Estrazione della quercetina mediante ultrasuoni
La quercetina è uno dei polifenoli vegetali più studiati, apprezzata per la sua attività antiossidante e per il suo ruolo negli integratori alimentari, negli alimenti funzionali e nei nutraceutici. Poiché la quercetina e i suoi glicosidi (ad es. rutina, isoquercetina) sono sensibili al calore e all’ossidazione, la produzione di un estratto di elevata purezza richiede una tecnica di estrazione efficiente ma delicata e non termica. È proprio in questo ambito che l’estrazione della quercetina mediante ultrasuoni eccelle.
Ultrasuoni ad alte prestazioni per estratti di quercetina di alta qualità
L’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) utilizza ultrasuoni ad alta potenza e bassa frequenza per disgregare meccanicamente le pareti cellulari vegetali e aumentare notevolmente il trasferimento di massa, rilasciando la quercetina nel solvente in pochi minuti anziché in ore. Rispetto alla macerazione, all’estrazione Soxhlet o alla digestione termica, l’estrazione mediante ultrasuoni offre rese più elevate, tempi di trattamento più brevi, volumi di solvente inferiori e una migliore conservazione della bioattività – rendendola un’opzione interessante per i laboratori, gli impianti pilota e la produzione su scala industriale di estratti vegetali e polifenolici.
Pronti a passare dalla macerazione e dall’estrazione Soxhlet a un’estrazione rapida, delicata e non termica? Contattateci subito – vi aiuteremo a definire il sistema a ultrasuoni adatto al vostro materiale vegetale.
Estrazione mediante ultrasuoni di sostanze vegetali in un lotto da 120L con il sonicatore UIP2000hdT
- Rese superiori
- Estrazione ad alta velocità – in pochi minuti
- Estratti di alta qualità – estrazione delicata e non termica
- Solventi ecologici (acqua, etanolo, metanolo, ecc.)
- Funzionamento semplice e sicuro
- Bassi costi di investimento e di esercizio
- Funzionamento 24/7 in condizioni gravose
- Metodo ecologico e rispettoso dell’ambiente
Effetti della sonicazione sulla struttura cellulare: la disgregazione delle pareti cellulari indotta dagli ultrasuoni consente il rilascio di quercetina e rutina da Euonymus alatus.
Immagine e studio: ©Yang e Zhang, 2008.
Perché la quercetina richiede un metodo di estrazione delicato
La quercetina è presente in molti frutti, ortaggi ed erbe – tra cui mele, cipolle, frutti di bosco, tè, uva e verdure a foglia verde. Essendo un polifenolo/flavonolo, può degradarsi in seguito a un’esposizione prolungata al calore, a condizioni fortemente alcaline o a un contatto prolungato con il solvente, riducendo la resa e compromettendo la qualità dell’estratto finale. Un metodo delicato, non termico e di breve durata contribuisce quindi a preservare sia la quantità sia la qualità funzionale (capacità antiossidante) della quercetina estratta.
Come funziona l’estrazione della quercetina mediante ultrasuoni
Il ruolo della cavitazione acustica Gli ultrasuoni ad alta intensità creano microscopiche bolle di cavitazione nel liquido. Il loro collasso implosivo genera punti caldi localizzati, forze di taglio e microgetti che rompono le pareti cellulari vegetali e disgregano le matrici tissutali. Questo apre i compartimenti cellulari in cui è contenuta la quercetina e ne accelera la diffusione nel solvente circostante, consentendo un rilascio più rapido e completo del composto attivo.
Sequenza tipica del processo di estrazione della quercetina mediante ultrasuoni
- Preparazione: macinare, tagliare o liofilizzare la materia prima vegetale (ad es. foglie, bucce, semi) per aumentare la superficie.
- Scelta del solvente: scegliere un solvente ecologico di grado alimentare, come acqua, etanolo o una miscela acqua–etanolo.
- Sonicazione: estrarre in modalità batch (con agitazione) o in modalità continua con cella di flusso per 5–30 minuti.
- Separazione: filtrare o centrifugare l’estratto e recuperare il liquido ricco di quercetina.
- Concentrazione / purificazione: eventualmente essiccare, precipitare o purificare secondo necessità.
Nota: i tempi, le ampiezze e i rapporti tra i solventi specifici dipendono dalla specie vegetale e dalla matrice da trattare – i nostri esperti di processo possono aiutarvi a ottimizzare i parametri di processo per la vostra materia prima.
Sonicatore UP200Ht per l’estrazione della quercetina
Caso di studio: estrazione della quercetina assistita da ultrasuoni
Sharifi et al. (2017) hanno dimostrato che l’estrazione mediante ultrasuoni è un metodo efficace e pratico per estrarre flavonoidi come la quercetina dalle piante medicinali. Hanno utilizzato Hielscher UP400St (400W, vedere l’immagine a sinistra) con un’ampiezza impostata al 50%. Le foglie di ravanello (Raphanus Sativus) sono state immerse in metanolo e sottoposte a sonicazione per 10 min., ottenendo una resa di quercetina dell’11,8%. L’estrazione assistita da ultrasuoni risulta superiore alle tecniche convenzionali, come la macerazione, l’estrazione Soxhlet e la digestione termica. L’estrazione mediante ultrasuoni eccelle grazie a rese più elevate, tempi di estrazione significativamente più brevi e minori quantità di solventi. L’applicazione delle onde ultrasoniche genera cavitazione, che disgrega le pareti cellulari del materiale vegetale e favorisce il trasferimento di massa. Pertanto, l’estrazione mediante ultrasuoni è più efficace dei metodi tradizionali ed eccelle nell’estrazione della quercetina dalle matrici organiche. Sebbene l’estrazione mediante ultrasuoni abbia richiesto solo 10 min. – rispetto ai tempi di estrazione di 24hrs per la macerazione, 60min. per la digestione termica e 24hrs per l’estrazione Soxhlet – la quantità di quercetina estratta mediante ultrasuoni è stata superiore a quella ottenuta mediante digestione, macerazione ed estrazione Soxhlet.
L’estrazione mediante ultrasuoni (UAE) offre rese di quercetina significativamente più elevate in tempi di estrazione più brevi rispetto ai metodi di estrazione convenzionali.
fonte: Sharifi at al., 2017
Sonicatore UP400ST per l’estrazione di sostanze vegetali
Apparecchiature per l’estrazione mediante ultrasuoni
Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di processori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di estratti vegetali di alta qualità.
Hielscher offre un’ampia gamma di prodotti, che spazia dai piccoli e potenti sonicatori da laboratorio ai robusti sistemi da banco e ai sistemi interamente industriali, che erogano ultrasuoni ad alta intensità per l’estrazione e l’isolamento efficienti di sostanze bioattive (ad es. polifenoli, gingerolo, piperina, curcumina ecc.). Tutti i dispositivi a ultrasuoni da 200 watt a 16.000 watt sono dotati di un display a colori per il controllo digitale, di una scheda SD integrata per la registrazione automatica dei dati, di controllo remoto tramite browser e di molte altre funzionalità di facile utilizzo. I sonotrodi e le celle di flusso (le parti a contatto con il mezzo) possono essere sterilizzati in autoclave e sono facili da pulire. Tutti i nostri sonicatori sono progettati per il funzionamento 24/7, richiedono poca manutenzione e sono semplici e sicuri da utilizzare.
Un display digitale a colori consente un controllo intuitivo del sonicatore, permettendo una regolazione precisa del processo. I nostri sistemi sono in grado di erogare ampiezze da basse a molto elevate. Per l’estrazione di polifenoli come la quercetina, offriamo speciali sonotrodi a ultrasuoni (noti anche come sonde o corni a ultrasuoni), ottimizzati per l’isolamento delicato di sostanze attive di alta qualità. La robustezza dei sonicatori Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni gravose e in ambienti impegnativi.
Il controllo preciso dei parametri del processo a ultrasuoni garantisce la riproducibilità e la standardizzazione del processo.
Processori a ultrasuoni ad alta potenza dalla scala di laboratorio alla scala pilota e alla scala industriale.
Domande frequenti sull’estrazione della quercetina mediante ultrasuoni
Che cos’è la quercetina?
La quercetina, un flavonolo vegetale (un sottogruppo dei flavonoidi appartenenti ai polifenoli), è presente in molti frutti, ortaggi e foglie. Le fonti naturali di quercetina comprendono mele, peperoni, vino rosso, ciliegie scure e frutti di bosco (mirtilli americani, mirtilli neri, more e altri), pomodori, ortaggi cruciferi, come broccoli, cavoli e cavoletti; verdure a foglia verde, come spinaci e cavolo riccio; agrumi, cacao, mirtilli rossi americani, cereali integrali, come il grano saraceno, asparagi, capperi, cipolle rosse, olio d’oliva, tè nero e verde, fagioli e legumi; erbe, come salvia, sambuco americano, iperico e ginkgo biloba.
Quali solventi si utilizzano per l’estrazione della quercetina mediante ultrasuoni?
Si utilizzano comunemente solventi ecologici di grado alimentare, come acqua, etanolo, metanolo o miscele acqua–etanolo.
Perché la quercetina richiede un metodo di estrazione delicato?
Poiché la quercetina è un composto bioattivo sensibile, è necessaria una tecnica efficiente ma delicata per prevenirne la decomposizione durante la produzione di estratti di alta qualità destinati ad additivi alimentari e integratori. L’estrazione mediante ultrasuoni è un metodo delicato, non termico e puramente meccanico che consente di ottenere elevate quantità di quercetina in tempi di estrazione molto brevi.
Come funziona l’estrazione mediante ultrasuoni?
L’estrazione mediante ultrasuoni si basa sul fenomeno della cavitazione acustica, che disgrega le pareti cellulari del materiale vegetale e favorisce il trasferimento di massa, rilasciando composti bioattivi come polifenoli, quercetina e antiossidanti. Questo rende la sonicazione un metodo preferenziale per l’isolamento di composti vegetali sensibili.
Quali sono i principali vantaggi dell’estrazione della quercetina mediante ultrasuoni?
I principali vantaggi comprendono rese superiori, estrazione ad alta velocità in pochi minuti, estratti di alta qualità ottenuti con un processo delicato e non termico, l’impiego di solventi ecologici (acqua, etanolo, metanolo, ecc.), funzionamento semplice e sicuro, bassi costi di investimento e di esercizio e la possibilità di operare 24/7 in condizioni gravose. È inoltre un metodo ecologico e rispettoso dell’ambiente.
L’estrazione mediante ultrasuoni è riproducibile e adatta alla scala industriale?
Sì. Il controllo preciso dei parametri del processo a ultrasuoni garantisce la riproducibilità e la standardizzazione del processo. Hielscher fornisce speciali sonotrodi ottimizzati per l’isolamento delicato di sostanze attive di alta qualità, supportando il passaggio dalla scala di laboratorio alla produzione pilota e industriale.
A quali benefici per la salute è associata la quercetina?
I glicosidi della quercetina (come l’isoquercetina) e i flavonoidi correlati sono stati descritti come agenti antivirali, antimicrobici, antinfiammatori e antiallergici che possono influenzare positivamente diversi tipi di cellule negli animali e nell’uomo. La quercetina può contribuire a ridurre l’infiammazione, contrastare le allergie, sostenere la salute del cuore, combattere il dolore, migliorare potenzialmente la resistenza fisica, combattere il cancro e proteggere la salute della pelle e del fegato.
Bibliografia/Riferimenti
- Sharifi, Niusha; Mahernia, Shabnam; Amanlou, Massoud (2017): Comparison of Different Methods in Quercetin Extraction from Leaves of Raphanus sativus L. Pharmaceutical Sciences March 2017, 23, 59-65.
- Anaya-Esparza, Luis Miguel; Ramos-Aguirre, Dení; Zamora-Gasga, Víctor Manuel; Yahia, Elhadi; Montalvo-González, Efigenia (2018): Optimization of ultrasonic-assisted extraction of phenolic compounds from Justicia spicigera leaves. Food Science and Biotechnology 27, 2018. 1093–1102.
- Wang, L., Li, Z., Huang, J. et al. (2022): Effect of Ultrasound-Assisted Extraction of Polyphenols from Apple Peels in Water CO2 Systems. Food Bioprocessing Technology 15, 2022. 1157–1167.
- Lucas-González R., Viuda-Martos M., Pérez-Álvarez J.Á., Fernández-López J.(2024): Screening factors to affect ultrasound- assisted extraction of (poly)phenols from date palm seeds. Frontiers in Chemistry, Volume 12, 2024.
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.