Ultralydsekstraktion af polyfenoler fra Baggibuti (Stachys parviflora)

Ekstrakter af planten Baggibuti (Stachys parviflora L.) værdsættes som plantemedicin til behandling af kramper, ledsmerter, epilepsi, faldsyge og dracunculiasis. Ultralydsekstraktorer anvendes med succes til isolering af polyfenoler og andre fytokemikalier fra Stachys parviflora.

Hvad gør ultralydsekstraktion overlegen? – Funktionsprincippet og fordelene ved højenergiultralyd

Når bioaktive forbindelser (dvs. fytokemikalier, sekundære metabolitter) skal isoleres fra plantemateriale, skal plantematerialets cellestrukturer nedbrydes for at frigive målforbindelserne. Ultralydsekstraktion er en yderst effektiv metode til at isolere den samlede mængde fytokemikalier fra plantemateriale (f.eks. Stachys parviflora, urter osv.) i en hurtig ekstraktionsproces. Anvendelsen af ultralyd med høj effekt frembringer kraftige kavitationseffekter, forstyrrelser / turbulens og væskestrømning med høj hastighed. Disse ultralydskræfter fremmer cellenedbrydning og blanding på makro- og mikroniveau. Desuden forbedres opløsningsmidlets indtrængning, opløsningen af bioaktive forbindelser og masseoverførslen betydeligt. Dette gør ultralydsassisteret ekstraktion yderst effektiv og giver overlegne ekstraktudbytter med en kort procestid.

Fordelene ved fytokemikalier fra Baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., almindeligvis kendt som “Baggibuti”, er en art af Lamicae. Forbindelser i Stachys parviflora såsom iridoider, flavonoider, fenolsyrer og diterpenoider er rapporteret som sekundære metabolitter og er kendt for deres egenskaber mod nyrebetændelse samt deres antiinflammatoriske, radikalfangende og antimikrobielle egenskaber.

Ultralydsekstraktion af bioaktive forbindelser fra Baggibuti (Stachys parviflora)

Ultralydsekstraktion, også kendt som ultralydsassisteret ekstraktion (UAE), er en videnskabeligt dokumenteret og industrielt etableret teknologi til isolering af bioaktive forbindelser såsom polyfenoler, flavonoider, terpener og mange andre sekundære metabolitter fra plantemateriale.

Ekstraktion af Baggibuti (Stachys parviflora): Funktionsprincip og protokol

Ultralydsekstraktion er en skånsom, ikke-termisk, men yderst effektiv ekstraktionsteknik, som udelukkende er baseret på mekaniske kræfter. Derved beskyttes følsomme planteforbindelser mod termisk nedbrydning, mens ekstraktudbytterne opnået ved sonikering er usædvanligt høje og af overlegen kvalitet.

Ultralyd med høj effekt til ekstraktion

Den ekstraktionsintensiverende mekanisme ved lavfrekvent ultralyd med høj intensitet tilskrives hovedsageligt fænomenet akustisk kavitation. Når kavitationsbobler kollapser på plantematerialets overflade, nedbryder erosion og sonoporation plantecellernes matrix (f.eks. i Stachys parviflora), hvilket medfører ødelæggelse af cellestrukturen og frigivelse af intracellulære stoffer såsom polyfenoler og andre fytokemikalier. Den derved intensiverede masseoverførsel letter frigivelsen af molekyler såsom proteiner, lipider og fytokemikalier.
Ultralydsgenererede forskydningskræfter forbedrer henholdsvis opløsningsmidlets indtrængning i plantematerialets cellematrix og cellemembranernes permeabilitet. Disse mekanismer ved højenergiultralyd er ansvarlige for den betydelige procesintensivering, der opnås, når sonikering anvendes til planteekstraktion.

SEM-billede af overfladen på Stachys parviflora, (a) ubehandlet prøve, (b) maceration, (c) optimeret ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) (UP200Ht, 4 min behandlingstid, 74,5% høj intensitet og 74,2 % opløsningsmiddelrenhed)
Undersøgelse og billede: ©Salarbashi et al., 2016

Protokol for ultralydsekstraktion af fenolforbindelser fra Baggibuti

Salarbashis forskerhold ekstraherede polyfenolforbindelser fra blade af Stachys parviflora ved hjælp af ultralydsekstraktoren UP200Ht (200W, 26kHz). Til den sammenlignende ekstraktionsundersøgelse af ultralydsekstraktion og maceration blev tørrede overjordiske dele (høstet under blomstringsfasen) af S. parviflora formalet til pulver med en gennemsnitlig partikelstørrelse på mindre end 149µm. Planteekstraktionen blev udført ved en temperatur på 35°C og naturlig pH med methanol (60, 80 og 100 % (v v-1)) som opløsningsmiddel i tidsintervaller på 4, 7 og 10 min.
Til ultralydsekstraktionen blev Hielschers ultralydsapparat af probetypen UP200Ht (200W, 26kHz) anvendt. Amplituden på ultralydsekstraktoren UP200Ht blev indstillet til 100%. Ultralydsbehandlingens intensitet var 21,8346 Wcm-2 ved 100% amplitude.
Analyseresultaterne for det ultralydsfremstillede ekstrakt viste, at ekstrakternes samlede flavonoidindhold (TFC) steg lineært med ultralydsbehandlingen, mens ekstraktionstiden havde den modsatte effekt på TFC. Det højeste samlede flavonoidindhold blev opnået ved en sonikeringsvarighed på 4min. (t = 4 min).
Kaffesyre, garvesyre, quercetin, trans-ferulasyre og rosmarinsyre blev fundet som de vigtigste fenolforbindelser i det ultralydsfremstillede ekstrakt.
På SEM-billederne ses det tydeligt, at sonikering og den deraf følgende akustiske kavitation helt klart spiller en vigtig rolle i den effektive nedbrydning af plantematerialets cellevæg og struktur, og at ekstraktionsudbyttet øges af ultralydsvibrationerne og den kavitationsbetingede mikrostrømning. Gennem disse effekter, som fremkaldes af højenergiultralyd, fremmer ultralydsassisteret ekstraktion cellevæggenes opsvulmning og blødgøring via hydrering af pektinholdigt materiale fra midtlamellen. Som følge heraf nedbrydes plantecellernes matrix, hvilket efterfølgende medfører en langt hurtigere og mere effektiv frigivelse af bioaktive metabolitter end ved andre klassiske ekstraktionsmetoder. SEM-billeder viser effektiviteten af ultralydsekstraktion af fenolforbindelser. Som en skånsom, ikke-termisk ekstraktionsmetode giver sonikering overlegen antioxidant- og antimikrobiel aktivitet, der overgår aktiviteten i ekstrakter fremstillet ved konventionelle ekstraktionsteknikker.
(jf. Salarbashi et al., 2016)

HPLC-kromatogram af ekstrakt fra Stachys parviflora, som blev isoleret under optimerede betingelser for ultralydsassisteret ekstraktion
Undersøgelse og billede: ©Salarbashi et al., 2016

Højtydende ultralydsapparater med den nyeste teknologi til ekstraktion af Stachys parviflora

De intelligente funktioner i Hielschers ultralydsapparater er designet til at garantere pålidelig drift, reproducerbare resultater og brugervenlighed. Driftsindstillingerne kan nemt tilgås og indstilles via en intuitiv menu, som er tilgængelig via en digital farveberøringsskærm og fjernbetjening via browser. Derfor registreres alle procesbetingelser såsom nettoenergi, samlet energi, amplitude, tid, tryk og temperatur automatisk på et indbygget SD-kort. Dette giver dig mulighed for at gennemgå og sammenligne tidligere sonikeringskørsler og optimere ekstraktionen af æterisk olie fra Stachys parviflora (baggibuti) til den højeste effektivitet.
Systemer fra Hielscher Ultrasonics anvendes over hele verden til fremstilling af planteekstrakter af høj kvalitet. Hielschers industrielle ultralydsapparater kan uden problemer arbejde med høje amplituder i kontinuerlig drift (24/7/365). Amplituder på op til 200µm kan nemt genereres kontinuerligt med standardsonotroder (ultralydsprober / horn). Til endnu højere amplituder fås specialtilpassede ultralydssonotroder. På grund af deres robusthed og lave vedligeholdelsesbehov installeres vores ultralydsekstraktionssystemer ofte til krævende anvendelser og i krævende miljøer.

Kontakt os nu for at få mere at vide om ultralydsekstraktion af plantemateriale, vores ultralydsekstraktionssystemer og priser! Vores erfarne medarbejdere drøfter gerne din anvendelse og dine proceskrav med dig!

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: