Ultralydsekstraktion af quercetin

Quercetin er et af de mest undersøgte plantepolyfenoler og værdsættes for sin antioxidantaktivitet og sin rolle i kosttilskud, funktionelle fødevarer og nutraceutika. Da quercetin og dets glykosider (f.eks. rutin og isoquercetin) er følsomme over for varme og oxidation, kræver fremstilling af et ekstrakt med høj renhed en effektiv, men skånsom, ikke-termisk ekstraktionsteknik. Netop her udmærker ultralydsekstraktion af quercetin sig.

Højtydende ultralyd til quercetinekstrakter af høj kvalitet

Ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) bruger ultralyd med høj effekt og lav frekvens til mekanisk at nedbryde plantecellevægge og øge masseoverførslen markant, så quercetin frigives til opløsningsmidlet inden for minutter i stedet for timer. Sammenlignet med maceration, Soxhlet-ekstraktion eller varmebaseret digestion giver ultralydsekstraktion højere udbytter, kortere behandlingstider, mindre forbrug af opløsningsmidler og bedre bevaret bioaktivitet – hvilket gør metoden til en attraktiv mulighed for laboratorier, pilotanlæg og produktion af plante- og polyfenolekstrakter i industriel skala.

Virkninger af sonikering på cellestrukturen: Den ultralydsinducerede nedbrydning af cellevæggene muliggør frigivelse af quercetin og rutin fra Euonymus alatus.
Billede og undersøgelse: ©Yang og Zhang, 2008.

Hvorfor quercetin kræver en skånsom ekstraktionsmetode

Quercetin forekommer i mange frugter, grøntsager og urter – herunder æbler, løg, bær, te, druer og grønne bladgrøntsager. Som polyfenol/flavonol kan det nedbrydes ved langvarig varmepåvirkning, stærkt alkaliske forhold eller langvarig kontakt med opløsningsmidler, hvilket sænker udbyttet og forringer kvaliteten af det endelige ekstrakt. En skånsom, ikke-termisk metode med kort varighed hjælper derfor med at bevare både mængden og den funktionelle kvalitet (antioxidantkapaciteten) af det ekstraherede quercetin.

Sådan fungerer ultralydsekstraktion af quercetin

Den akustiske kavitations rolle 
Ultralyd med høj intensitet skaber mikroskopiske kavitationsbobler i væsken. Deres implosive kollaps genererer lokale områder med høj temperatur, forskydningskræfter og mikrostråler, som bryder plantecellevægge og nedbryder vævsmatricer. Dette åbner de cellulære rum, hvor quercetin er lagret, og fremskynder dets diffusion til det omgivende opløsningsmiddel, så det aktive stof frigives hurtigere og mere fuldstændigt.

Typisk procesforløb for ultralydsekstraktion af quercetin

1. Forberedelse: findel, skær eller frysetør det rå plantemateriale (f.eks. blade, skræller og frø) for at øge overfladearealet.
2. Valg af opløsningsmiddel: vælg et grønt opløsningsmiddel af fødevarekvalitet, såsom vand, ethanol eller en vand–ethanol-blanding.
3. Sonikering: ekstraher i batchdrift (med omrøring) eller i kontinuerlig drift med gennemstrømningscelle i 5–30 minutter.
4. Separation: filtrer eller centrifuger ekstraktet, og opsaml den quercetinrige væske.
5. Koncentrering / oprensning: tør, udfæld eller oprens eventuelt efter behov.

Bemærk: De specifikke tider, amplituder og opløsningsmiddelforhold afhænger af plantearten og den matrix, der skal behandles – vores proceseksperter kan hjælpe dig med at optimere procesparametrene for dit råmateriale.

Casestudie: Ultralydsassisteret ekstraktion af quercetin

Sharifi et al. (2017) har vist, at ultralydsekstraktion er en effektiv og praktisk metode til at ekstrahere flavonoider såsom quercetin fra lægeplanter. De anvendte Hielscher UP400St (400W, se billedet til venstre) med en amplitudeindstilling på 50%. Radisebladene (Raphanus Sativus) blev anbragt i methanol og sonikeret i 10 min., hvilket resulterede i et quercetinudbytte på 11,8%. Den ultralydsassisterede ekstraktions overlegenhed sammenlignet med konventionelle teknikker såsom maceration, Soxhlet-ekstraktion og termisk digestion. Ultralydsekstraktion udmærker sig ved højere udbytter, væsentligt kortere ekstraktionstider og mindre mængder opløsningsmidler. Anvendelsen af ultralydsbølger genererer kavitation, som nedbryder plantematerialets cellevægge og fremmer masseoverførslen. Derfor er ultralydsekstraktion mere effektiv end traditionelle metoder og udmærker sig ved ekstraktion af quercetin fra organiske matricer. Selvom ultralydsekstraktion kun krævede 10 min. – sammenlignet med ekstraktionstider på 24hrs for maceration, 60min. for termisk digestion og 24hrs for Soxhlet-ekstraktion – var mængden af ultralydsekstraheret quercetin højere end ved digestion, maceration og Soxhlet-ekstraktion.

Ultralydsekstraktion (UAE) giver væsentligt højere quercetinudbytter på kortere ekstraktionstider sammenlignet med konventionelle ekstraktionsmetoder.
kilde: Sharifi at al., 2017

Udstyr til ultralydsekstraktion

Hielscher Ultrasonics er specialiseret i fremstilling af højtydende ultralydsprocessorer til produktion af ekstrakter af høj kvalitet fra plantemateriale.
Hielscher tilbyder en bred produktportefølje, der spænder fra små, kraftige ultralydsapparater til laboratorier til robuste bordmodeller og fuldt industrielle systemer, som leverer ultralyd med høj intensitet til effektiv ekstraktion og isolering af bioaktive stoffer (f.eks. polyfenoler, gingerol, piperin, curcumin osv.). Alle ultralydsapparater fra 200 watt til 16.000 watt har et farvedisplay til digital styring, et integreret SD-kort til automatisk dataregistrering, fjernstyring via browser og mange flere brugervenlige funktioner. Sonotroderne og gennemstrømningscellerne (de dele, som er i kontakt med mediet) kan autoklaveres og er nemme at rengøre. Alle vores ultralydsapparater er bygget til 24/7-drift, kræver begrænset vedligeholdelse og er nemme og sikre at betjene.
Et digitalt farvedisplay muliggør brugervenlig styring af ultralydsapparatet, så processen kan indstilles præcist. Vores systemer kan levere amplituder fra lave og op til meget høje niveauer. Til ekstraktion af polyfenoler såsom quercetin tilbyder vi særlige ultralydssonotroder (også kendt som ultralydsprober eller -horn), som er optimeret til skånsom isolering af aktive stoffer af høj kvalitet. Robustheden af sonikatorerne fra Hielscher muliggør 24/7-drift under høj belastning og i krævende miljøer.
Den præcise styring af ultralydsprocessens parametre sikrer reproducerbarhed og processtandardisering.