Extracción ultrasónica de polifenoles de Baggibuti (Stachys parviflora)

Los extractos de la planta Baggibuti (Stachys parviflora L.) se valoran como remedio fitoterapéutico para tratar calambres, artralgia, epilepsia, mal caduco y dracunculiasis. Los extractores ultrasónicos se utilizan con éxito para aislar polifenoles y otros fitoquímicos de Stachys parviflora.

¿Qué hace superior a la extracción ultrasónica? – Principio de funcionamiento y ventajas de los ultrasonidos de potencia

Cuando se desea aislar compuestos bioactivos (es decir, fitoquímicos y metabolitos secundarios) de materias vegetales, es necesario romper las estructuras celulares del material vegetal para liberar los compuestos de interés. La extracción ultrasónica es un método muy eficiente para aislar la totalidad de los fitoquímicos de materias vegetales (por ejemplo, Stachys parviflora, hierbas, etc.) mediante un proceso de extracción rápido. La aplicación de ultrasonidos de alta potencia produce fuertes efectos de cavitación, perturbaciones / turbulencias y corrientes de líquido de alta velocidad. Estas fuerzas ultrasónicas favorecen la ruptura celular y la mezcla a escala macroscópica y microscópica. Además, mejoran considerablemente la penetración del disolvente, la disolución de los compuestos bioactivos y la transferencia de masa. Esto hace que la extracción asistida por ultrasonidos sea muy eficaz y permita obtener mayores rendimientos de extracción en un tiempo de procesamiento breve.

Los beneficios de los fitoquímicos de Baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., comúnmente conocida como «Baggibuti», es una especie de Lamicae. Los compuestos de Stachys parviflora, como los iridoides, los flavonoides, los ácidos fenólicos y los diterpenoides, se describen como metabolitos secundarios conocidos por sus propiedades antinefríticas, antiinflamatorias, captadoras de radicales y antimicrobianas.

Extracción ultrasónica de compuestos bioactivos de Baggibuti (Stachys parviflora)

La extracción ultrasónica, también conocida como extracción asistida por ultrasonidos (UAE), es una tecnología científicamente demostrada y consolidada en la industria para aislar compuestos bioactivos como polifenoles, flavonoides, terpenos y muchos otros metabolitos secundarios de materias vegetales.

Extracción de Baggibuti (Stachys parviflora): principio de funcionamiento y protocolo

La extracción ultrasónica es una técnica de extracción suave, no térmica y, a la vez, muy eficiente, basada exclusivamente en fuerzas mecánicas. Así, los compuestos vegetales sensibles quedan protegidos frente a la degradación térmica, mientras que los rendimientos de extracción obtenidos mediante sonicación son excepcionalmente altos y los extractos presentan una calidad superior.

Ultrasonidos de alta potencia para la extracción

El mecanismo de intensificación de la extracción mediante ultrasonidos de baja frecuencia y alta intensidad se atribuye principalmente al fenómeno de la cavitación acústica. Cuando las burbujas de cavitación colapsan sobre la superficie del material vegetal, la erosión y la sonoporación rompen la matriz de las células vegetales (como las de Stachys parviflora), lo que destruye la estructura celular y libera sustancias intracelulares como polifenoles y otros fitoquímicos. La transferencia de masa intensificada de este modo facilita la liberación de moléculas como proteínas, lípidos y fitoquímicos.
Las fuerzas de cizallamiento generadas por ultrasonidos mejoran la penetración del disolvente en la matriz celular de la materia vegetal y la permeabilidad de las membranas celulares, respectivamente. Estos mecanismos de los ultrasonidos de potencia son responsables de la considerable intensificación del proceso que se logra al aplicar sonicación a la extracción de materias vegetales.

Imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de la superficie de Stachys parviflora, (a) muestra sin tratar, (b) maceración, (c) extracción asistida por ultrasonidos (UAE) optimizada (UP200Ht, 4 min de tratamiento, 74,5% de alta intensidad y 74,2 % de pureza del disolvente)
Estudio e imagen: ©Salarbashi et al., 2016

Protocolo de extracción ultrasónica de compuestos fenólicos de Baggibuti

El equipo de investigación de Salarbashi extrajo compuestos polifenólicos de hojas de Stachys parviflora mediante el extractor ultrasónico UP200Ht (200 W, 26 kHz). Para el estudio comparativo de la extracción ultrasónica y la maceración, las partes aéreas secas de S. parviflora (recolectadas durante la fase de floración) se molieron hasta obtener un polvo con un tamaño medio de partícula inferior a 149 µm. La extracción vegetal se realizó a una temperatura de 35 °C, a pH natural, utilizando metanol (60, 80 y 100 % (v v-1)) como disolvente durante intervalos de 4, 7 y 10 min.
Para la extracción ultrasónica se utilizó el sonicador de sonda UP200Ht (200 W, 26 kHz) de Hielscher. La amplitud del extractor ultrasónico UP200Ht se ajustó al 100%. La intensidad del tratamiento ultrasónico fue de 21,8346 Wcm-2 a una amplitud del 100%.
Los resultados del análisis del extracto obtenido mediante ultrasonidos revelaron que el contenido total de flavonoides (TFC) de los extractos aumentaba linealmente con el tratamiento ultrasónico, mientras que el tiempo de extracción tenía el efecto contrario sobre el TFC. El mayor contenido total de flavonoides se obtuvo con una duración de sonicación de 4 min. (t = 4 min).
Se identificaron el ácido cafeico, el ácido tánico, la quercetina, el ácido ferúlico trans y el ácido rosmarínico como los principales compuestos fenólicos del extracto obtenido mediante ultrasonidos.
Las imágenes SEM muestran claramente que la sonicación y la cavitación acústica resultante desempeñan un papel importante en la ruptura eficaz de la pared celular y de la estructura del material vegetal, y que las vibraciones ultrasónicas y las microcorrientes de cavitación aumentan el rendimiento de extracción. Mediante estos efectos inducidos por los ultrasonidos de potencia, la extracción asistida por ultrasonidos favorece el proceso de hinchamiento y ablandamiento de las paredes celulares a través de la hidratación del material péctico de la lámina media. En consecuencia, la matriz de las células vegetales se rompe, lo que permite una liberación de metabolitos bioactivos mucho más rápida y eficiente que con otros métodos clásicos de extracción. Las imágenes SEM ponen de manifiesto la eficiencia de la extracción ultrasónica de compuestos fenólicos. Como método de extracción suave y no térmico, la sonicación produce extractos con actividades antioxidantes y antimicrobianas superiores a las de los extractos obtenidos mediante técnicas de extracción convencionales.
(cf. Salarbashi et al., 2016)

Cromatograma HPLC del extracto de Stachys parviflora obtenido en condiciones optimizadas de extracción asistida por ultrasonidos
Estudio e imagen: ©Salarbashi et al., 2016

Sonicadores de última generación y alto rendimiento para la extracción de Stachys parviflora

Las funciones inteligentes de los sonicadores Hielscher están diseñadas para garantizar un funcionamiento fiable, resultados reproducibles y facilidad de uso. Los ajustes de funcionamiento se pueden consultar y seleccionar fácilmente mediante un menú intuitivo, accesible desde la pantalla táctil digital en color y mediante el control remoto a través del navegador. Así, todas las condiciones de procesamiento, como la energía neta, la energía total, la amplitud, el tiempo, la presión y la temperatura, se registran automáticamente en una tarjeta SD integrada. Esto permite revisar y comparar ciclos de sonicación anteriores y optimizar la extracción de aceites esenciales de Stachys parviflora (baggibuti) para lograr la máxima eficiencia.
Los sistemas de Hielscher Ultrasonics se utilizan en todo el mundo para fabricar extractos vegetales de alta calidad. Los sonicadores industriales Hielscher pueden trabajar fácilmente con amplitudes elevadas en funcionamiento continuo (24/7/365). Con sonotrodos estándar (sondas / bocinas ultrasónicas), se pueden generar fácilmente amplitudes de hasta 200 µm de forma continua. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Gracias a su robustez y sus reducidas necesidades de mantenimiento, nuestros sistemas de extracción ultrasónica se instalan habitualmente para aplicaciones de servicio pesado y en entornos exigentes.

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La tabla siguiente ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros sonicadores: