Estrazione a ultrasuoni dei polifenoli delle foglie di olivo

Gli estratti di foglie di olivo sono un potente integratore alimentare e terapeutico in quanto contengono forti antiossidanti come i polifenoli oleuropeina, idrossitirosolo e verbascoside. L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica altamente efficiente per rilasciare e isolare composti bioattivi come polifenoli, flavoni e terpenoidi dalle foglie di olivo.

Estrazione a ultrasuoni di composti bioattivi dalle foglie di olivo

L'estrazione a ultrasuoni delle foglie di olivo mediante un sonicatore a sonda offre vantaggi quali l'efficienza, l'aumento della resa, la conservazione della bioattività, la sostenibilità, la facilità di funzionamento e l'economicità rispetto ai metodi di estrazione convenzionali. Questi vantaggi la rendono un'opzione interessante per i ricercatori e le industrie che cercano di estrarre composti bioattivi dalle foglie di olivo per varie applicazioni, tra cui prodotti farmaceutici, nutraceutici e alimenti funzionali.

Esploriamo in dettaglio i benefici dell'estrazione a ultrasuoni delle foglie di olivo:

• Efficienza: I sonicatori a sonda erogano onde ultrasoniche ad alta intensità direttamente sul campione, favorendo un'estrazione rapida ed efficiente. Ciò consente tempi di estrazione più brevi rispetto ai metodi convenzionali, riducendo il consumo energetico e aumentando la produttività.
• Aumento della resa:Le onde ultrasoniche distruggono le pareti cellulari e migliorano il rilascio dei composti intracellulari, portando a rese di estrazione più elevate. Gli studi hanno dimostrato che l'estrazione a ultrasuoni può aumentare significativamente l'efficienza di estrazione dei composti bioattivi dai materiali vegetali rispetto ai metodi convenzionali.
• Conservazione della bioattività: L'estrazione a ultrasuoni opera a temperature più basse rispetto ad altre tecniche di estrazione, riducendo il rischio di degradazione termica dei composti sensibili al calore. Ciò contribuisce a preservare la bioattività e la qualità nutrizionale dei composti estratti, come antiossidanti, enzimi e vitamine, presenti nelle foglie di olivo.
• Verde e sostenibile: L'estrazione a ultrasuoni è considerata un metodo di estrazione ecologico e sostenibile, poiché in genere richiede meno solvente ed energia rispetto alle tecniche di estrazione convenzionali. Inoltre, produce rifiuti minimi e può essere facilmente scalata per applicazioni industriali.
  Facilità di funzionamento: I sonicatori a sonda sono relativamente semplici da utilizzare e richiedono una manutenzione minima rispetto ad altre apparecchiature di estrazione. Questo li rende adatti sia alla ricerca su scala di laboratorio che alla produzione su scala industriale.
• Costo-efficacia: Sebbene l'investimento iniziale in un'apparecchiatura a ultrasuoni possa essere più elevato rispetto ai metodi di estrazione tradizionali, l'aumento dell'efficienza e della produttività si traduce spesso in un risparmio economico nel tempo. Inoltre, i tempi di estrazione più brevi riducono i costi di manodopera e aumentano la produttività.

Cosa rende l'estratto di foglie di olivo così benefico?

Le foglie di olivo (Olea europaea), scarti o sottoprodotti agricoli, sono un'ottima fonte di antiossidanti naturali. Le foglie di olivo contengono diversi polifenoli (noti anche come biofenoli), come l'oleuropeina e l'oleaceina. I polifenoli sono presenti naturalmente nelle piante e contribuiscono ai benefici dell'estratto di foglie di olivo per la salute. Oltre ai polifenoli, le foglie di olivo sono ricche di antiossidanti, come gli isomeri ligstroside, idrossitirosolo, tirosolo e acido caffeico.
L'estratto di foglie di olivo è il concentrato di sostanze fitochimiche presenti nelle foglie di olivo e contiene quindi un'elevata quantità di potenti antiossidanti. L'estratto di foglie di olivo è tradizionalmente usato per rafforzare il sistema immunitario. Ad esempio, viene somministrato per migliorare i sintomi del raffreddore comune, della tosse e del mal di gola.
Inoltre, le ricerche suggeriscono che i polifenoli contenuti nell'estratto di foglie d'olivo potrebbero ridurre il rischio di malattie cardiovascolari, abbassare i livelli di colesterolo, contribuire alla perdita di peso, mostrare effetti antimicrobici e agire come agente antitumorale.
Per questo motivo, gli estratti di foglie di olivo (Olea europaea L. folium) sono utilizzati come principio attivo nelle formulazioni di prodotti farmaceutici e integratori alimentari. Inoltre, gli estratti di foglie di olivo sono utilizzati in integratori alimentari, terapeutici, cosmetici, nonché in alimenti e bevande.

Olio d'oliva infuso: L'estratto di foglie di olivo viene utilizzato anche per arricchire gli oli di oliva, come l'olio extravergine di oliva. Se arricchito con l'estratto di foglie di olivo, l'olio di oliva ha un profilo aromatico più ricco e il valore ORAC dell'olio di oliva aumenta. Gli oli d'oliva infusi con foglie d'olivo presentano una migliore conservabilità e una maggiore stabilità al calore, poiché gli antiossidanti eliminano i radicali liberi e prevengono l'irrancidimento.
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Le sostanze fitochimiche più importanti delle foglie di olivo

La composizione dei composti fenolici nelle foglie di olivo comprende oleurosidi (oleuropeina, verbascoside), flavoni (luteolina, diosmetina, apigenina-7-glucosio, luteolina-7-glucosio, diosmetina-7-glucosio), flavonoli (rutina), flavan-3-oli (catechina) e derivati fenolici (tirosolo, idrossitirosolo, vanillina, acido vanillico, acido caffeico). L'oleuropeina e l'idrossitirosolo sono i composti fenolici più importanti delle foglie di olivo.

oleuropeina

L'oleuropeina, un iridoide dell'oliva non tossico (un tipo di monoterpenoide), è un tipo di composto fenolico amaro. Pur essendo presente nella buccia, nella polpa, nei semi e nelle foglie dell'oliva verde, l'oleuropeina è quella che si trova più abbondantemente nelle foglie di olivo. Con un contenuto del 6-14% di peso secco, è la molecola bioattiva più importante nelle foglie di olivo. A seconda della cultivar, del terreno e del periodo di raccolta, il contenuto di oleuropeina può arrivare fino al 17-23% del peso secco.

idrossitirosolo

L'idrossitirosolo è un metabolita dell'oleuropeina. Entrambe le molecole sono note per la loro potente attività antiossidante, che contribuisce ad alcune delle attività antiossidanti, antinfiammatorie e di lotta alle malattie dell'olio d'oliva. L'idrossitirosolo ha uno dei valori ORAC (capacità di assorbimento dei radicali dell'ossigeno) più elevati tra gli antiossidanti naturali.

Un estratto di foglie di olivo a tutto tondo contiene numerosi polifenoli, antiossidanti e altre sostanze fitochimiche, che hanno effetti sinergici. L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica di estrazione affidabile, che libera tutte le sostanze fitochimiche dalle foglie di olivo e produce così un estratto a banda larga altamente potente.

Che cosa sono gli ultrasuoni e l'estrazione a ultrasuoni?

Gli ultrasuoni sono definiti come vibrazioni sonore con più di 20 kHz, cioè più di 20.000 oscillazioni al secondo. Questa è l'area che si trova al di sopra dello spettro uditivo umano. Gli ultrasuoni coprono quindi una gamma molto ampia di vibrazioni acustiche, il che significa che numerose applicazioni diverse rientrano nel campo degli ultrasuoni. Gli esempi più noti di utilizzo comprendono le procedure di imaging presso il medico, l'assistenza al parcheggio nelle automobili e i test non distruttivi dei materiali. Per gli esempi citati si utilizzano ultrasuoni ad alta frequenza e non distruttivi.
Gli ultrasuoni ad alta potenza sono definiti come onde sonore ad alta intensità e bassa frequenza con una frequenza di circa 20-60 kHz. Queste onde sonore ad alta densità energetica generano cicli alternati di alta pressione (compressione) e bassa pressione (rarefazione) nei liquidi. Durante un ciclo di bassa pressione, le onde ultrasoniche ad alta energia creano piccole bolle di vuoto o vuoti nel liquido. Quando queste bolle raggiungono un volume tale da non poter assorbire ulteriore energia, scoppiano durante un ciclo di alta pressione. Questo fenomeno di implosione delle bolle è noto come cavitazione.
La cavitazione crea punti caldi locali nel liquido o nel fango, che possono raggiungere temperature fino a 5000K e pressioni fino a 2000atm. Inoltre, l'implosione delle bolle di cavitazione crea getti di liquido a velocità fino a 280 m/s. Queste condizioni estreme, che si verificano localmente, provocano lo scoppio delle cellule vegetali, con conseguente rilascio delle sostanze bioattive intrappolate all'interno della cellula. In altre parole, la cavitazione acustica distrugge le cellule vegetali e porta a una maggiore diffusione delle molecole intracellulari nella soluzione di estrazione (solvente), aumentando così il trasferimento di massa. Un maggiore trasferimento di massa significa una maggiore velocità di estrazione. Pertanto, le sonde a ultrasuoni sono uno degli strumenti più utilizzati per produrre estratti di alta qualità da prodotti botanici come erbe, foglie, frutti e altri materiali vegetali.
L'estrazione a ultrasuoni offre diversi vantaggi, come l'estrazione completa / rese molto elevate, tempi di estrazione ridotti, maggiore efficienza, compatibilità con qualsiasi solvente e metodo di estrazione non termico.

La figura mostra il cromatogramma della cromatografia liquida ad altissime prestazioni con rivelatore a diodi (UHPLC-DAD) dei fenoli delle foglie di olivo estratti a ultrasuoni. I picchi 1 e 2 sono stati rilevati a 325 nm (linee rosse), mentre il picco 3 (linea blu) è stato rilevato a 280 nm.
immagine e studio: Giocometti, J. et al. (2018)

Estratti di foglie di olivo prodotti per sonicazione

Le condizioni ambientali estreme nella zona "hot spot" della cavitazione ultrasonica hanno vari effetti sul materiale vegetale e sulla sua estraibilità. Tra questi, il superamento della permeabilità selettiva della membrana cellulare, l'aumento dello scambio di sostanze tra l'interno della cellula e il solvente, la rottura meccanica della cellula e il rilascio di sostanze intracellulari (ad esempio, sostanze fitochimiche come l'oleuropina, l'idrossitirosolo, l'acido gallico ecc.) Questi effetti si traducono in un'elevata resa di estratti di alta qualità in un tempo di sonicazione molto breve. Un processore a ultrasuoni da 400 watt comeL'UP400St di Hielscher è in grado di trattare un lotto di 10 litri di fanghi botanici in 5-8 minuti. Gli ultrasuonatori industriali trattano il fango composto da materiale vegetale e solvente in flusso continuo. Il prodotto viene pompato attraverso un reattore a ultrasuoni e qui sonicato. Su scala industriale, un UIP4000hdT (4kW) può raggiungere circa 3L/min.
Grazie all'elevata resa dell'estratto e alla velocità del processo, l'estrazione a ultrasuoni è particolarmente efficiente. Pertanto, la sonicazione è stata rapidamente adattata da diversi produttori di estratti che producono estratti di alta qualità, ad esempio CBD, cannabinoidi, vaniglia, alghe, zenzero e numerosi altri estratti botanici. La cavitazione a ultrasuoni consente di ottenere una resa di estratto pari al 95-99% del composto attivo contenuto nelle sostanze botaniche. Ad esempio, una ricerca ha dimostrato un'efficienza di estrazione del 99,27% per il rilascio di fenoli totali dalle foglie di olivo. (Luo, 2011) Il processo a ultrasuoni può essere adattato in modo ottimale alla materia prima e alla qualità dell'estratto desiderato regolando i parametri del processo (ampiezza degli ultrasuoni, temperatura, pressione, viscosità).
L'estrazione a ultrasuoni è compatibile con quasi tutti i tipi di solventi. Per l'estrazione di foglie di olivo assistita da ultrasuoni, l'etanolo acquoso all'80% è risultato il più efficace. Tuttavia, la resa di estrazione di specifici composti fitochimici può essere modificata scegliendo un altro solvente con diversa polarità (ad esempio, metanolo).
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Vantaggi dei sistemi di estrazione a ultrasuoni

I vantaggi dell'estrazione a ultrasuoni sono l'elevata resa di estrazione, la libera scelta del solvente (ad esempio, acqua, etanolo, miscela di acqua ed etanolo, olio d'oliva, ecc. A causa delle intense forze meccaniche della sonicazione, i solventi ecologici e delicati come acqua, etanolo, ecc. sono solitamente sufficienti per ottenere un tasso di estrazione e una resa straordinari. Di conseguenza, l'estrazione a ultrasuoni accorcia i tempi di estrazione e consente di ridurre l'uso di solventi o di utilizzare solventi più blandi e delicati. Ciò significa che l'estrazione a ultrasuoni consente di ottenere tassi di estrazione più elevati ed estratti più sani (ad esempio, estratti di acqua fredda). Poiché la temperatura del processo può essere controllata con precisione durante la sonicazione, si evita la decomposizione termica degli estratti dovuta a temperature troppo elevate e l'evaporazione delle sostanze.
Rispetto alla CO₂ I costi di acquisto di un estrattore a ultrasuoni sono bassi. I processori a ultrasuoni possono anche guadagnare punti in termini di costi operativi, semplicità d'uso e sicurezza sul lavoro.

ultrasuoni – per piccole quantità fino alla produzione industriale

Una caratteristica particolare del trattamento a ultrasuoni è la scalabilità lineare del processo di estrazione. Gli studi di fattibilità e la produzione di piccoli lotti possono essere facilmente eseguiti con un pratico dispositivo a ultrasuoni in un recipiente aperto. In questo modo è facile testare l'efficienza e la qualità del processo di estrazione a ultrasuoni. I risultati ottenuti su piccola scala possono essere riprodotti e scalati completamente. Il controllo digitale dell'estrattore a ultrasuoni e la registrazione automatica dei parametri ultrasonici su una scheda SD interna consentono un monitoraggio preciso del processo e la riproducibilità di standard qualitativi costanti. Il portafoglio prodotti di Hielscher Ultrasonics offre estrattori a ultrasuoni per ogni scala – dai dispositivi portatili da 50 watt agli ultrasuoni industriali da 16.000 watt per la produzione in linea. Grazie all'esperienza decennale di Hielscher Ultrasonics nell'estrazione a ultrasuoni e all'installazione di diverse centinaia di sistemi di estrazione a ultrasuoni in tutto il mondo, è garantita una consulenza competente e completa.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:

Sonicatore UIP4000hdT per la lavorazione in linea delle foglie di olivo per produrre estratti di alta qualità