Ultrazvuková extrakce polyfenolů z rostliny Baggibuti (Stachys parviflora)

Extrakty z rostliny Baggibuti (Stachys parviflora L.) jsou ceněny jako bylinný lék používaný k léčbě křečí, artralgie, epilepsie, padoucnice a drakunkulózy. Ultrazvukové extraktory se úspěšně používají k izolaci polyfenolů a dalších fytochemikálií ze Stachys parviflora.

Čím je ultrazvuková extrakce lepší? – Princip fungování a výhody výkonového ultrazvuku

Pokud mají být z rostlinných materiálů izolovány bioaktivní sloučeniny (tj. fytochemikálie, sekundární metabolity), musí být buněčné struktury rostlinného materiálu narušeny, aby se cílové sloučeniny uvolnily. Ultrazvuková extrakce je vysoce účinná metoda k izolaci veškerého množství fytochemikálií z rostlinných materiálů (např. Stachys parviflora, byliny atd.) v rámci rychlého extrakčního procesu. Aplikace vysoce výkonného ultrazvuku vytváří silné kavitační účinky, poruchy / turbulence a proudění kapaliny o vysoké rychlosti. Tyto ultrazvukové síly podporují dezintegraci buněk a míchání na makro- i mikroúrovni. Kromě toho se výrazně zlepšuje penetrace rozpouštědla, rozpouštění bioaktivních sloučenin a přenos hmoty. Díky tomu je ultrazvukem asistovaná extrakce vysoce účinná a vede k vynikajícím výtěžkům extraktu v krátké době procesu.

Přínosy fytochemikálií z Baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., běžně známá jako „Baggibuti“, je druh z Lamicae. Sloučeniny Stachys parviflora, jako jsou iridoidy, flavonoidy, fenolové kyseliny a diterpenoidy, jsou uváděny jako sekundární metabolity a jsou známy svými antinefritickými, protizánětlivými, radikály vychytávajícími a antimikrobiálními vlastnostmi.

Ultrazvuková extrakce bioaktivních sloučenin z Baggibuti (Stachys parviflora)

Ultrazvuková extrakce, známá také jako ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE), je vědecky prokázaná a průmyslově zavedená technologie pro izolaci bioaktivních sloučenin, jako jsou polyfenoly, flavonoidy, terpeny a mnoho dalších sekundárních metabolitů, z rostlinných materiálů.

Extrakce Baggibuti (Stachys parviflora): princip fungování a protokol

Ultrazvuková extrakce je šetrná, netermická, a přesto vysoce účinná extrakční technika, která je založena výhradně na mechanických silách. Citlivé rostlinné sloučeniny jsou tak chráněny před tepelnou degradací, avšak výtěžky extraktů získané sonikací jsou výjimečně vysoké a mají vynikající kvalitu.

Výkonový ultrazvuk pro extrakci

Mechanismus intenzifikace extrakce nízkofrekvenčním ultrazvukem o vysoké intenzitě se připisuje především jevu akustické kavitace. Když kavitační bubliny kolabují na povrchu rostlinného materiálu, eroze a sonoporace rozrušují matrici rostlinných buněk (například Stachys parviflora), což vede k destrukci buněčné struktury a k uvolnění intracelulárních látek, jako jsou polyfenoly a další fytochemikálie. Takto zintenzivněný přenos hmoty usnadňuje uvolňování molekul, jako jsou proteiny, lipidy a fytochemikálie.
Ultrazvukem generované smykové síly zlepšují penetraci rozpouštědla do buněčné matrice rostlinného materiálu, resp. zlepšují propustnost buněčných membrán. Tyto mechanismy výkonového ultrazvuku jsou zodpovědné za výraznou intenzifikaci procesu dosaženou při použití sonikace k extrakci z rostlinných materiálů.

Snímek SEM povrchu Stachys parviflora, (a) neošetřený vzorek, (b) macerace, (c) optimalizovaná ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) (UP200Ht, doba ošetření 4 min, 74,5% vysoká intenzita a 74,2 % čistota rozpouštědla)
Studie a obrázek: ©Salarbashi et al., 2016

Protokol ultrazvukové extrakce fenolických látek z Baggibuti

Výzkumný tým Salarbashiho extrahoval polyfenolické sloučeniny z listů Stachys parviflora pomocí ultrazvukového extraktoru UP200Ht (200W, 26kHz). Pro srovnávací extrakční studii ultrazvukové extrakce a macerace byly sušené nadzemní části S. parviflora (sklizené ve fázi kvetení) rozemlety na prášek s průměrnou velikostí částic menší než 149µm. Extrakce z rostlinného materiálu probíhala při teplotě 35°C a přirozeném pH s methanolem (60, 80 a 100 % (v v-1)) jako rozpouštědlem v časových intervalech 4, 7 a 10 min.
Pro ultrazvukovou extrakci byl použit sondový sonikátor Hielscher UP200Ht (200W, 26kHz). Amplituda ultrazvukového extraktoru UP200Ht byla nastavena na 100%. Intenzita ultrazvukového ošetření byla 21,8346 Wcm-2 při 100% amplitudě.
Výsledky analýzy ultrazvukem připraveného extraktu ukázaly, že celkový obsah flavonoidů (TFC) v extraktech rostl lineárně s ultrazvukovým ošetřením, zatímco doba extrakce měla na TFC opačný účinek. Nejvyšší celkový obsah flavonoidů byl dosažen při době sonikace 4min. (t = 4 min).
Jako hlavní fenolické sloučeniny byly v ultrazvukem připraveném extraktu zjištěny kyselina kávová, kyselina tříslová, kvercetin, kyselina trans-ferulová a kyselina rozmarýnová.
Na základě snímků SEM je zřetelně vidět, že sonikace a z ní vyplývající akustická kavitace rozhodně hrají důležitou roli v účinném rozrušení buněčné stěny a struktury rostlinného materiálu a že výtěžek extrakce je zvýšen ultrazvukovými vibracemi a kavitačním mikroprouděním. Prostřednictvím těchto účinků vyvolaných výkonovým ultrazvukem zesiluje ultrazvukem asistovaná extrakce proces bobtnání a měknutí buněčných stěn hydratací pektinového materiálu ze střední lamely. V důsledku toho dochází k rozrušení matrice rostlinných buněk, což následně vede k mnohem rychlejšímu a účinnějšímu uvolňování bioaktivních metabolitů než u jiných klasických extrakčních metod. Snímky SEM dokládají účinnost ultrazvukové extrakce fenolických sloučenin. Jako šetrná, netermická extrakční metoda poskytuje sonikace vynikající antioxidační a antimikrobiální aktivity, které předčí extrakty vyrobené konvenčními extrakčními technikami.
(srov. Salarbashi et al., 2016)

Chromatogram HPLC extraktu ze Stachys parviflora, který byl izolován za optimalizovaných podmínek ultrazvukem asistované extrakce
Studie a obrázek: ©Salarbashi et al., 2016

Vysoce výkonné, špičkové sonikátory pro extrakci Stachys parviflora

Chytré funkce sonikátorů Hielscher jsou navrženy tak, aby zaručovaly spolehlivý provoz, reprodukovatelné výsledky a uživatelskou přívětivost. Provozní nastavení jsou snadno přístupná a lze je nastavit prostřednictvím intuitivního menu, které je dostupné přes digitální barevný dotykový displej a dálkové ovládání v prohlížeči. Proto jsou všechny procesní podmínky, jako je čistá energie, celková energie, amplituda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenávány na vestavěnou SD kartu. To vám umožňuje revidovat a porovnávat předchozí běhy sonikace a optimalizovat extrakci esenciálního oleje ze Stachys parviflora (baggibuti) na nejvyšší účinnost.
Systémy Hielscher Ultrasonics se po celém světě používají k výrobě vysoce kvalitních rostlinných extraktů. Průmyslové sonikátory Hielscher mohou snadno pracovat s vysokými amplitudami v nepřetržitém provozu (24/7/365). Amplitudy až 200µm lze snadno nepřetržitě generovat se standardními sonotrodami (ultrazvukovými sondami / sonotrodami). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Díky své robustnosti a nízké náročnosti na údržbu jsou naše ultrazvukové extrakční systémy běžně instalovány pro aplikace s vysokým zatížením a v náročných prostředích.

Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o ultrazvukové extrakci z rostlinných materiálů, našich ultrazvukových extrakčních systémech a cenách! Naši zkušení pracovníci s vámi rádi proberou vaši aplikaci a požadavky na zpracování!

Níže uvedená tabulka udává přibližnou zpracovatelskou kapacitu našich sonikátorů: