Ultrazvučna ekstrakcija kvercetina

Kvercetin je jedan od najviše proučavanih biljnih polifenola, cijenjen zbog antioksidativnog djelovanja i svoje uloge u dodacima prehrani, funkcionalnoj hrani i nutraceuticima. Budući da su kvercetin i njegovi glikozidi (npr. rutin, izokvercetin) osjetljivi na toplotu i oksidaciju, za proizvodnju ekstrakta visoke čistoće potrebna je efikasna, a ipak blaga, netermička tehnika ekstrakcije. Upravo tu ultrazvučna ekstrakcija kvercetina dolazi do izražaja.

Visokoučinkoviti ultrazvuk za visokokvalitetne ekstrakte kvercetina

Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) koristi ultrazvuk velike snage i niske frekvencije kako bi mehanički razorila biljne ćelijske stijenke i drastično povećala prijenos mase, pri čemu se kvercetin oslobađa u otapalo u roku od nekoliko minuta umjesto nekoliko sati. U poređenju s maceracijom, Soxhletovom ekstrakcijom ili digestijom uz zagrijavanje, ultrazvučna ekstrakcija daje veće prinose, kraća vremena obrade, manje volumene otapala i bolje očuvanu bioaktivnost – što je čini atraktivnom opcijom za laboratorije, pilot-postrojenja i proizvodnju biljnih i polifenolnih ekstrakata u industrijskom opsegu.

Ultrazvučni homogenizator UP400St za šaržnu ekstrakciju biljnog materijala uz miješanje

Postignite veće prinose kvercetina u minutama – a ne satima!
Želite li preći s maceracije i Soxhletove ekstrakcije na brzu, blagu, netermičku ekstrakciju? Kontaktirajte nas odmah – pomoći ćemo vam da odaberete odgovarajući ultrazvučni sistem za vaš biljni materijal.

Prednosti ultrazvučne ekstrakcije

Vrhunski prinosi
Brza ekstrakcija – u roku od nekoliko minuta
Ekstrakti visokog kvaliteta – blagi, netermički
Zelena otapala (voda, etanol, metanol itd.)
Jednostavan i siguran rad
Niski investicijski i operativni troškovi
Rad 24/7 pod velikim opterećenjem
Zelena, ekološki prihvatljiva metoda

Ultrazvučna obrada razara ćelijsku strukturu biljnih sirovina i time olakšava ekstrakciju bioaktivnih jedinjenja poput kvercetina i rutina.

Efekti ultrazvučne obrade na ćelijsku strukturu: Ultrazvukom izazvano razaranje ćelijskih stijenki omogućava oslobađanje kvercetina i rutina iz biljke Euonymus alatus.
Slika i studija: ©Yang i Zhang, 2008.

Zašto kvercetin zahtijeva blagu metodu ekstrakcije

Kvercetin se nalazi u mnogom voću, povrću i bilju – uključujući jabuke, luk, bobičasto voće, čaj, grožđe i lisnato zeleno povrće. Kao polifenol/flavonol može se razgraditi pri dugotrajnom zagrijavanju, jakim alkalnim uvjetima ili dugom kontaktu s otapalom, što smanjuje prinos i narušava kvalitet konačnog ekstrakta. Blaga, netermička metoda kratkog trajanja stoga pomaže da se sačuvaju i količina i funkcionalni kvalitet (antioksidativni kapacitet) ekstrahovanog kvercetina.

Kako funkcionira ultrazvučna ekstrakcija kvercetina

Uloga akustične kavitacije Ultrazvuk visokog intenziteta stvara mikroskopske kavitacijske mjehuriće u tečnosti. Njihov implozivni kolaps stvara lokalizirane vruće tačke, smične sile i mikromlazeve koji razaraju biljne ćelijske stijenke i razbijaju tkivne matrikse. Time se otvaraju ćelijski odjeljci u kojima je kvercetin pohranjen i ubrzava njegova difuzija u okolno otapalo, pa se aktivna komponenta oslobađa brže i potpunije.

Tipičan tok procesa ultrazvučne ekstrakcije kvercetina

Priprema: samljevite, narežite ili liofilizirajte sirovi biljni materijal (npr. listove, kore, sjemenke) radi povećanja površine.
Odabir otapala: odaberite zeleno otapalo prehrambene kvalitete, kao što su voda, etanol ili mješavina vode i etanola.
Ultrazvučna obrada: ekstrahirajte u šaržnom režimu (uz miješanje) ili u kontinuiranom režimu s protočnom ćelijom tokom 5–30 minuta.
Odvajanje: profiltrirajte ili centrifugirajte ekstrakt i izdvojite tečnost bogatu kvercetinom.
Koncentriranje / pročišćavanje: po potrebi osušite, istaložite ili pročistite.

Napomena: specifična vremena, amplitude i omjeri otapala ovise o biljnoj vrsti i ciljnoj matrici – naši procesni stručnjaci mogu vam pomoći da optimizirate procesne parametre za vašu sirovinu.

Studija slučaja: Ekstrakcija kvercetina potpomognuta ultrazvukom

Sharifi i sur. (2017) pokazali su da je ultrazvučna ekstrakcija efikasna i praktična metoda za ekstrakciju flavonoida poput kvercetina iz ljekovitog bilja. Koristili su Hielscher UP400St (400 W, vidi sliku lijevo) pri postavci amplitude od 50%. Listovi rotkve (Raphanus Sativus) stavljeni su u metanol i podvrgnuti ultrazvučnoj obradi 10 min., što je rezultiralo prinosom kvercetina od 11,8%. Superiornost ultrazvučno potpomognute ekstrakcije u poređenju s konvencionalnim tehnikama poput maceracije, Soxhletove ekstrakcije i termičke digestije. Ultrazvučna ekstrakcija ističe se većim prinosima, znatno kraćim vremenima ekstrakcije i manjim količinama otapala. Primjena ultrazvučnih talasa stvara kavitaciju koja razara ćelijske stijenke biljnog materijala i potiče prijenos mase. Stoga je ultrazvučna ekstrakcija efikasnija od tradicionalnih metoda i ističe se u ekstrakciji kvercetina iz organskih matrica. Iako je ultrazvučnoj ekstrakciji bilo potrebno samo 10 min. – u poređenju s vremenima ekstrakcije od 24 h za maceraciju, 60 min. za termičku digestiju i 24 h za Soxhletovu ekstrakciju – količina ultrazvukom ekstrahovanog kvercetina bila je veća nego kod digestije, maceracije i Soxhletove ekstrakcije.

Ultrazvučna ekstrakcija kvercetina iz listova rotkve nadmašuje tradicionalne tehnike ekstrakcije. Kliknite za uvećanje!

Ultrazvučna ekstrakcija (UAE) daje znatno veće prinose kvercetina u kraćim vremenima ekstrakcije u poređenju s konvencionalnim metodama ekstrakcije.
izvor: Sharifi at al., 2017

U ovoj prezentaciji upoznajemo vas s proizvodnjom biljnih ekstrakata. Objašnjavamo izazove proizvodnje visokokvalitetnih biljnih ekstrakata i kako vam sonikator može pomoći da ih savladate. Ova prezentacija pokazat će vam kako funkcionira ultrazvučna ekstrakcija. Saznat ćete koje prednosti možete očekivati od upotrebe sonikatora za ekstrakciju i kako možete uključiti ultrazvučni ekstraktor u svoju proizvodnju ekstrakata.

Oprema za ultrazvučnu ekstrakciju

Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za proizvodnju visokoučinkovitih ultrazvučnih procesora za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz biljnih sirovina.
Hielscher nudi širok portfelj proizvoda koji obuhvata od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i potpuno industrijskih sistema, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za efikasnu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih supstanci (npr. polifenola, gingerola, piperina, kurkumina itd.). Svi ultrazvučni uređaji od 200 vati do 16.000 vati imaju kolor displej za digitalno upravljanje, integriranu SD karticu za automatsko bilježenje podataka, daljinsko upravljanje putem preglednika i mnoge druge funkcije prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste. Svi naši ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja te su jednostavni i sigurni za rukovanje.
Digitalni kolor displej omogućava korisniku prilagođeno upravljanje ultrazvučnim uređajem, čime se proces može precizno podešavati. Naši sistemi mogu isporučiti amplitude od niskih do vrlo visokih. Za ekstrakciju polifenola poput kvercetina nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (poznate i kao ultrazvučne sonde ili rogovi) optimizirane za nježnu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih supstanci. Robusnost Hielscher sonikatora omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola procesnih parametara ultrazvuka osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa.

Povezane teme

Često postavljana pitanja o ultrazvučnoj ekstrakciji kvercetina

Šta je kvercetin?

Kvercetin, biljni flavonol (koji je podgrupa flavonoidne grupe polifenola), nalazi se u mnogom voću, povrću i lišću. Prirodni izvori kvercetina su jabuke, paprike, crno vino, tamne trešnje i bobičasto voće (borovnice, divlje borovnice, kupine i drugo), rajčice, krstašice poput brokule, kupusa i klica; lisnato zeleno povrće, kao što su špinat, kelj; citrusno voće, kakao, brusnice, cjelovite žitarice poput heljde, špargle, kapari, crveni luk, maslinovo ulje, crni i zeleni čaj, grah i mahunarke; začinsko bilje, kao što su kadulja, američka zova, kantarion i ginkgo biloba.

Koja se otapala koriste za ultrazvučnu ekstrakciju kvercetina?

Obično se koriste zelena otapala prehrambene kvalitete, poput vode, etanola, metanola ili mješavina vode i etanola.

Zašto je za kvercetin potrebna blaga metoda ekstrakcije?

Budući da je kvercetin osjetljivo bioaktivno jedinjenje, potrebna je efikasna, a ipak blaga tehnika kako bi se spriječila razgradnja pri proizvodnji visokokvalitetnog ekstrakta za prehrambene aditive i dodatke prehrani. Ultrazvučna ekstrakcija je blaga, netermička, isključivo mehanička metoda koja daje velike količine kvercetina u vrlo kratkom vremenu ekstrakcije.

Kako funkcionira ultrazvučna ekstrakcija?

Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na fenomenu akustične kavitacije, koja razara ćelijske stijenke biljnog materijala i potiče prijenos mase, oslobađajući bioaktivna jedinjenja poput polifenola, kvercetina i antioksidansa. Zahvaljujući tome ultrazvučna obrada (sonikacija) je poželjna metoda za izolaciju osjetljivih biljnih jedinjenja.

Koje su glavne prednosti ultrazvučne ekstrakcije kvercetina?

Ključne prednosti uključuju vrhunske prinose, brzu ekstrakciju u roku od nekoliko minuta, visokokvalitetne blage i netermičke ekstrakte, upotrebu zelenih otapala (voda, etanol, metanol itd.), jednostavan i siguran rad, niske investicijske i operativne troškove te mogućnost rada 24/7 pod velikim opterećenjem. Također je to zelena, ekološki prihvatljiva metoda.

Da li je ultrazvučna ekstrakcija ponovljiva i pogodna za industrijski nivo?

Da. Precizna kontrola procesnih parametara ultrazvuka osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa. Hielscher nudi posebne sonotrode optimizirane za nježnu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih supstanci, čime se podržava povećanje razmjera od laboratorijske do pilot i industrijske proizvodnje.

Sa kojim se zdravstvenim koristima povezuje kvercetin?

Glikozidi kvercetina (poput izokvercetina) i srodni flavonoidi opisani su kao antivirusna, antimikrobna, protuupalna i antialergijska sredstva koja mogu pozitivno utjecati na različite tipove ćelija kod životinja i ljudi. Kvercetin može pomoći u smanjenju upale, borbi protiv alergija, podršci zdravlju srca, suzbijanju boli, potencijalnom poboljšanju izdržljivosti, borbi protiv raka te zaštiti zdravlja kože i jetre.

Literatura/reference

Sharifi, Niusha; Mahernia, Shabnam; Amanlou, Massoud (2017): Comparison of Different Methods in Quercetin Extraction from Leaves of Raphanus sativus L. Pharmaceutical Sciences March 2017, 23, 59-65.
Anaya-Esparza, Luis Miguel; Ramos-Aguirre, Dení; Zamora-Gasga, Víctor Manuel; Yahia, Elhadi; Montalvo-González, Efigenia (2018): Optimization of ultrasonic-assisted extraction of phenolic compounds from Justicia spicigera leaves. Food Science and Biotechnology 27, 2018. 1093–1102.
Wang, L., Li, Z., Huang, J. et al. (2022): Effect of Ultrasound-Assisted Extraction of Polyphenols from Apple Peels in Water CO2 Systems. Food Bioprocessing Technology 15, 2022. 1157–1167.
Lucas-González R., Viuda-Martos M., Pérez-Álvarez J.Á., Fernández-López J.(2024): Screening factors to affect ultrasound- assisted extraction of (poly)phenols from date palm seeds. Frontiers in Chemistry, Volume 12, 2024.
Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.