Estrazione a ultrasuoni di polifenoli dal Baggibuti (Stachys parviflora)

Extracts of the Baggibuti (Stachys parviflora L.) plant are valued as herbal medicine used as treatment of cramps, arthralgia, epilepsy, falling sickness, and dracunculiasis. Ultrasonic extractors are successfully applied for the isolation of polyphenols and other phytochemicals from Stachys parviflora.

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

Quando si vogliono isolare composti bioattivi (cioè sostanze fitochimiche, metaboliti secondari) dalle piante, le strutture cellulari del materiale vegetale devono essere sconvolte per rilasciare i composti target. L'estrazione a ultrasuoni è un metodo altamente efficiente per isolare la quantità completa di sostanze fitochimiche da 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, flussi di liquidi ad alta velocità. Queste forze ultrasoniche promuovono la disgregazione e la miscelazione delle cellule a livello macro e micro. Inoltre, la penetrazione del solvente, la dissoluzione dei composti bioattivi e il trasferimento di massa sono notevolmente migliorati. Ciò rende l'estrazione assistita da ultrasuoni altamente efficace, con rese di estratto superiori in tempi rapidi.

I benefici delle sostanze fitochimiche del Baggibuti (Stachys parviflora)

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

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

L'estrazione a ultrasuoni, nota anche come estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), è una tecnologia scientificamente provata e industrialmente consolidata per l'isolamento di composti bioattivi come polifenoli, flavonoidi, terpeni e molti altri metaboliti secondari dalle piante.

Estrazione del 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 vengono preservati dalla degradazione termica, ma le rese degli estratti ottenuti con gli ultrasuoni sono eccezionalmente elevate e di qualità superiore.

Ultrasuoni ad alta potenza per l'estrazione

l meccanismo di intensificazione dell'estrazione degli ultrasuoni a bassa frequenza e alta intensità è attribuito principalmente al fenomeno della cavitazione acustica. Quando le bolle di cavitazione collassano sulla superficie del materiale botanico, l'erosione e la sonoporzione rompono la matrice delle cellule vegetali (come Stachys parviflora), con conseguente distruzione della struttura cellulare e rilascio di sostanze intracellulari come i polifenoli e altre sostanze fitochimiche. 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 rispettivamente la penetrazione del solvente nella matrice cellulare della materia botanica e la permeabilità delle membrane cellulari. Questi meccanismi degli ultrasuoni di potenza sono responsabili della significativa intensificazione del processo ottenuta quando gli ultrasuoni vengono applicati per l'estrazione botanica.

SEM della 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% di alta intensità e 74,2% di purezza del solvente)
Studio e immagine: ©Salarbashi et al., 2016

Protocollo di estrazione a ultrasuoni per i fenoli del Baggibuti

Il team di ricerca di Salarbashi ha estratto i composti polifenolici dalle foglie di Stachys parviflora utilizzando l'estrattore a ultrasuoni UP200Ht (200W, 26kHz). Per lo studio comparativo dell'estrazione a ultrasuoni e della 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, utilizzando come solvente metanolo (60, 80 e 100 % (v-1)) per intervalli di tempo di 4, 7 e 10 minuti.
Per l'estrazione a ultrasuoni è stato utilizzato l'estrattore a sonda Hielscher UP200Ht (200W, 26kHz). L'ampiezza dell'estrattore a ultrasuoni UP200Ht è stata impostata al 100%. L'intensità del trattamento a ultrasuoni è stata di 21,8346 Wcm-2 al 100% di ampiezza.
I risultati dell'analisi dell'estratto prodotto con ultrasuoni hanno rivelato che il contenuto totale di flavonoidi (TFC) degli estratti aumenta linearmente con il trattamento a ultrasuoni, mentre il tempo di estrazione ha avuto un effetto opposto sul TFC. Il contenuto totale di flavonoidi più elevato è stato ottenuto con una durata di ultrasuoni di 4 minuti (t = 4 min).
L'acido caffeico, l'acido tannico, la quercetina, l'acido trans ferulico e l'acido rosmarinico sono risultati i principali composti fenolici dell'estratto prodotto con gli ultrasuoni.
Sulla base delle immagini SEM, è chiaramente visibile che l'ultrasuono e la cavitazione acustica che ne deriva giocano sicuramente un ruolo importante nella rottura efficace della parete cellulare e della struttura del materiale vegetale e la resa dell'estrazione è aumentata dalle vibrazioni ultrasoniche e dai microflussi cavitazionali. Grazie a questi effetti indotti dagli ultrasuoni, l'estrazione assistita da ultrasuoni aumenta il processo di rigonfiamento e ammorbidimento delle pareti cellulari attraverso l'idratazione del materiale pectinico della lamella centrale. 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 l'efficienza dell'estrazione a ultrasuoni 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, isolato in condizioni di estrazione ottimizzate e assistite 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 ultrasuonatori 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, accessibile tramite display digitale a colori touch-display e telecomando browser. Tutte le condizioni di lavorazione, come l'energia netta, l'energia totale, l'ampiezza, il tempo, la pressione e la temperatura, vengono automaticamente registrate su una scheda SD integrata. Ciò consente di rivedere e confrontare i cicli di sonicazione precedenti e di ottimizzare l'estrazione dell'olio essenziale da Stachys parviflora (baggibuti) con la massima efficienza.
I sistemi a ultrasuoni Hielscher sono utilizzati in tutto il mondo per la produzione di estratti botanici di alta qualità. Gli ultrasonici industriali Hielscher possono facilmente gestire ampiezze elevate in funzionamento continuo (24/7/365). Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente generate in modo continuo con sonotrodi standard (sonde ad ultrasuoni / corna). 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 difficili.

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