Ultrazvuková extrakce kvercetinu

Kvercetin patří mezi nejvíce studované rostlinné polyfenoly a je ceněn pro svou antioxidační aktivitu a pro svou roli v doplňcích stravy, funkčních potravinách a nutraceutikách. Protože kvercetin a jeho glykosidy (např. rutin, isokvercetin) jsou citlivé na teplo a oxidaci, vyžaduje výroba vysoce čistého extraktu účinnou, a přitom šetrnou, netermickou extrakční techniku. Právě v tom ultrazvuková extrakce kvercetinu vyniká.

Vysoce výkonný ultrazvuk pro vysoce kvalitní extrakty kvercetinu

Ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) využívá vysoce výkonný nízkofrekvenční ultrazvuk k mechanickému narušení buněčných stěn rostlin a k výraznému zvýšení přenosu hmoty, čímž se kvercetin uvolňuje do rozpouštědla během minut namísto hodin. Ve srovnání s macerací, Soxhletovou extrakcí nebo digescí za tepla poskytuje ultrazvuková extrakce vyšší výtěžky, kratší dobu zpracování, menší objemy rozpouštědel a lépe zachovanou bioaktivitu – což z ní činí atraktivní možnost pro laboratoře, pilotní provozy i průmyslovou výrobu rostlinných a polyfenolových extraktů.

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

Proč kvercetin vyžaduje šetrnou extrakční metodu

Kvercetin se vyskytuje v mnoha druzích ovoce, zeleniny a bylin – mimo jiné v jablkách, cibuli, bobulovinách, čaji, hroznech a listové zelenině. Jako polyfenol/flavonol se může rozkládat při dlouhodobém působení tepla, v silně alkalických podmínkách nebo při dlouhém kontaktu s rozpouštědlem, což snižuje výtěžek a zhoršuje kvalitu výsledného extraktu. Šetrná, netermická a krátkodobá metoda proto pomáhá zachovat jak množství, tak funkční kvalitu (antioxidační kapacitu) extrahovaného kvercetinu.

Jak funguje ultrazvuková extrakce kvercetinu

Role akustické kavitace Vysoce intenzivní ultrazvuk vytváří v kapalině mikroskopické kavitační bubliny. Jejich implozivní kolaps vytváří lokální horká místa, smykové síly a mikroproudy, které narušují buněčné stěny rostlin a rozrušují tkáňové matrice. Tím se otevírají buněčné kompartmenty, v nichž je kvercetin uložen, a urychluje se jeho difúze do okolního rozpouštědla, takže se účinná látka uvolňuje rychleji a úplněji.

Typický průběh procesu ultrazvukové extrakce kvercetinu

1. Příprava: rostlinnou surovinu (např. listy, slupky, semena) rozemelte, nakrájejte nebo lyofilizujte, aby se zvětšil její povrch.
2. Volba rozpouštědla: zvolte zelené rozpouštědlo potravinářské kvality, jako je voda, ethanol nebo směs voda–ethanol.
3. Sonikace: extrahujte ve vsádkovém režimu (za míchání) nebo v kontinuálním režimu s průtokovou celou po dobu 5–30 minut.
4. Separace: extrakt přefiltrujte nebo odstřeďte a získejte kapalinu bohatou na kvercetin.
5. Zahuštění / purifikace: podle potřeby volitelně vysušte, vysrážejte nebo přečistěte.

Poznámka: konkrétní časy, amplitudy a poměry rozpouštědel závisí na rostlinném druhu a cílové matrici – naši procesní odborníci vám mohou pomoci optimalizovat procesní parametry pro vaši surovinu.

Případová studie: Ultrazvukem asistovaná extrakce kvercetinu

Sharifi et al. (2017) prokázali, že ultrazvuková extrakce je účinnou a praktickou metodou pro extrakci flavonoidů, jako je kvercetin, z léčivých rostlin. Použili přístroj Hielscher UP400St (400W, viz obr. vlevo) při nastavení amplitudy 50%. Listy ředkve (Raphanus Sativus) byly vloženy do methanolu a sonikovány po dobu 10 min., což vedlo k výtěžku kvercetinu 11,8%. Převaha ultrazvukem asistované extrakce ve srovnání s konvenčními technikami, jako je macerace, Soxhletova extrakce a tepelná digesce. Ultrazvuková extrakce vyniká vyššími výtěžky, výrazně kratšími dobami extrakce a menším množstvím rozpouštědel. Působení ultrazvukových vln vytváří 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. Přestože ultrazvuková extrakce potřebovala pouze 10 min. – ve srovnání s dobami extrakce 24 h u macerace, 60 min u tepelné digesce a 24 h u Soxhletovy extrakce – bylo množství ultrazvukem extrahovaného kvercetinu vyšší než u digesce, macerace a Soxhletovy extrakce.

Ultrazvuková extrakce (UAE) poskytuje ve srovnání s konvenčními extrakčními metodami výrazně vyšší výtěžky kvercetinu za kratší dobu extrakce.
zdroj: Sharifi at al., 2017

Zařízení pro ultrazvukovou extrakci

Společnost Hielscher Ultrasonics se specializuje na výrobu vysoce výkonných ultrazvukových procesorů pro výrobu vysoce kvalitních extraktů z rostlinných materiálů.
Hielscher nabízí široké produktové portfolio, které sahá od malých, výkonných laboratorních ultrazvukových přístrojů až po robustní stolní a plně průmyslové systémy, které dodávají vysoce intenzivní ultrazvuk pro účinnou extrakci a izolaci bioaktivních látek (např. polyfenolů, gingerolu, piperinu, kurkuminu atd.). Všechna ultrazvuková zařízení od 200 wattů do 16 000 wattů jsou vybavena barevným displejem pro digitální ovládání, integrovanou SD kartou pro automatický záznam dat, vzdáleným ovládáním přes prohlížeč a mnoha dalšími uživatelsky přívětivými funkcemi. Sonotrody a průtokové cely (části, které jsou v kontaktu s médiem) lze autoklávovat a snadno se čistí. Všechny naše ultrazvukové přístroje jsou konstruovány pro provoz 24/7, vyžadují jen nízkou údržbu a jejich obsluha je snadná a bezpečná.
Digitální barevný displej umožňuje uživatelsky přívětivé ovládání ultrazvukového přístroje, díky čemuž lze proces přesně nastavit. Naše systémy dokážou dodávat amplitudy od nízkých až po velmi vysoké. Pro extrakci polyfenolů, jako je kvercetin, nabízíme speciální ultrazvukové sonotrody (známé také jako ultrazvukové sondy nebo horny), které jsou optimalizovány pro šetrnou izolaci vysoce kvalitních účinných látek. Robustnost sonikátorů Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Přesné řízení parametrů ultrazvukového procesu zajišťuje reprodukovatelnost a standardizaci procesu.