استخراج فراصوتی کوئرستین
کوئرستین یکی از پلی‌فنول‌های گیاهی است که بیشترین پژوهش‌ها دربارهٔ آن انجام شده و به‌دلیل فعالیت آنتی‌اکسیدانی و نقشش در مکمل‌های غذایی، غذاهای فراسودمند و فرآورده‌های تغذیه‌ای‌درمانی ارزشمند است. از آنجا که کوئرستین و گلیکوزیدهای آن (مانند روتین و ایزوکوئرستین) به گرما و اکسیداسیون حساس‌اند، تولید عصاره‌ای با خلوص بالا به روشی کارآمد و در عین حال ملایم و غیرحرارتی برای استخراج نیاز دارد. استخراج فراصوتی کوئرستین دقیقاً در همین زمینه برتری دارد.
فناوری فراصوت با عملکرد بالا برای عصاره‌های باکیفیت کوئرستین
استخراج به کمک فراصوت (UAE) از امواج فراصوت با توان بالا و فرکانس پایین برای تخریب مکانیکی دیواره‌های سلولی گیاه و افزایش چشمگیر انتقال جرم استفاده می‌کند و کوئرستین را به‌جای چند ساعت، ظرف چند دقیقه در حلال آزاد می‌سازد. استخراج فراصوتی در مقایسه با خیساندن، استخراج سوکسله یا هضم حرارتی، بازده بالاتر، زمان پردازش کوتاه‌تر، حجم حلال کمتر و حفظ بهتر فعالیت زیستی را فراهم می‌کند – ویژگی‌هایی که آن را به گزینه‌ای جذاب برای آزمایشگاه‌ها، واحدهای پایلوت و تولید عصاره‌های گیاهی و پلی‌فنولی در مقیاس صنعتی تبدیل می‌کنند.
آماده‌اید خیساندن و سوکسله را با استخراج سریع، ملایم و غیرحرارتی جایگزین کنید؟ همین حالا با ما تماس بگیرید – به شما کمک می‌کنیم مشخصات سامانهٔ فراصوتی مناسب برای مادهٔ گیاهی خود را تعیین کنید.
استخراج فراصوتی ناپیوستهٔ مواد گیاهی با حجم 120L با سونیکاتور UIP2000hdT
- بازده برتر
- استخراج پرسرعت – ظرف چند دقیقه
- عصاره‌های باکیفیت – با استخراج ملایم و غیرحرارتی
- حلال‌های سبز (آب، اتانول، متانول و غیره)
- کاربری آسان و ایمن
- هزینه‌های پایین سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری
- کارکرد 24/7 تحت بار کاری سنگین
- روشی سبز و سازگار با محیط‌زیست
اثرات فراصوت‌دهی بر ساختار سلولی: تخریب دیواره‌های سلولی بر اثر فراصوت، آزادسازی کوئرستین و روتین از Euonymus alatus را امکان‌پذیر می‌کند.
تصویر و پژوهش: ©Yang and Zhang, 2008.
چرا کوئرستین به روش استخراج ملایم نیاز دارد
کوئرستین در بسیاری از میوه‌ها، سبزیجات و گیاهان علفی – از جمله سیب، پیاز، انواع توت، چای، انگور و سبزیجات برگ‌دار – وجود دارد. این ماده به‌عنوان یک پلی‌فنول/فلاونول ممکن است در اثر گرمای طولانی‌مدت، شرایط به‌شدت قلیایی یا تماس طولانی با حلال تجزیه شود؛ این امر بازده را کاهش می‌دهد و کیفیت عصارهٔ نهایی را تضعیف می‌کند. بنابراین، روشی ملایم، غیرحرارتی و کوتاه‌مدت به حفظ هم مقدار و هم کیفیت عملکردی (ظرفیت آنتی‌اکسیدانی) کوئرستین استخراج‌شده کمک می‌کند.
استخراج فراصوتی کوئرستین چگونه عمل می‌کند
نقش کاویتاسیون آکوستیکی
فراصوت با شدت بالا، حباب‌های میکروسکوپی کاویتاسیون را در مایع ایجاد می‌کند. فروپاشی درون‌سوی این حباب‌ها نقاط داغ موضعی، نیروهای برشی و ریزجت‌هایی ایجاد می‌کند که دیواره‌های سلولی گیاه را می‌شکافند و ماتریس‌های بافتی را از هم می‌گسلند. این فرایند محفظه‌های سلولی محل ذخیرهٔ کوئرستین را باز می‌کند و انتشار آن را به حلال پیرامون سرعت می‌بخشد؛ در نتیجه، ترکیب فعال سریع‌تر و کامل‌تر آزاد می‌شود.
روند معمول فرایند استخراج فراصوتی کوئرستین
- آماده‌سازی: مادهٔ خام گیاهی (مانند برگ، پوست و دانه) را آسیاب، خرد یا به روش انجمادی خشک کنید تا سطح آن افزایش یابد.
- انتخاب حلال: یک حلال سبز با گرید غذایی مانند آب، اتانول یا مخلوط آب–اتانول انتخاب کنید.
- فراصوت‌دهی: استخراج را در حالت ناپیوسته (همراه با هم‌زدن) یا در حالت پیوسته با سلول جریان، به‌مدت 5–30 دقیقه انجام دهید.
- جداسازی: عصاره را صاف یا سانتریفیوژ کنید و مایع غنی از کوئرستین را بازیابی کنید.
- تغلیظ / خالص‌سازی: در صورت نیاز، خشک‌کردن، رسوب‌دهی یا خالص‌سازی را انجام دهید.
توجه: زمان‌ها، دامنه‌ها و نسبت‌های مشخص حلال به گونهٔ گیاهی و ماتریس هدف بستگی دارند – کارشناسان فرایند ما می‌توانند به شما در بهینه‌سازی پارامترهای فرایند برای مادهٔ اولیه‌تان کمک کنند.
سونیکاتور UP200Ht برای استخراج کوئرستین
مطالعهٔ موردی: استخراج کوئرستین به کمک فراصوت
Sharifi et al. (2017) نشان داده‌اند که استخراج فراصوتی روشی مؤثر و عملی برای استخراج فلاونوئیدهایی مانند کوئرستین از گیاهان دارویی است. آن‌ها از دستگاه Hielscher UP400St (400W، تصویر سمت چپ را ببینید) با تنظیم دامنه روی 50% استفاده کردند. برگ‌های تربچه (Raphanus Sativus) در متانول قرار داده شدند و به‌مدت 10 min. تحت فراصوت‌دهی قرار گرفتند که به بازده 11٫8% کوئرستین انجامید. برتری استخراج به کمک فراصوت در مقایسه با روش‌های متداولی مانند خیساندن، استخراج سوکسله و هضم حرارتی. استخراج فراصوتی با بازده بالاتر، زمان استخراج به‌مراتب کوتاه‌تر و مصرف حلال کمتر برتری دارد. اعمال امواج فراصوت کاویتاسیون ایجاد می‌کند که دیواره‌های سلولی مادهٔ گیاهی را تخریب می‌کند و انتقال جرم را افزایش می‌دهد. بنابراین، استخراج فراصوتی از روش‌های سنتی مؤثرتر است و در استخراج کوئرستین از ماتریس‌های آلی برتری دارد. اگرچه استخراج فراصوتی فقط به 10 min. نیاز داشت – در مقایسه با زمان استخراج 24hrs برای خیساندن، 60min. برای هضم حرارتی و 24hrs برای استخراج سوکسله – مقدار کوئرستین استخراج‌شده با فراصوت از مقدار حاصل از هضم، خیساندن و استخراج سوکسله بیشتر بود.
استخراج فراصوتی (UAE) در مقایسه با روش‌های متداول استخراج، بازده کوئرستین به‌مراتب بالاتری را در زمان استخراج کوتاه‌تر فراهم می‌کند.
منبع: Sharifi at al., 2017
سونیکاتور UP400ST برای استخراج مواد گیاهی
تجهیزات استخراج فراصوتی
شرکت Hielscher Ultrasonics در ساخت پردازشگرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای تولید عصاره‌های باکیفیت از مواد گیاهی تخصص دارد.
Hielscher مجموعهٔ گسترده‌ای از محصولات را ارائه می‌کند که از دستگاه‌های فراصوتی آزمایشگاهی کوچک و قدرتمند تا سامانه‌های رومیزی مستحکم و کاملاً صنعتی را در بر می‌گیرد. این دستگاه‌ها فراصوت با شدت بالا را برای استخراج و جداسازی کارآمد مواد زیست‌فعال (مانند پلی‌فنول‌ها، جینجرول, پیپرین, کورکومین و غیره) فراهم می‌کنند. همهٔ دستگاه‌های فراصوتی از 200 وات تا 16٬000 وات به نمایشگر رنگی برای کنترل دیجیتال، کارت SD یکپارچه برای ثبت خودکار داده‌ها، کنترل از راه دور از طریق مرورگر و بسیاری امکانات کاربرپسند دیگر مجهزند. سونوتْرودها و سلول‌های جریان (قطعات در تماس با محیط فرایند) قابل اتوکلاو هستند و به‌آسانی تمیز می‌شوند. همهٔ دستگاه‌های فراصوتی ما برای کارکرد 24/7 ساخته شده‌اند، به نگهداری کمی نیاز دارند و کاربری آن‌ها آسان و ایمن است.
نمایشگر رنگی دیجیتال، کنترل کاربرپسند دستگاه فراصوتی را امکان‌پذیر می‌کند و تنظیم دقیق فرایند را میسر می‌سازد. سامانه‌های ما قادر به تأمین دامنه‌های کم تا بسیار بالا هستند. برای استخراج پلی‌فنول‌هایی مانند کوئرستین، سونوتْرودهای فراصوتی ویژه‌ای (که با نام پروب یا هورن فراصوتی نیز شناخته می‌شوند) ارائه می‌کنیم که برای جداسازی ملایم مواد فعال باکیفیت بهینه شده‌اند. استحکام سونیکاتورهای Hielscher امکان کارکرد 24/7 تحت بار کاری سنگین و در محیط‌های دشوار را فراهم می‌کند.
کنترل دقیق پارامترهای فرایند فراصوتی، تکرارپذیری و استانداردسازی فرایند را تضمین می‌کند.
پردازشگرهای فراصوتی با توان بالا از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و مقیاس صنعتی.
پرسش‌های متداول دربارهٔ استخراج فراصوتی کوئرستین
کوئرستین چیست؟
کوئرستین یک فلاونول گیاهی است (فلاونول‌ها زیرگروهی از گروه فلاونوئیدی پلی‌فنول‌ها هستند) که در بسیاری از میوه‌ها، سبزیجات و برگ‌ها یافت می‌شود. منابع طبیعی کوئرستین عبارت‌اند از سیب، فلفل، شراب قرمز، گیلاس‌های تیره و انواع توت (بلوبری، بیلبری، تمشک سیاه و دیگر انواع)، گوجه‌فرنگی، سبزیجات چلیپایی مانند کلم بروکلی، کلم و جوانه‌ها؛ سبزیجات برگ‌سبز مانند اسفناج و کلم کیل؛ مرکبات، کاکائو، کرنبری، غلات کامل مانند گندم سیاه، مارچوبه، کَبَر، پیاز قرمز، روغن زیتون، چای سیاه و سبز، لوبیا و حبوبات؛ گیاهانی مانند مریم‌گلی، آقطی آمریکایی، گل راعی و ginkgo biloba.
چه حلال‌هایی برای استخراج فراصوتی کوئرستین استفاده می‌شوند؟
حلال‌های سبز با گرید غذایی مانند آب، اتانول، متانول یا مخلوط‌های آب–اتانول معمولاً استفاده می‌شوند.
چرا برای کوئرستین به روش استخراج ملایم نیاز است؟
از آنجا که کوئرستین یک ترکیب زیست‌فعال حساس است، هنگام تولید عصارهٔ باکیفیت برای افزودنی‌ها و مکمل‌های غذایی، به روشی کارآمد و در عین حال ملایم نیاز است تا از تجزیهٔ آن جلوگیری شود. استخراج فراصوتی روشی ملایم، غیرحرارتی و کاملاً مکانیکی است که مقادیر بالایی از کوئرستین را در زمان استخراج بسیار کوتاه به دست می‌دهد.
استخراج فراصوتی چگونه عمل می‌کند؟
استخراج فراصوتی بر پدیدهٔ کاویتاسیون آکوستیکی استوار است که دیواره‌های سلولی مادهٔ گیاهی را تخریب می‌کند و انتقال جرم را افزایش می‌دهد و بدین ترتیب ترکیبات زیست‌فعال مانند پلی‌فنول‌ها، کوئرستین و آنتی‌اکسیدان‌ها را آزاد می‌سازد. این ویژگی، فراصوت‌دهی را به روشی ترجیحی برای جداسازی ترکیبات حساس گیاهی تبدیل می‌کند.
مزایای اصلی استخراج فراصوتی کوئرستین چیست؟
مزایای اصلی شامل بازده برتر، استخراج پرسرعت ظرف چند دقیقه، عصاره‌های باکیفیت حاصل از استخراج ملایم و غیرحرارتی، استفاده از حلال‌های سبز (آب، اتانول، متانول و غیره)، کاربری آسان و ایمن، هزینه‌های پایین سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری و امکان کارکرد 24/7 تحت بار کاری سنگین است. این روش همچنین سبز و سازگار با محیط‌زیست است.
آیا استخراج فراصوتی تکرارپذیر و برای مقیاس صنعتی مناسب است؟
بله. کنترل دقیق پارامترهای فرایند فراصوتی، تکرارپذیری و استانداردسازی فرایند را تضمین می‌کند. Hielscher سونوتْرودهای ویژه‌ای ارائه می‌کند که برای جداسازی مواد فعال باکیفیت با حفظ حساسیت آن‌ها بهینه شده‌اند و افزایش مقیاس از آزمایشگاه به پایلوت و تولید صنعتی را پشتیبانی می‌کنند.
چه فوایدی برای سلامتی به کوئرستین نسبت داده می‌شود؟
گلیکوزیدهای کوئرستین (مانند ایزوکوئرستین) و فلاونوئیدهای مرتبط به‌عنوان عوامل ضدویروسی، ضدمیکروبی، ضدالتهابی و ضدحساسیت توصیف شده‌اند که می‌توانند بر انواع مختلف سلول‌ها در حیوانات و انسان اثر مثبت بگذارند. کوئرستین ممکن است به کاهش التهاب، مقابله با حساسیت‌ها، حمایت از سلامت قلب، مقابله با درد، بهبود احتمالی استقامت، مبارزه با سرطان و محافظت از سلامت پوست و کبد کمک کند.
منابع و مراجع
- Sharifi, Niusha; Mahernia, Shabnam; Amanlou, Massoud (2017): Comparison of Different Methods in Quercetin Extraction from Leaves of Raphanus sativus L. Pharmaceutical Sciences March 2017, 23, 59-65.
- Anaya-Esparza, Luis Miguel; Ramos-Aguirre, Dení; Zamora-Gasga, Víctor Manuel; Yahia, Elhadi; Montalvo-González, Efigenia (2018): Optimization of ultrasonic-assisted extraction of phenolic compounds from Justicia spicigera leaves. Food Science and Biotechnology 27, 2018. 1093–1102.
- Wang, L., Li, Z., Huang, J. et al. (2022): Effect of Ultrasound-Assisted Extraction of Polyphenols from Apple Peels in Water CO2 Systems. Food Bioprocessing Technology 15, 2022. 1157–1167.
- Lucas-González R., Viuda-Martos M., Pérez-Álvarez J.Á., Fernández-López J.(2024): Screening factors to affect ultrasound- assisted extraction of (poly)phenols from date palm seeds. Frontiers in Chemistry, Volume 12, 2024.
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.