Ultrazvuková extrakce kvercetinu

Kvercetin je jedním z nejvíce studovaných rostlinných polyfenolů, ceněným pro svou antioxidační aktivitu a svou roli v doplňcích stravy, funkčních potravinách a nutraceutikách. Vzhledem k tomu, že kvercetin a jeho glykosidy (např. rutin, izokvercetin) jsou citlivé na teplo a oxidaci, vyžaduje výroba extraktu vysoké čistoty účinnou, avšak šetrnou, netermickou extrakční techniku. Právě v tomto ohledu vyniká ultrazvuková extrakce kvercetinu.

Vysoce výkonný ultrazvuk pro vysoce kvalitní extrakty kvercetinu

Extrakce za pomoci ultrazvuku (UAE) využívá vysoce výkonný nízkofrekvenční ultrazvuk k mechanickému narušení buněčných stěn rostlin a k výraznému zvýšení přenosu hmoty, čímž se kvercetin uvolní do rozpouštědla během několika minut namísto několika hodin. Ve srovnání s macerací metodou Soxhletovou nebo tepelným rozkladem poskytuje ultrazvuková extrakce vyšší výtěžky, kratší dobu zpracování, menší objemy rozpouštědel a lépe zachovanou biologickou aktivitu – což z něj činí atraktivní volbu pro laboratoře, pilotní závody a průmyslovou výrobu rostlinných a polyfenolových extraktů.

Účinky ultrazvuku na buněčnou strukturu: Ultrazvukem vyvolané narušení buněčných stěn umožňuje uvolnění kvercetinu a rutinu z Euonymus alatus.
Obrázek a studie: ©Yang a Zhang, 2008.

Proč quercetin vyžaduje šetrnou metodu extrakce

Kvercetin se vyskytuje v mnoha druzích ovoce, zeleniny a bylin – včetně jablek, cibule, bobulovin, čaje, hroznů a listové zeleniny. Jako polyfenol/flavonol se může při dlouhodobém působení tepla, v silně alkalických podmínkách nebo při dlouhodobém kontaktu s rozpouštědlem rozkládat, což snižuje výtěžnost a zhoršuje kvalitu konečného extraktu. Mírná, netermická metoda s krátkou dobou trvání proto pomáhá zachovat jak množství, tak funkční kvalitu (antioxidační schopnost) extrahovaného kvercetinu.

Jak funguje ultrazvuková extrakce kvercetinu

Úloha akustické kavitace Ultrazvuk vysoké intenzity vytváří v kapalině mikroskopické kavitační bublinky. Jejich implozivní kolaps generuje lokalizované horké body, smykové síly a mikroproudy, které narušují buněčné stěny rostlin a rozbíjejí tkáňové matrice. Tím se otevírají buněčné kompartmenty, ve kterých je quercetin uložen, a urychluje se jeho difúze do okolního rozpouštědla, takže se účinná látka uvolňuje rychleji a úplněji.

Typický postup při ultrazvukové extrakci kvercetinu

1. Příprava: Surovinu (např. listy, slupky, semena) rozemlejte, nakrájejte nebo lyofilizujte, abyste zvětšili její povrch.
2. Výběr rozpouštědla: vyberte zelené rozpouštědlo vhodné pro styk s potravinami, jako je voda, ethanol nebo směs vody a ethanolu.
3. Sonikace: provádějte extrakci v dávkovém režimu (za míchání) nebo v režimu s průtokovou komůrkou po dobu 5–30 minut.
4. Separace: extrakt přefiltrujte nebo odstřeďte a oddělte kapalinu bohatou na kvercetin.
5. Koncentrace / čištění: podle potřeby lze směs vysušit, vysrážet nebo vyčistit.

Poznámka: Konkrétní časy, amplitudy a poměry rozpouštědel závisí na druhu rostliny a cílové matrici. – Naši odborníci na výrobní procesy vám mohou pomoci s optimalizací parametrů procesu pro vaši surovinu.

Případová studie: Ultrazvukem asistovaná extrakce kvercetinu

Sharifi a kol. (2017) prokázali, že ultrazvuková extrakce je účinnou a praktickou metodou pro získávání flavonoidů, jako je například kvercetin, z léčivých rostlin. Použili Hielscher UP400St (400 W, viz obrázek vlevo) při nastavení amplitudy na 50 %. Listy ředkvičky (Raphanus sativus) byly ponořeny do metanolu a sonikovány po dobu 10 minut, což vedlo k výtěžku kvercetinu ve výši 11,8 %.Výhody ultrazvukové extrakce ve srovnání s konvenčními technikami, jako je macerace, Soxhletova extrakce a termální rozklad. Ultrazvuková extrakce vyniká vyššími výtěžky, výrazně kratšími dobami extrakce a nižším množstvím rozpouštědel. Použití ultrazvukových vln vyvolává kavitaci, která narušuje buněčné stěny rostlinného materiálu a podporuje přenos hmoty. Ultrazvuková extrakce je tedy účinnější než tradiční metody a vyniká při extrakci kvercetinu z organických matric. Ačkoli ultrazvuková extrakce trvala pouze 10 minut. – ve srovnání s dobou extrakce 24 hodin pro maceraci, 60 minut pro termický rozklad a 24 hodin pro Soxhletovu extrakci – množství ultrazvukem extrahovaného kvercetinu bylo vyšší než množství při trávení, maceraci a Soxhletově extrakci.

Ultrazvuková extrakce (SAE) poskytuje výrazně vyšší výtěžky kvercetinu v kratších dobách extrakce ve srovnání s konvenčními metodami extrakce.
zdroj: Sharifi a kol., 2017

Ultrazvukové extrakční zařízení

Hielscher Ultrasonics se specializuje na výrobu vysoce výkonných ultrazvukových procesorů pro výrobu vysoce kvalitních extraktů z botanických látek.
Hielscher nabízí široké portfolio produktů, které sahá od malých, výkonných laboratorních ultrasonicators až po robustní stolní a plně průmyslové systémy, které dodávají ultrazvuk s vysokou intenzitou pro účinnou extrakci a izolaci bioaktivních látek (např. polyfenoly, gingerol, Piperine, Kurkumin atd.). Všechny ultrazvukové přístroje od 200 W do 16 000 W jsou vybaveny barevným displejem pro digitální ovládání, integrovanou SD kartou pro automatický záznam dat, dálkovým ovládáním prohlížeče a mnoha dalšími uživatelsky přívětivými funkcemi. Sonotrody a průtočné cely (části, které jsou v kontaktu s médiem) lze autoklávovat a snadno se čistí. Všechny naše ultrasonicators jsou konstruovány pro provoz 24/7, vyžadují nízkou údržbu a jejich provoz je snadný a bezpečný.
Digitální barevný displej umožňuje uživatelsky přívětivé ovládání ultrazvuku, díky čemuž je proces přesně nastavitelný. Naše systémy jsou schopny dodávat od nízkých až po velmi vysoké amplitudy. Pro extrakci polyfenolů, jako je kvercetin, nabízíme speciální ultrazvukové sonotrody (známé také jako ultrazvukové sondy nebo rohy), které jsou optimalizovány pro citlivou izolaci vysoce kvalitních účinných látek. Robustnost sonikátorů Hielscher umožňuje provoz 24/7 v těžkých a náročných prostředích.
Přesné řízení ultrazvukových procesních parametrů zajišťuje reprodukovatelnost a standardizaci procesu.