Ultrazvučna ekstrakcija kvercetina

Kvercetin je jedan od najviše proučavanih biljnih polifenola, cijenjen zbog svog antioksidativnog djelovanja i svoje uloge u dodacima prehrani, funkcionalnoj hrani i nutraceuticima. Budući da su kvercetin i njegovi glikozidi (npr. rutin, izokvercetin) osjetljivi na toplinu i oksidaciju, proizvodnja ekstrakta visoke čistoće zahtijeva učinkovitu, ali blagu tehniku ​​ekstrakcije bez topline. Upravo tu briljira ultrazvučna ekstrakcija kvercetina.

Ultrazvuk visokih performansi za visokokvalitetne ekstrakte kvercetina

Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) koristi ultrazvuk velike snage, niske frekvencije za mehaničko ometanje staničnih stijenki biljaka i dramatično povećanje prijenosa mase, oslobađajući kvercetin u otapalo unutar nekoliko minuta umjesto sati. U usporedbi s maceracijom, Soxhletom ili digestijom temeljenom na toplini, ultrazvučna ekstrakcija daje veće prinose, kraće vrijeme obrade, manje volumene otapala i bolje očuvana bioaktivnost – što ga čini atraktivnom opcijom za laboratorije, pilot postrojenja i industrijsku proizvodnju botaničkih i polifenolnih ekstrakata.

Učinci ultrazvuka na staničnu strukturu: ultrazvučno inducirano razbijanje staničnih stijenki omogućuje oslobađanje kvercetina i rutina iz Euonymus alatusa.
Slika i studija: ©Yang i Zhang, 2008.

Zašto kvercetin zahtijeva nježnu metodu ekstrakcije

Kvercetin se nalazi u mnogom voću, povrću i bilju – uključujući jabuke, luk, bobičasto voće, čaj, grožđe i lisnato povrće. Kao polifenol/flavonol može se razgraditi pod dugotrajnom toplinom, jakim alkalnim uvjetima ili dugim kontaktom s otapalom, što smanjuje prinos i ugrožava kvalitetu konačnog ekstrakta. Zbog toga blaga, netermalna metoda kratkog trajanja pomaže sačuvati i količinu i funkcionalnu kvalitetu (antioksidativni kapacitet) ekstrahiranog kvercetina.

Kako funkcionira ultrazvučna ekstrakcija kvercetina

Uloga akustične kavitacije 
Ultrazvuk visoke intenziteta stvara mikroskopske kavitacijske mjehuriće u tekućini. Njihov implozivni kolaps generira lokalizirane vruće točke, smične sile i mikro-mlazove koji razaraju stanične stijenke biljaka i razbijaju stanične matrice. To otvara stanične kompartmente u kojima se pohranjuje kvercetin i ubrzava njegovu difuziju u okolni otapalo, pa se aktivni spoj oslobađa brže i potpunije.

Tipični tok procesa za ultrazvučnu ekstrakciju kvercetina

1. priprema: meljite, sjeckajte ili hladno sušite sirovi biljni materijal (npr. listove, koru, sjemenke) kako biste povećali površinu.
2. Odabir otapala: odaberite zeleno, prehrambeno sigurno otapalo poput vode, etanola ili mješavine vode i etanola.
3. Sonikacija: ekstrakcija u serijskom načinu (uz miješanje) ili u kontinuiranom načinu protoka ćelija 5–30 minuta.
4. odvajanje: Filtriraj ili centrifugiraj ekstrakt i izvuci tekućinu bogatu kvercetinom.
5. Koncentracija / pročišćavanje: Po želji osuši, taloži ili pročišćavaj po potrebi.

Napomena: točna vremena, amplitude i omjeri otapala ovise o biljnoj vrsti i ciljnoj matrici – naši procesni stručnjaci mogu vam pomoći optimizirati parametre procesa za vaš sirovi materijal.

Studija slučaja: Ekstrakcija kvercetina potpomognuta ultrazvukom

Sharifi i sur. (2017) pokazali su da je ultrazvučna ekstrakcija učinkovita i praktična metoda za ekstrakciju flavonoida poput kvercetina iz ljekovitog bilja. Koristili su se Hielscher UP400St (400W, vidi sliku lijevo) pri postavci amplitude od 50%. Listovi rotkvice (Raphanus Sativus) stavljeni su u metanol i sonikirani 10 minuta, što je rezultiralo prinosom kvercetina od 11,8% prinosa. Superiornost ultrazvučno potpomognute ekstrakcije u usporedbi s konvencionalnim tehnikama kao što su maceracija, ekstrakcija po Soxhletu i toplinska digestija. Ultrazvučna ekstrakcija ističe se većim prinosima, znatno kraćim vremenima ekstrakcije i manjim količinama otapala. Primjena ultrazvučnih valova stvara kavitaciju, koja remeti stanične stijenke biljnog materijala i potiče prijenos mase. Dakle, ultrazvučna ekstrakcija je učinkovitija od tradicionalnih metoda i ističe se u ekstrakciji kvercetina iz organskih matrica. Iako je ultrazvučna ekstrakcija trebala samo 10 min. – u usporedbi s vremenima ekstrakcije od 24 sata za maceraciju, 60 min. za termičku digestiju i 24 sata za Soxhlet ekstrakciju – količina ultrazvučno ekstrahiranog kvercetina bila je veća od količine digestije, maceracije i Soxhlet ekstrakcije.

Ultrazvučna ekstrakcija (UAE) daje znatno veće prinose kvercetina u kraćim vremenima ekstrakcije u usporedbi s konvencionalnim metodama ekstrakcije.
Izvor: Sharifi i dr., 2017

oprema za ultrazvučnu ekstrakciju

Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za proizvodnju ultrazvučnih procesora visokih performansi za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz biljnih biljaka.
Hielscher nudi širok portfelj proizvoda koji seže od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i potpuno industrijskih sustava, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za učinkovitu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih tvari (npr. polifenola, gingerol, piperin, kurkumin itd.). Svi ultrazvučni uređaji od 200 W do 16.000 W imaju zaslon u boji za digitalnu kontrolu, integriranu SD karticu za automatsko snimanje podataka, daljinsko upravljanje preglednikom i mnoge druge značajke jednostavne za korištenje. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste. Svi naši ultrazvučni uređaji napravljeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja i jednostavni su i sigurni za rukovanje.
Digitalni zaslon u boji omogućuje jednostavnu kontrolu ultrazvučnog aparata, što proces čini precizno podesivim. Naši sustavi su sposobni isporučivati od niskih do vrlo visokih amplituda. Za ekstrakciju polifenola kao što je kvercetin, nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (također poznate kao ultrazvučne sonde ili rogovi) koje su optimizirane za osjetljivu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih tvari. Robusnost Hielscher sonikatora omogućuje rad 24/7 pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola parametara ultrazvučnog procesa osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa.