Ultrazvučna ekstrakcija kvercetina

Kvercetin je jedan od najopsežnije proučavanih biljnih polifenola, cijenjen zbog svojeg antioksidacijskog djelovanja i 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, netoplinsku tehniku ekstrakcije. Upravo se tu ultrazvučna ekstrakcija kvercetina ističe.

Ultrazvuk visokih performansi za visokokvalitetne ekstrakte kvercetina

Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE) koristi ultrazvuk velike snage i niske frekvencije za mehaničko razaranje biljnih staničnih stijenki i znatno povećanje prijenosa tvari, čime se kvercetin oslobađa u otapalo u roku od nekoliko minuta umjesto sati. U usporedbi s maceracijom, ekstrakcijom po Soxhletu ili toplinskom digestijom, ultrazvučna ekstrakcija omogućuje veće prinose, kraće vrijeme obrade, manje volumene otapala i bolje očuvanu bioaktivnost – što je čini privlačnom opcijom za laboratorije, pilot-postrojenja i industrijsku proizvodnju biljnih ekstrakata i ekstrakata polifenola.

Učinci sonikacije na staničnu strukturu: Ultrazvučno izazvano razaranje staničnih stijenki omogućuje oslobađanje kvercetina i rutina iz biljke Euonymus alatus.
Slika i istraživanje: ©Yang i Zhang, 2008.

Zašto kvercetin zahtijeva blagu metodu ekstrakcije

Kvercetin se nalazi u mnogim vrstama voća, povrća i bilja – uključujući jabuke, luk, bobičasto voće, čaj, grožđe i lisnato povrće. Kao polifenol/flavonol može se razgraditi pri dugotrajnom izlaganju toplini, u jako lužnatim uvjetima ili pri dugotrajnom kontaktu s otapalom, što smanjuje prinos i narušava kvalitetu konačnog ekstrakta. Blaga, netoplinska, kratkotrajna metoda stoga pomaže očuvati i količinu i funkcionalnu kvalitetu (antioksidacijski kapacitet) ekstrahiranog kvercetina.

Kako djeluje ultrazvučna ekstrakcija kvercetina

Uloga akustične kavitacije 
Ultrazvuk visokog intenziteta stvara mikroskopske kavitacijske mjehuriće u tekućini. Njihov implozivni kolaps stvara lokalizirane vruće točke, smične sile i mikromlazove koji razaraju biljne stanične stijenke i razbijaju tkivne matrikse. Time se otvaraju stanični odjeljci u kojima je pohranjen kvercetin i ubrzava njegova difuzija u okolno otapalo, pa se aktivni spoj oslobađa brže i potpunije.

Tipičan tijek postupka ultrazvučne ekstrakcije kvercetina

1. Priprema: sameljite, narežite ili liofilizirajte sirovi biljni materijal (npr. lišće, kore, sjemenke) kako biste povećali površinu.
2. Odabir otapala: odaberite zeleno otapalo prehrambene kvalitete, poput vode, etanola ili smjese vode i etanola.
3. Sonikacija: provodite ekstrakciju šaržno (uz miješanje) ili u kontinuiranom načinu rada s protočnom ćelijom tijekom 5–30 minuta.
4. Odvajanje: filtrirajte ili centrifugirajte ekstrakt i prikupite tekućinu bogatu kvercetinom.
5. Koncentriranje / pročišćavanje: prema potrebi možete provesti sušenje, taloženje ili pročišćavanje.

Napomena: konkretna vremena, amplitude i omjeri otapala ovise o biljnoj vrsti i ciljnom matriksu – naši stručnjaci za procese mogu vam pomoći optimizirati procesne parametre za vašu sirovinu.

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 uređaj Hielscher UP400St (400W, vidi sliku lijevo) pri postavci amplitude od 50%. Listovi rotkvice (Raphanus Sativus) stavljeni su u metanol i sonicirani 10 min., što je rezultiralo prinosom kvercetina od 11,8%. Nadmoć ekstrakcije potpomognute ultrazvukom u usporedbi s konvencionalnim tehnikama kao što su maceracija, Soxhletova ekstrakcija i toplinska digestija. Ultrazvučna ekstrakcija ističe se većim prinosima, znatno kraćim vremenima ekstrakcije i manjim količinama otapala. Primjena ultrazvučnih valova stvara kavitaciju, koja razara stanične stijenke biljnog materijala i potiče prijenos tvari. Stoga je ultrazvučna ekstrakcija učinkovitija od tradicionalnih metoda i ističe se pri ekstrakciji kvercetina iz organskih matriksa. Iako je ultrazvučna ekstrakcija trajala samo 10 min. – u usporedbi s vremenima ekstrakcije od 24 h za maceraciju, 60min. za toplinsku digestiju i 24 h za Soxhletovu ekstrakciju – količina ultrazvučno ekstrahiranog kvercetina bila je veća od one dobivene digestijom, maceracijom i Soxhletovom ekstrakcijom.

Ultrazvučna ekstrakcija (UAE) daje znatno veće prinose kvercetina uz kraća vremena ekstrakcije u usporedbi s konvencionalnim metodama ekstrakcije.
izvor: Sharifi at al., 2017

Oprema za ultrazvučnu ekstrakciju

Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za proizvodnju ultrazvučnih procesora visokih performansi za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz biljnog materijala.
Hielscher nudi širok asortiman proizvoda, od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i potpuno industrijskih sustava, koji stvaraju ultrazvuk visokog intenziteta za učinkovitu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih tvari (npr. polifenola, gingerola, piperina, kurkumina itd.). Svi ultrazvučni uređaji od 200 vata do 16.000 vata imaju zaslon u boji za digitalno upravljanje, ugrađenu SD karticu za automatsko bilježenje podataka, daljinsko upravljanje putem preglednika i mnoge druge značajke prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u dodiru s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste. Svi naši ultrazvučni uređaji konstruirani su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja te su jednostavni i sigurni za rukovanje.
Digitalni zaslon u boji omogućuje jednostavno upravljanje ultrazvučnim uređajem, čime se omogućuje precizno podešavanje procesa. Naši sustavi mogu postići amplitude u rasponu od niskih do vrlo visokih. Za ekstrakciju polifenola kao što je kvercetin nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (poznate i kao ultrazvučne sonde ili rogovi), optimizirane za nježnu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih tvari. Robusnost sonikatora Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikom opterećenju i u zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola parametara ultrazvučnog procesa osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa.