Εκχύλιση πολυφαινολών από το Baggibuti (Stachys parviflora) με υπερήχους

Τα εκχυλίσματα του φυτού Baggibuti (Stachys parviflora L.) εκτιμώνται ως φυτικά φάρμακα που χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση κραμπών, αρθραλγίας, επιληψίας, ιεράς νόσου και δρακοντίασης. Οι εκχυλιστές υπερήχων εφαρμόζονται με επιτυχία για την απομόνωση πολυφαινολών και άλλων φυτοχημικών ενώσεων από το Stachys parviflora.

Τι κάνει την εκχύλιση με υπερήχους ανώτερη; – Η αρχή λειτουργίας και τα οφέλη των υπερήχων ισχύος

Όταν πρέπει να απομονωθούν βιοδραστικές ενώσεις (δηλαδή φυτοχημικές ενώσεις, δευτερογενείς μεταβολίτες) από φυτικές ύλες, οι κυτταρικές δομές του φυτικού υλικού πρέπει να διαρραγούν ώστε να απελευθερωθούν οι ενώσεις-στόχοι. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια ιδιαίτερα αποδοτική μέθοδος για την απομόνωση του συνόλου των φυτοχημικών ενώσεων από φυτικές ύλες (π.χ. Stachys parviflora, βότανα κ.λπ.) μέσω μιας ταχείας διαδικασίας εκχύλισης. Η εφαρμογή υπερήχων υψηλής ισχύος παράγει έντονα φαινόμενα σπηλαίωσης, διαταραχές / τυρβώδεις ροές και ροή υγρού υψηλής ταχύτητας. Αυτές οι δυνάμεις των υπερήχων προάγουν την κυτταρική διάρρηξη και την ανάμειξη σε μακροσκοπικό και μικροσκοπικό επίπεδο. Επιπλέον, βελτιώνονται σημαντικά η διείσδυση του διαλύτη, η διάλυση των βιοδραστικών ενώσεων και η μεταφορά μάζας. Αυτό καθιστά την υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση ιδιαίτερα αποτελεσματική, με αποτέλεσμα ανώτερες αποδόσεις εκχυλίσματος σε σύντομο χρόνο διεργασίας.

Τα οφέλη των φυτοχημικών ενώσεων του Baggibuti (Stachys parviflora)

Το Stachys parviflora L., κοινώς γνωστό ως «Baggibuti», είναι είδος των Lamicae. Ενώσεις του Stachys parviflora, όπως τα ιριδοειδή, τα φλαβονοειδή, τα φαινολικά οξέα και τα διτερπενοειδή, αναφέρονται ως δευτερογενείς μεταβολίτες και είναι γνωστές για τις αντινεφριτικές, αντιφλεγμονώδεις, αντιμικροβιακές και δεσμευτικές των ελεύθερων ριζών ιδιότητές τους.

Εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από το Baggibuti (Stachys parviflora) με υπερήχους

Η εκχύλιση με υπερήχους, γνωστή και ως υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση (UAE), είναι μια επιστημονικά τεκμηριωμένη και βιομηχανικά καθιερωμένη τεχνολογία για την απομόνωση βιοδραστικών ενώσεων, όπως οι πολυφαινόλες, τα φλαβονοειδή, τα τερπένια και πολλοί άλλοι δευτερογενείς μεταβολίτες, από φυτικές ύλες.

Εκχύλιση του Baggibuti (Stachys parviflora): Αρχή λειτουργίας και πρωτόκολλο

Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια ήπια, μη θερμική, αλλά ιδιαίτερα αποδοτική τεχνική εκχύλισης, η οποία βασίζεται αποκλειστικά σε μηχανικές δυνάμεις. Έτσι, οι ευαίσθητες φυτικές ενώσεις προστατεύονται από τη θερμική αποδόμηση, ενώ οι αποδόσεις εκχυλίσματος που επιτυγχάνονται με την κατεργασία με υπερήχους είναι εξαιρετικά υψηλές και η ποιότητά του ανώτερη.

Υπέρηχοι υψηλής ισχύος για εκχύλιση

Ο μηχανισμός εντατικοποίησης της εκχύλισης μέσω υπερήχων χαμηλής συχνότητας και υψηλής έντασης αποδίδεται κυρίως στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Όταν οι φυσαλίδες σπηλαίωσης καταρρέουν στην επιφάνεια του φυτικού υλικού, η διάβρωση και η δημιουργία πόρων μέσω υπερήχων διαρρηγνύουν τη μήτρα των φυτικών κυττάρων (όπως του Stachys parviflora), με αποτέλεσμα την καταστροφή της κυτταρικής δομής και την απελευθέρωση ενδοκυτταρικών ουσιών, όπως οι πολυφαινόλες και άλλες φυτοχημικές ενώσεις. Η μεταφορά μάζας που ενισχύεται με αυτόν τον τρόπο διευκολύνει την απελευθέρωση μορίων, όπως οι πρωτεΐνες, τα λιπίδια και οι φυτοχημικές ενώσεις.
Οι δυνάμεις διάτμησης που παράγονται από τους υπερήχους βελτιώνουν τη διείσδυση του διαλύτη στην κυτταρική μήτρα της φυτικής ύλης και τη διαπερατότητα των κυτταρικών μεμβρανών, αντίστοιχα. Αυτοί οι μηχανισμοί των υπερήχων ισχύος ευθύνονται για τη σημαντική εντατικοποίηση της διεργασίας που επιτυγχάνεται όταν η κατεργασία με υπερήχους εφαρμόζεται για την εκχύλιση φυτικών υλών.

Εικόνα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) της επιφάνειας του Stachys parviflora, (a) μη κατεργασμένο δείγμα, (b) εκχύλιση με εμβάπτιση, (c) βελτιστοποιημένη υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση (UAE) (UP200Ht, χρόνος κατεργασίας 4 min, υψηλή ένταση 74,5% και καθαρότητα διαλύτη 74,2 %)
Μελέτη και εικόνα: ©Salarbashi et al., 2016

Πρωτόκολλο εκχύλισης φαινολικών ενώσεων από το Baggibuti με υπερήχους

Η ερευνητική ομάδα του Salarbashi εκχύλισε πολυφαινολικές ενώσεις από φύλλα του Stachys parviflora χρησιμοποιώντας τον εκχυλιστή υπερήχων UP200Ht (200W, 26kHz). Για τη συγκριτική μελέτη της εκχύλισης με υπερήχους και της εκχύλισης με εμβάπτιση, αποξηραμένα υπέργεια μέρη του S. parviflora (που συλλέχθηκαν κατά το στάδιο της ανθοφορίας) αλέστηκαν σε σκόνη με μέσο μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 149µm. Η εκχύλιση της φυτικής ύλης πραγματοποιήθηκε σε θερμοκρασία 35°C, σε φυσικό pH, χρησιμοποιώντας μεθανόλη (60, 80 και 100 % (v v-1)) ως διαλύτη για χρονικά διαστήματα 4, 7 και 10 min.
Για την εκχύλιση με υπερήχους χρησιμοποιήθηκε η συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα UP200Ht (200W, 26kHz) της Hielscher. Το πλάτος ταλάντωσης του εκχυλιστή υπερήχων UP200Ht ρυθμίστηκε στο 100%. Η ένταση της κατεργασίας με υπερήχους ήταν 21,8346 Wcm-2 σε πλάτος ταλάντωσης 100%.
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης του εκχυλίσματος που παράχθηκε με υπερήχους έδειξαν ότι η συνολική περιεκτικότητα των εκχυλισμάτων σε φλαβονοειδή (TFC) αυξανόταν γραμμικά με την κατεργασία με υπερήχους, ενώ ο χρόνος εκχύλισης είχε την αντίθετη επίδραση στην TFC. Η υψηλότερη συνολική περιεκτικότητα σε φλαβονοειδή επιτεύχθηκε με διάρκεια κατεργασίας με υπερήχους 4min. (t = 4 min).
Το καφεϊκό οξύ, το ταννικό οξύ, η κερκετίνη, το trans-φερουλικό οξύ και το ροσμαρινικό οξύ βρέθηκαν ως οι κύριες φαινολικές ενώσεις στο εκχύλισμα που παράχθηκε με υπερήχους.
Με βάση τις εικόνες SEM, είναι σαφώς ορατό ότι η κατεργασία με υπερήχους και η ακουστική σπηλαίωση που προκύπτει από αυτήν διαδραματίζουν αναμφίβολα σημαντικό ρόλο στην αποτελεσματική διάρρηξη του κυτταρικού τοιχώματος και της δομής του φυτικού υλικού, ενώ η απόδοση της εκχύλισης ενισχύεται από τις υπερηχητικές δονήσεις και τις μικροροές που προκαλούνται από τη σπηλαίωση. Μέσω αυτών των επιδράσεων των υπερήχων ισχύος, η υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση ενισχύει τη διαδικασία διόγκωσης και μαλάκυνσης των κυτταρικών τοιχωμάτων μέσω της ενυδάτωσης του πηκτινικού υλικού της μεσοκυττάριας πλάκας. Κατά συνέπεια, η μήτρα των φυτικών κυττάρων διασπάται, γεγονός που στη συνέχεια οδηγεί σε πολύ ταχύτερη και αποδοτικότερη απελευθέρωση βιοδραστικών μεταβολιτών σε σύγκριση με άλλες κλασικές μεθόδους εκχύλισης. Οι εικόνες SEM καταδεικνύουν την αποδοτικότητα της εκχύλισης φαινολικών ενώσεων με υπερήχους. Ως ήπια, μη θερμική μέθοδος εκχύλισης, η κατεργασία με υπερήχους αποδίδει εκχυλίσματα με ανώτερη αντιοξειδωτική και αντιμικροβιακή δράση, η οποία υπερβαίνει εκείνη των εκχυλισμάτων που παράγονται με συμβατικές τεχνικές εκχύλισης.
(πρβλ. Salarbashi et al., 2016)

Χρωματογράφημα HPLC εκχυλίσματος Stachys parviflora, το οποίο απομονώθηκε υπό βελτιστοποιημένες συνθήκες υποβοηθούμενης από υπερήχους εκχύλισης
Μελέτη και εικόνα: ©Salarbashi et al., 2016

Συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης και τεχνολογίας αιχμής για την εκχύλιση του Stachys parviflora

Οι έξυπνες λειτουργίες των συσκευών υπερήχων της Hielscher έχουν σχεδιαστεί ώστε να εγγυώνται αξιόπιστη λειτουργία, αναπαραγώγιμα αποτελέσματα και ευχρηστία. Η πρόσβαση στις ρυθμίσεις λειτουργίας και η προσαρμογή τους γίνονται εύκολα μέσω ενός διαισθητικού μενού, προσβάσιμου από την ψηφιακή έγχρωμη οθόνη αφής και μέσω απομακρυσμένου ελέγχου από πρόγραμμα περιήγησης. Επομένως, όλες οι συνθήκες κατεργασίας, όπως η καθαρή ενέργεια, η συνολική ενέργεια, το πλάτος ταλάντωσης, ο χρόνος, η πίεση και η θερμοκρασία, καταγράφονται αυτόματα σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να επανεξετάζετε και να συγκρίνετε προηγούμενους κύκλους κατεργασίας με υπερήχους και να βελτιστοποιείτε την εκχύλιση αιθέριου ελαίου από το Stachys parviflora (baggibuti), ώστε να επιτυγχάνεται η υψηλότερη αποδοτικότητα.
Τα συστήματα της Hielscher Ultrasonics χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για την παραγωγή φυτικών εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας. Οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων της Hielscher μπορούν εύκολα να λειτουργούν με υψηλά πλάτη ταλάντωσης σε συνεχή λειτουργία (24/7/365). Πλάτη ταλάντωσης έως και 200µm μπορούν εύκολα να παράγονται συνεχώς με τυπικά ηχοτρόδια (καθετήρες / κέρατα υπερήχων). Για ακόμη υψηλότερα πλάτη ταλάντωσης διατίθενται ηχοτρόδια υπερήχων ειδικής κατασκευής. Χάρη στη στιβαρότητά τους και στις χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης, τα συστήματα εκχύλισης με υπερήχους που προσφέρουμε εγκαθίστανται συχνά σε εφαρμογές βαριάς χρήσης και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.

Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την εκχύλιση φυτικών υλών με υπερήχους, τα συστήματα εκχύλισης με υπερήχους που προσφέρουμε και τις τιμές! Το προσωπικό μας με την εκτενή εμπειρία θα χαρεί να συζητήσει μαζί σας την εφαρμογή σας και τις απαιτήσεις κατεργασίας!

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας κατεργασίας των συσκευών υπερήχων μας: