Estrazione ad ultrasuoni di polifenoli dal Baggibuti (Stachys parviflora)

Gli estratti della pianta Baggibuti (Stachys parviflora L.) sono apprezzati come medicina erboristica usata come trattamento di crampi, artralgia, epilessia, mal di caduta e dracunculiasi. Gli estrattori a ultrasuoni sono applicati con successo per l'isolamento di polifenoli e altre sostanze fitochimiche da Stachys parviflora.

Cosa rende l'estrazione a ultrasuoni superiore? – Il principio di funzionamento & Vantaggi della Power-Ultrasonics

Quando i composti bioattivi (cioè i fitochimici, i metaboliti secondari) devono essere isolati dai prodotti botanici, le strutture cellulari del materiale vegetale devono essere interrotte per rilasciare i composti target. L'estrazione a ultrasuoni è un metodo altamente efficiente per isolare la quantità completa di sostanze fitochimiche dai prodotti botanici (ad esempio, Stachys parviflora, erbe, ecc.) in un processo di estrazione rapido. L'applicazione di ultrasuoni ad alta potenza produce forti effetti di cavitazione, disturbi / turbolenze, flusso di liquido ad alta velocità. Queste forze ultrasoniche promuovono la rottura delle cellule e la miscelazione a livello macro e micro. Inoltre, la penetrazione del solvente, la dissoluzione dei composti bioattivi e il trasferimento di massa sono notevolmente migliorati. Questo rende l'estrazione assistita da ultrasuoni altamente efficace, con conseguenti rese superiori di estratti in un tempo di processo rapido.

I benefici delle sostanze fitochimiche del Baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., comunemente conosciuta come "Baggibuti", è una specie di Lamicae. I composti di Stachys parviflora come iridoidi, flavonoidi, acidi fenolici e diterpenoidi sono riportati come metaboliti secondari sono noti per le loro proprietà anti-nefritiche, anti-infiammatorie, radical-scavenging e antimicrobiche.

Estrazione ad ultrasuoni di composti bioattivi dal Baggibuti (Stachys parviflora)

L'estrazione a ultrasuoni, conosciuta anche come estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), è una tecnologia scientificamente provata e affermata a livello industriale per l'isolamento di composti bioattivi come polifenoli, flavonoidi, terpeni e molti altri metaboliti secondari da prodotti botanici.

Estrazione di Baggibuti (Stachys parviflora): Principio di funzionamento e protocollo

L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica di estrazione delicata, non termica, ma altamente efficiente, che si basa esclusivamente su forze meccaniche. In questo modo, i composti botanici sensibili sono preservati dalla degradazione termica, ma i rendimenti degli estratti ottenuti con gli ultrasuoni sono eccezionalmente alti e di qualità superiore.

Ultrasuoni ad alta potenza per l'estrazione

l meccanismo di intensificazione dell'estrazione degli ultrasuoni a bassa frequenza e ad alta intensità è principalmente attribuito al fenomeno della cavitazione acustica. Quando le bolle di cavitazione collassano sulla superficie del materiale botanico, l'erosione e la sonoporazione rompono la matrice delle cellule vegetali (come Stachys parviflora), il che porta alla distruzione della struttura cellulare e al rilascio di sostanze intracellulari come i polifenoli e altri fitochimici. Il trasferimento di massa così intensificato facilita il rilascio di molecole come proteine, lipidi e sostanze fitochimiche.
Le forze di taglio generate dagli ultrasuoni migliorano la penetrazione del solvente nella matrice cellulare della materia botanica e migliorano la permeabilità delle membrane cellulari, rispettivamente. Questi meccanismi degli ultrasuoni di potenza sono responsabili della significativa intensificazione del processo ottenuta quando gli ultrasuoni vengono applicati per l'estrazione botanica.

SEM dalla superficie di Stachys parviflora, (a) campione non trattato, (b) macerazione, (c) estrazione ottimizzata assistita da ultrasuoni (UAE) (UP200Ht, tempo di trattamento di 4 minuti, 74,5% ad alta intensità e 74,2% di purezza del solvente)
Studio e immagine: ©Salarbashi et al., 2016

Protocollo di estrazione a ultrasuoni per i fenoli dal Baggibuti

Il team di ricerca di Salarbashi ha estratto i composti polifenolici dalle foglie di Stachys parviflora usando l'estrattore a ultrasuoni UP200Ht (200W, 26kHz). Per lo studio comparativo di estrazione ad ultrasuoni e macerazione, le parti aeree essiccate (raccolte durante la fase di fioritura) di S. parviflora sono state macinate in polvere con una dimensione media delle particelle inferiore a 149µm. L'estrazione botanica è stata eseguita alla temperatura di 35°C, a pH naturale, usando metanolo (60, 80 e 100 % (v-1)) come solvente per intervalli di tempo di 4, 7 e 10 minuti.
Per l'estrazione a ultrasuoni, è stato utilizzato l'estrattore a ultrasuoni Hielscher UP200Ht (200W, 26kHz). L'ampiezza dell'estrattore a ultrasuoni UP200Ht è stata impostata al 100%. L'intensità del trattamento ultrasonico è stata di 21,8346 Wcm-2 al 100% di ampiezza.
I risultati dell'analisi dell'estratto prodotto con gli ultrasuoni hanno rivelato che il contenuto totale di flavonoidi (TFC) degli estratti aumentava linearmente con il trattamento ultrasonico, mentre il tempo di estrazione aveva l'effetto opposto sul TFC. Il più alto contenuto totale di flavonoidi è stato ottenuto con una durata di ultrasuoni di 4 min. (t = 4 min).
L'acido caffeico, l'acido tannico, la quercetina, l'acido trans ferulico e l'acido rosmarinico sono stati trovati come principali composti fenolici nell'estratto prodotto con gli ultrasuoni.
Sulla base delle immagini al SEM, è chiaramente visibile che l'ultrasuonazione e la cavitazione acustica che ne deriva giocano sicuramente un ruolo importante nella distruzione efficace della parete cellulare e della struttura del materiale vegetale e la resa dell'estrazione è migliorata dalle vibrazioni ultrasoniche e dal micro-streaming cavitazionale. Grazie a questi effetti indotti dagli ultrasuoni, l'estrazione assistita dagli ultrasuoni migliora il processo di rigonfiamento e ammorbidimento delle pareti cellulari attraverso l'idratazione del materiale pectinoso della lamella media. Di conseguenza, la matrice delle cellule vegetali viene spezzata, il che porta a un rilascio molto più rapido ed efficiente di metaboliti bioattivi rispetto ad altri metodi di estrazione classici. Le immagini al SEM rivelano che l'efficienza dell'estrazione ultrasonica dei composti fenolici. Come metodo di estrazione delicato e non termico, la sonicazione produce attività antiossidanti e antimicrobiche superiori a quelle degli estratti prodotti con tecniche di estrazione convenzionali.
(cfr. Salarbashi et al., 2016)

Cromatogramma HPLC dell'estratto di Stachys parviflora, che è stato isolato in condizioni ottimizzate di estrazione assistita da ultrasuoni
Studio e immagine: ©Salarbashi et al., 2016

Ultrasuonatori ad alte prestazioni e all'avanguardia per l'estrazione di Stachys parviflora

Le caratteristiche intelligenti degli ultrasuoni Hielscher sono progettate per garantire un funzionamento affidabile, risultati riproducibili e facilità d'uso. Le impostazioni operative sono facilmente accessibili e selezionabili tramite un menu intuitivo, al quale si può accedere tramite un display digitale a colori touch-display e un telecomando browser. Pertanto, tutte le condizioni di lavorazione come l'energia netta, l'energia totale, l'ampiezza, il tempo, la pressione e la temperatura vengono registrate automaticamente su una scheda SD integrata. Questo permette di rivedere e confrontare le precedenti sonicazione e di ottimizzare l'estrazione dell'olio essenziale da Stachys parviflora (baggibuti) alla massima efficienza.
I sistemi Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo per la produzione di estratti botanici di alta qualità. Gli ultrasuonatori industriali Hielscher possono facilmente eseguire ampiezze elevate in funzionamento continuo (24/7/365). Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente generate in continuo con sonotrodi standard (sonde a ultrasuoni / corni). Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Grazie alla loro robustezza e alla bassa manutenzione, i nostri sistemi di estrazione a ultrasuoni sono comunemente installati per applicazioni pesanti e in ambienti esigenti.

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