпроизводимост и стандартизация на процеса.