Ultrazvučna ekstrakcija polifenola iz biljke Baggibuti (Stachys parviflora)

Ekstrakti biljke Baggibuti (Stachys parviflora L.) cijene se kao biljni lijek koji se koristi za liječenje grčeva, artralgije, epilepsije, padavice i drakunkulijaze. Ultrazvučni ekstraktori uspješno se primjenjuju za izolaciju polifenola i drugih fitokemikalija iz vrste Stachys parviflora.

Po čemu je ultrazvučna ekstrakcija superiorna? – Princip rada i prednosti snažnog ultrazvuka

Kada se bioaktivna jedinjenja (tj. fitokemikalije, sekundarni metaboliti) trebaju izolovati iz biljnog materijala, ćelijske strukture biljnog materijala moraju se razgraditi kako bi se oslobodila ciljna jedinjenja. Ultrazvučna ekstrakcija je vrlo efikasna metoda za izolaciju cjelokupne količine fitokemikalija iz biljnog materijala (npr. Stachys parviflora, bilje itd.) u brzom procesu ekstrakcije. Primjena ultrazvuka velike snage stvara snažne efekte kavitacije, poremećaje / turbulencije i tečenje tekućine velikom brzinom. Ove ultrazvučne sile potiču razgradnju ćelija i miješanje na makro- i mikronivou. Nadalje, značajno se poboljšavaju prodiranje otapala, rastvaranje bioaktivnih jedinjenja i prijenos mase. Zahvaljujući tome ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom je vrlo djelotvorna i daje superiorne prinose ekstrakta u kratkom vremenu procesa.

Prednosti fitokemikalija iz biljke Baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., poznata kao „Baggibuti“, je vrsta iz Lamicae. Jedinjenja iz Stachys parviflora, kao što su iridoidi, flavonoidi, fenolne kiseline i diterpenoidi, prijavljena su kao sekundarni metaboliti i poznata su po svojim antinefritičkim, protuupalnim, antiradikalnim i antimikrobnim svojstvima.

Ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih jedinjenja iz biljke Baggibuti (Stachys parviflora)

Ultrazvučna ekstrakcija, poznata i kao ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE), naučno je dokazana i industrijski etablirana tehnologija za izolaciju bioaktivnih jedinjenja kao što su polifenoli, flavonoidi, terpeni i mnogi drugi sekundarni metaboliti iz biljnog materijala.

Ekstrakcija biljke Baggibuti (Stachys parviflora): princip rada i protokol

Ultrazvučna ekstrakcija je blaga, netermička, a ipak vrlo efikasna tehnika ekstrakcije koja se isključivo temelji na mehaničkim silama. Time se osjetljiva biljna jedinjenja štite od termičke razgradnje, dok su prinosi ekstrakta dobijeni ultrazvučnom obradom izuzetno visoki i vrhunskog kvaliteta.

Snažni ultrazvuk za ekstrakciju

Mehanizam intenziviranja ekstrakcije ultrazvukom niske frekvencije i visokog intenziteta uglavnom se pripisuje fenomenu akustične kavitacije. Kada kavitacijski mjehurići kolabiraju na površini biljnog materijala, erozija i sonoporacija razbijaju matriks biljnih ćelija (kao što je Stachys parviflora), što rezultira razaranjem ćelijske strukture i oslobađanjem intracelularnih tvari kao što su polifenoli i druge fitokemikalije. Tako intenzivirani prijenos mase olakšava oslobađanje molekula kao što su proteini, lipidi i fitokemikalije.
Ultrazvučno stvorene smične sile poboljšavaju prodiranje otapala u ćelijski matriks biljne tvari, odnosno poboljšavaju propusnost ćelijskih membrana. Ovi mehanizmi snažnog ultrazvuka odgovorni su za značajno intenziviranje procesa postignuto kada se ultrazvučna obrada primjenjuje za ekstrakciju biljnog materijala.

SEM površine Stachys parviflora, (a) neobrađeni uzorak, (b) maceracija, (c) optimizirana ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) (UP200Ht, vrijeme obrade 4 min, 74,5% visokog intenziteta i 74,2 % čistoće otapala)
Studija i slika: ©Salarbashi et al., 2016

Protokol ultrazvučne ekstrakcije fenolnih jedinjenja iz biljke Baggibuti

Istraživački tim Salarbashi ekstrahovao je polifenolna jedinjenja iz listova Stachys parviflora koristeći ultrazvučni ekstraktor UP200Ht (200W, 26kHz). Za komparativnu studiju ultrazvučne ekstrakcije i maceracije, osušeni nadzemni dijelovi (ubrani u fazi cvjetanja) vrste S. parviflora samljeveni su u prah prosječne veličine čestica manje od 149µm. Ekstrakcija biljnog materijala provedena je na temperaturi od 35°C, pri prirodnom pH, koristeći metanol (60, 80 i 100 % (v v-1)) kao otapalo u vremenskim intervalima od 4, 7 i 10 min.
Za ultrazvučnu ekstrakciju korišten je Hielscher ultrazvučni uređaj sa sondom UP200Ht (200W, 26kHz). Amplituda ultrazvučnog ekstraktora UP200Ht bila je podešena na 100%. Intenzitet ultrazvučne obrade iznosio je 21,8346 Wcm-2 pri amplitudi od 100%.
Rezultati analize ultrazvučno dobijenog ekstrakta pokazali su da se ukupni sadržaj flavonoida (TFC) u ekstraktima linearno povećavao s ultrazvučnom obradom, dok je vrijeme ekstrakcije imalo suprotan učinak na TFC. Najviši ukupni sadržaj flavonoida dobijen je pri trajanju ultrazvučne obrade od 4min. (t = 4 min).
Kafeinska kiselina, taninska kiselina, kvercetin, trans-ferulna kiselina i ružmarinska kiselina pronađeni su kao glavna fenolna jedinjenja u ultrazvučno dobijenom ekstraktu.
Na osnovu SEM snimaka jasno je vidljivo da ultrazvučna obrada i njome izazvana akustična kavitacija svakako imaju važnu ulogu u djelotvornom razaranju ćelijskog zida i strukture biljnog materijala, a prinos ekstrakcije povećavaju ultrazvučne vibracije i kavitacijsko mikrostrujanje. Ovim efektima izazvanim snažnim ultrazvukom, ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom pospješuje proces bubrenja i omekšavanja ćelijskih zidova hidratacijom pektinskog materijala iz središnje lamele. Posljedično se matriks biljnih ćelija razbija, što potom dovodi do mnogo bržeg i efikasnijeg oslobađanja bioaktivnih metabolita nego kod drugih klasičnih metoda ekstrakcije. SEM snimci pokazuju efikasnost ultrazvučne ekstrakcije fenolnih jedinjenja. Kao blaga, netermička metoda ekstrakcije, ultrazvučna obrada daje superiorne antioksidativne i antimikrobne aktivnosti koje nadmašuju ekstrakte dobijene konvencionalnim tehnikama ekstrakcije.
(cf. Salarbashi et al., 2016)

HPLC hromatogram ekstrakta Stachys parviflora, koji je izoliran pod optimiziranim uslovima ekstrakcije potpomognute ultrazvukom
Studija i slika: ©Salarbashi et al., 2016

Visokoučinkoviti, najsavremeniji ultrazvučni uređaji za ekstrakciju biljke Stachys parviflora

Pametne funkcije Hielscher ultrazvučnih uređaja osmišljene su tako da jamče pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnost korištenja. Radnim postavkama se lako pristupa i podešavaju se putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti preko digitalnog kolor ekrana osjetljivog na dodir i daljinskog upravljanja putem preglednika. Stoga se svi procesni uslovi kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura automatski bilježe na ugrađenu SD karticu. To vam omogućava da pregledate i uporedite prethodne cikluse ultrazvučne obrade i da optimizirate ekstrakciju eteričnog ulja iz biljke Stachys parviflora (baggibuti) do najviše efikasnosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se širom svijeta koriste za proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata. Hielscher industrijski ultrazvučni uređaji mogu lako raditi s visokim amplitudama u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano generisati standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi). Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja, naši sistemi za ultrazvučnu ekstrakciju najčešće se ugrađuju za primjene u teškim uslovima rada i u zahtjevnim okruženjima.

Kontaktirajte nas sada kako biste saznali više o ultrazvučnoj ekstrakciji biljnog materijala, našim sistemima za ultrazvučnu ekstrakciju i cijenama! Naše iskusno osoblje rado će s vama razgovarati o vašoj primjeni i zahtjevima obrade!

Tabela u nastavku daje vam orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja: