Kvercetīna ekstrakcija ar ultraskaņu

Kvercetīns ir viens no visplašāk pētītajiem augu polifenoliem, ko augstu vērtē tā antioksidatīvās aktivitātes un nozīmes dēļ uztura bagātinātājos, funkcionālajā pārtikā un nutraceitiskajos produktos. Tā kā kvercetīns un tā glikozīdi (piemēram, rutīns, izokvercetīns) ir jutīgi pret karstumu un oksidēšanos, augstas tīrības pakāpes ekstrakta iegūšanai nepieciešama efektīva, taču saudzīga, netermiska ekstrakcijas metode. Tieši šajā ziņā kvercetīna ekstrakcija ar ultraskaņu ir īpaši efektīva.

Augstas veiktspējas ultraskaņas tehnoloģija augstas kvalitātes kvercetīna ekstraktiem

Ekstrakcijā ar ultraskaņas palīdzību (UAE) izmanto lielas jaudas zemas frekvences ultraskaņu, lai mehāniski sagrautu augu šūnu sieniņas un ievērojami pastiprinātu masas pārnesi, atbrīvojot kvercetīnu šķīdinātājā dažu minūšu, nevis stundu laikā. Salīdzinājumā ar macerāciju, Soksleta ekstrakciju vai termisko digestiju ekstrakcija ar ultraskaņu nodrošina lielāku iznākumu, īsāku apstrādes laiku, mazāku šķīdinātāju patēriņu un labāk saglabātu bioaktivitāti – tādēļ tā ir pievilcīga izvēle laboratorijām, pilotiekārtām un augu un polifenolu ekstraktu ražošanai rūpnieciskā mērogā.

Ultraskaņas apstrādes ietekme uz šūnu struktūru: ultraskaņas izraisītā šūnu sieniņu sagraušana ļauj atbrīvot kvercetīnu un rutīnu no Euonymus alatus.
Attēls un pētījums: ©Yang un Zhang, 2008.

Kāpēc kvercetīnam nepieciešama saudzīga ekstrakcijas metode

Kvercetīns ir sastopams daudzos augļos, dārzeņos un garšaugos – tostarp ābolos, sīpolos, ogās, tējā, vīnogās un lapu dārzeņos. Kā polifenols/flavonols tas var noārdīties ilgstošas karsēšanas laikā, stipri sārmainos apstākļos vai ilgstošā saskarē ar šķīdinātāju, tādējādi samazinot iznākumu un pasliktinot gala ekstrakta kvalitāti. Tāpēc saudzīga, netermiska, īslaicīga metode palīdz saglabāt gan ekstrahētā kvercetīna daudzumu, gan tā funkcionālo kvalitāti (antioksidatīvo kapacitāti).

Kā darbojas kvercetīna ekstrakcija ar ultraskaņu

Akustiskās kavitācijas nozīme 
Augstas intensitātes ultraskaņa šķidrumā rada mikroskopiskus kavitācijas burbuļus. To implozīvā sabrukšana rada lokālus augstas temperatūras punktus, bīdes spēkus un mikrostrūklas, kas pārrauj augu šūnu sieniņas un saārda audu matricas. Tādējādi atveras šūnu nodalījumi, kuros uzkrājas kvercetīns, un paātrinās tā difūzija apkārtējā šķīdinātājā, tāpēc aktīvais savienojums atbrīvojas ātrāk un pilnīgāk.

Tipiska kvercetīna ekstrakcijas ar ultraskaņu procesa secība

1. Sagatavošana: sasmalciniet, sagrieziet vai liofilizējiet augu izejmateriālu (piemēram, lapas, mizas, sēklas), lai palielinātu virsmas laukumu.
2. Šķīdinātāja izvēle: izvēlieties videi draudzīgu, pārtikas kvalitātes prasībām atbilstošu šķīdinātāju, piemēram, ūdeni, etanolu vai ūdens–etanola maisījumu.
3. Apstrāde ar ultraskaņu: veiciet ekstrakciju partijas režīmā (ar maisīšanu) vai nepārtrauktas plūsmas režīmā plūsmas šūnā 5–30 minūtes.
4. Atdalīšana: filtrējiet vai centrifugējiet ekstraktu un savāciet ar kvercetīnu bagāto šķidrumu.
5. Koncentrēšana / attīrīšana: pēc izvēles un atbilstoši vajadzībai veiciet žāvēšanu, izgulsnēšanu vai attīrīšanu.

Piezīme: konkrētais apstrādes ilgums, amplitūdas un šķīdinātāju attiecības ir atkarīgas no augu sugas un mērķa matricas – mūsu procesu eksperti var palīdzēt optimizēt procesa parametrus jūsu izejmateriālam.

Pētījuma piemērs: kvercetīna ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību

Sharifi un līdzautori (2017) ir parādījuši, ka ekstrakcija ar ultraskaņu ir efektīva un praktiska metode flavonoīdu, piemēram, kvercetīna, ekstrahēšanai no ārstniecības augiem. Viņi izmantoja Hielscher UP400St (400W, skat. attēlu pa kreisi) ar amplitūdas iestatījumu 50%. Redīsu (Raphanus Sativus) lapas ievietoja metanolā un apstrādāja ar ultraskaņu 10 min., iegūstot kvercetīna iznākumu, kas atbilda 11,8% iznākumam. Ar ultraskaņu veicinātas ekstrakcijas pārākums salīdzinājumā ar tradicionālām metodēm, piemēram, macerāciju, Soksleta ekstrakciju un termisko izvilkšanu. Ultraskaņas ekstrakcija izceļas ar lielāku iznākumu, ievērojami īsāku ekstrakcijas laiku un mazāku šķīdinātāju patēriņu. Ultraskaņas viļņu izmantošana rada kavitāciju, kas sagrauj augu materiāla šūnu sieniņas un veicina masas pārnesi. Tādējādi ultraskaņas ekstrakcija ir efektīvāka par tradicionālajām metodēm un izceļas kvercetīna ekstrakcijā no organiskām matricām. Lai gan ultraskaņas ekstrakcijai bija nepieciešamas tikai 10 min. – salīdzinājumā ar 24 stundām macerācijai, 60 min. termiskajai izvilkšanai un 24 stundām Soksleta ekstrakcijai –, ar ultraskaņu ekstrahētā kvercetīna daudzums bija lielāks nekā izvilkšanā, macerācijā un Soksleta ekstrakcijā.

Ultraskaņas ekstrakcija (UAE) nodrošina ievērojami lielāku kvercetīna iznākumu īsākā ekstrakcijas laikā salīdzinājumā ar tradicionālajām ekstrakcijas metodēm.
avots: Sharifi at al., 2017

Ultraskaņas ekstrakcijas iekārtas

Hielscher Ultrasonics specializējas augstas veiktspējas ultraskaņas procesoru ražošanā augstas kvalitātes ekstraktu ieguvei no augu materiāliem.
Hielscher piedāvā plašu produktu klāstu – no nelielām, jaudīgām laboratorijas ultraskaņas ierīcēm līdz izturīgām galda un pilnībā rūpnieciskām sistēmām, kas nodrošina augstas intensitātes ultraskaņu bioaktīvo vielu (piemēram, polifenolu, gingerola, piperīna, kurkumīna u. c.) efektīvai ekstrakcijai un izolēšanai. Visas ultraskaņas ierīces ar jaudu no 200 vatiem līdz 16 000 vatiem ir aprīkotas ar krāsu displeju digitālai vadībai, integrētu SD karti automātiskai datu reģistrēšanai, attālinātu vadību pārlūkprogrammā un daudzām citām lietotājam ērtām funkcijām. Sonotrodes un plūsmas šūnas (daļas, kas saskaras ar apstrādājamo vidi) var autoklavēt, un tās ir viegli tīrāmas. Visas mūsu ultraskaņas ierīces ir paredzētas darbībai 24/7, tām nepieciešama neliela apkope, un to lietošana ir vienkārša un droša.
Digitālais krāsu displejs nodrošina lietotājam ērtu ultraskaņas ierīces vadību, ļaujot precīzi regulēt procesu. Mūsu sistēmas spēj nodrošināt amplitūdas no zemām līdz pat ļoti augstām. Polifenolu, piemēram, kvercetīna, ekstrakcijai piedāvājam īpašas ultraskaņas sonotrodes (pazīstamas arī kā ultraskaņas zondes vai ragi), kas ir optimizētas augstas kvalitātes aktīvo vielu saprātīgai izolēšanai. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīču izturība nodrošina darbību 24/7 lielas slodzes apstākļos un prasīgā vidē.
Precīza ultraskaņas procesa parametru kontrole nodrošina reproducējamību un procesa standartizāciju.