Estrazione di quercetina a 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 ad alta purezza richiede una tecnica di estrazione efficiente ma delicata e non termica. È proprio in questo ambito che l’estrazione ultrasonica della quercetina 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 rompere 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, metodo di Soxhlet o alla digestione termica, l’estrazione ultrasonica garantisce rese più elevate, tempi di lavorazione più brevi, volumi di solvente inferiori e una migliore conservazione della bioattività – rendendola un'opzione interessante per laboratori, impianti pilota e la produzione su scala industriale di estratti botanici e polifenolici.

Effetti degli ultrasuoni sulla struttura cellulare: La rottura delle pareti cellulari indotta dagli ultrasuoni consente il rilascio di quercetina e rutina dall'Euonymus alatus.
Immagine e studio: ©Yang e Zhang, 2008.

Perché la quercetina richiede un metodo di estrazione delicato

La quercetina è presente in molti tipi di frutta, verdura ed erbe aromatiche – tra cui mele, cipolle, frutti di bosco, tè, uva e verdure a foglia verde. Trattandosi di un polifenolo/flavonolo, può degradarsi in presenza di calore prolungato, condizioni fortemente alcaline o contatto prolungato con solventi, il che riduce la resa e compromette la qualità dell’estratto finale. Un metodo delicato, non termico e di breve durata contribuisce quindi a preservare sia la quantità che la qualità funzionale (capacità antiossidante) della quercetina estratta.

Come funziona l'estrazione a ultrasuoni della quercetina

Il ruolo della cavitazione acustica Gli ultrasuoni ad alta intensità generano 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 frammentano le matrici tissutali. Ciò apre i compartimenti cellulari in cui è immagazzinata la quercetina e ne accelera la diffusione nel solvente circostante, consentendo così un rilascio più rapido e completo del principio attivo.

Flusso di processo tipico per l'estrazione ultrasonica della quercetina

1. Preparazione: macinare, tagliare o liofilizzare il materiale vegetale grezzo (ad esempio foglie, bucce, semi) per aumentarne la superficie.
2. Selezione del solvente: scegliere un solvente ecologico e adatto al contatto con gli alimenti, come l’acqua, l’etanolo o una miscela di acqua ed etanolo.
3. Sonicazione: effettuare l'estrazione in modalità batch (con agitazione) o in modalità a flusso continuo con cella di flusso per 5–30 minuti.
4. Separazione: filtrare o centrifugare l'estratto e recuperare il liquido ricco di quercetina.
5. Concentrazione / purificazione: se necessario, essiccare, precipitare o purificare a seconda delle esigenze.

Nota: i tempi, le ampiezze e i rapporti dei solventi specifici dipendono dalla specie vegetale e dalla matrice di riferimento – I nostri esperti di processo possono aiutarvi a ottimizzare i parametri di processo in base alla vostra materia prima.

Caso di studio: Estrazione di quercetina assistita da ultrasuoni

Sharifi et al. (2017) hanno dimostrato che l'estrazione a ultrasuoni è un metodo efficace e pratico per estrarre flavonoidi, come la quercetina, dalle piante medicinali. Hanno utilizzato l'Hielscher UP400St (400 W, vedi foto a sinistra) con un’ampiezza impostata al 50%. Le foglie di ravanello (Raphanus sativus) sono state immerse in metanolo e sottoposte a sonizzazione per 10 minuti, ottenendo una resa di quercetina pari all’11,8%.La superiorità dell’estrazione assistita da ultrasuoni rispetto alle tecniche convenzionali quali la macerazione, l’estrazione di Soxhlet e la digestione termica. L’estrazione ultrasonica si distingue per rese più elevate, tempi di estrazione significativamente più brevi e minori quantità di solventi. L’applicazione delle onde ultrasoniche genera cavitazione, che rompe le pareti cellulari del materiale vegetale e favorisce il trasferimento di massa. Pertanto, l’estrazione ultrasonica è più efficace dei metodi tradizionali ed eccelle nell’estrazione della quercetina da matrici organiche. Sebbene l’estrazione ultrasonica abbia richiesto solo 10 min. – rispetto ai tempi di estrazione di 24 ore per la macerazione, 60 minuti per la digestione termica e 24 ore per l'estrazione Soxhlet. – la quantità di quercetina estratta con gli ultrasuoni è risultata superiore a quella ottenuta con la digestione, la macerazione e l'estrazione Soxhlet.

L'estrazione a ultrasuoni (UAE) fornisce rese di quercetina significativamente più elevate in tempi di estrazione più brevi rispetto ai metodi di estrazione convenzionali.
fonte: Sharifi et al., 2017

Apparecchiature di estrazione a ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di processori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di estratti botanici di alta qualità.
Hielscher offre un ampio portafoglio di prodotti che spazia da piccoli e potenti ultrasuonatori da laboratorio a robusti sistemi da banco e completamente industriali, che forniscono ultrasuoni ad alta intensità per l'estrazione e l'isolamento efficiente di sostanze bioattive (ad esempio i 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 un telecomando con browser e di molte altre funzioni di facile utilizzo. I sonotrodi e le celle di flusso (le parti a contatto con il fluido) possono essere sterilizzati in autoclave e sono facili da pulire. Tutti i nostri ultrasuonatori sono costruiti per funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, richiedono poca manutenzione e sono facili e sicuri da usare.
Un display digitale a colori consente un controllo semplice dell'ultrasuonatore, che rende il processo regolabile con precisione. I nostri sistemi sono in grado di fornire 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 sensibile di sostanze attive di alta qualità. La robustezza dei sonicatori Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
Il controllo preciso dei parametri del processo a ultrasuoni garantisce la riproducibilità e la standardizzazione del processo.