Ultraskaņas kvercetīna ekstrakcija

Kvercetīns ir viens no visplašāk pētītajiem augu polifenoliem, kas tiek augsti novērtēts par savu antioksidantu iedarbību un nozīmi uztura bagātinātājos, funkcionālajos pārtikas produktos un nutraceutikās. Tā kā kvercetīns un tā glikozīdi (piemēram, rutīns, izokvercetīns) ir jutīgi pret siltumu un oksidāciju, augstas tīrības pakāpes ekstrakta iegūšanai ir nepieciešama efektīva, taču maiga, bezsiltuma ekstrakcijas metode. Tieši šajā jomā ultraskaņas kvercetīna ekstrakcija izceļas.

Augstas veiktspējas ultrasonics augstas kvalitātes kvercetīna ekstraktiem

Ultraskaņas palīdzībā veiktajā ekstrakcijā (UAE) tiek izmantota lieljaudas, zemas frekvences ultraskaņa, lai mehāniski sadragātu augu šūnu sienas un ievērojami palielinātu masas pārnesi, atbrīvojot kvercetīnu šķīdinātājā dažu minūšu laikā, nevis stundu laikā. Salīdzinot ar macerāciju, Soxhlet metodi vai termisko hidrolīzi, ultraskaņas ekstrakcija nodrošina augstāku iznākumu, īsāku apstrādes laiku, mazāku šķīdinātāja daudzumu un labāk saglabātu bioloģisko aktivitāti – tādējādi padarot to par pievilcīgu risinājumu laboratorijām, eksperimentālajām ražotnēm un augu un polifenolu ekstraktu ražošanai rūpnieciskā mērogā.

Ultrasonication ietekme uz šūnu struktūru: Ultrasoniski izraisīti šūnu sienu traucējumi ļauj atbrīvot kvercetīnu un rutīnu no Euonymus alatus.
Attēls un pētījums: ©Yang and Zhang, 2008.

Kāpēc kvercetīnam nepieciešama saudzīga ekstrakcijas metode

Kvercetīns ir sastopams daudzos augļos, dārzeņos un garšaugos – tostarp āboli, sīpoli, ogas, tēja, vīnogas un lapu dārzeņi. Kā polifenols/flavonols tas var sadalīties ilgstošas sildīšanas, spēcīgi sārmainos apstākļos vai ilgstošas saskares ar šķīdinātāju rezultātā, kas samazina iznākumu un pasliktina gala ekstrakta kvalitāti. Tāpēc maiga, bezsildīšanas un īslaicīga metode palīdz saglabāt gan ekstrahētā kvercetīna daudzumu, gan funkcionālo kvalitāti (antioksidantu spēju).

Kā darbojas kvercetīna ekstrakcija ar ultraskaņu

Akustiskās kavitācijas nozīme Augstas intensitātes ultraskaņa šķidrumā rada mikroskopiskus kavitācijas burbuļus. To implozīvā sabrukšana rada lokalizētus karstuma punktus, šķērsspēkus un mikroplūsmas, kas pārrauj augu šūnu sienas un sadala audu matricu. Tas atver šūnu nodalījumus, kuros uzkrājas kvercetīns, un paātrina tā difūziju apkārtējā šķīdinātājā, tādējādi aktīvā viela tiek atbrīvota ātrāk un pilnīgāk.

Tipiska ultraskaņas kvercetīna ekstrakcijas procesa gaita

1. Gatavošana: sasmalciniet, sagrieziet vai liofilizējiet augu izejmateriālu (piemēram, lapas, mizas, sēklas), lai palielinātu virsmas laukumu.
2. Šķīdinātāju izvēle: izvēlieties zaļu, pārtikas nozarei piemērotu šķīdinātāju, piemēram, ūdeni, etanolu vai ūdens un etanola maisījumu.
3. Ultraskaņas apstrāde: ekstrahēt partiju režīmā (ar maisīšanu) vai nepārtrauktas plūsmas šūnu režīmā 5–30 minūtes.
4. Atdalīšanas: ekstraktu filtrē vai centrifugē un atdalīta kvercetīna bagāto šķidrumu.
5. Koncentrēšana / attīrīšana: pēc vajadzības var izžāvēt, nogulsnēt vai attīrīt.

Piezīme: konkrētie laiki, amplitūdas un šķīdinātāju attiecības ir atkarīgas no augu sugas un mērķa matricas – Mūsu procesu eksperti var palīdzēt jums optimizēt procesa parametrus atbilstoši jūsu izejmateriālam.

Gadījuma izpēte: Kvercetīna ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību

Sharifi u.c. (2017) ir pierādījuši, ka ultraskaņas ekstrakcija ir efektīva un praktiska metode, lai no ārstniecības augiem iegūtu flavonoīdus, piemēram, kvercetīnu. Viņi izmantoja Hielscher UP400St (400 W, skatīt attēlu pa kreisi) ar amplitūdas iestatījumu 50 %. Redīsu (Raphanus sativus) lapas tika ievietotas metanolā un apstrādātas ar ultraskaņu 10 minūtes, kā rezultātā tika iegūts 11,8 % kvercetīna iznākums.Ultraskaņas palīdzības ekstrakcijas pārākums salīdzinājumā ar tradicionālajām metodēm, piemēram, macerāciju, Soksleta ekstrakciju un termisko sadalīšanu. Ultraskaņas ekstrakcija izceļas ar augstāku iznākumu, ievērojami īsāku ekstrakcijas laiku un mazāku šķīdinātāju daudzumu. Ultraskaņas viļņu pielietošana rada kavitāciju, kas izjauc augu materiāla šūnu sienas un veicina masas pārnesi. Tādējādi ultraskaņas ekstrakcija ir efektīvāka nekā tradicionālās metodes un izceļas ar kvercetīna ekstrakciju no organiskām matricām. Lai gan ultraskaņas ekstrakcijai bija nepieciešamas tikai 10 minūtes. – salīdzinot ar ekstrakcijas laikiem 24 stundas macerācijai, 60 minūtes termiskai šķelšanai un 24 stundas Soksleta ekstrakcijai – ultrasoniski ekstrahētā kvercetīna daudzums bija lielāks nekā gremošanas, macerācijas un Soksleta ekstrakcijas daudzums.

Ultraskaņas ekstrakcija (AAE) dod ievērojami augstāku kvercetīna ražu īsākos ekstrakcijas laikos, salīdzinot ar parastajām ekstrakcijas metodēm.
avots: Sharifi u.c., 2017

Ultraskaņas ekstrakcijas iekārtas

Hielscher Ultrasonics ir specializējies augstas veiktspējas ultraskaņas procesoru ražošanā, lai ražotu augstas kvalitātes ekstraktus no botāniskajiem produktiem.
Hielscher piedāvā plašu produktu portfeli, kas svārstās no maziem, jaudīgiem laboratorijas ultrasonikatoriem līdz robustām stenda un pilnībā rūpnieciskām sistēmām, kas nodrošina augstas intensitātes ultraskaņu efektīvai bioaktīvo vielu ekstrakcijai un izolēšanai (piemēram, polifenoli, gingerols, Piperine, Kurkumīns utt.). Visām ultraskaņas ierīcēm no 200 vatiem līdz 16 000 vatiem ir krāsains displejs digitālajai vadībai, integrēta SD karte automātiskai datu ierakstīšanai, pārlūka tālvadības pults un daudzas citas lietotājam draudzīgas funkcijas. Sonotrodes un plūsmas šūnas (daļas, kas saskaras ar vidi) var būt autoklāvētas un viegli tīrāmas. Visi mūsu ultrasonikatori ir būvēti 24/7 darbībai, prasa zemu apkopi un ir viegli un droši darbināmi.
Digitālais krāsu displejs ļauj lietotājam draudzīgi kontrolēt ultrasonikatoru, kas padara procesu precīzi regulējamu. Mūsu sistēmas spēj nodrošināt no zemām līdz pat ļoti augstām amplitūdām. Polifenolu, piemēram, kvercetīna, ekstrakcijai mēs piedāvājam īpašus ultraskaņas sonotrodes (pazīstami arī kā ultraskaņas zondes vai ragi), kas ir optimizēti augstas kvalitātes aktīvo vielu saprātīgai izolācijai. Hielscher ultraskaņas aparātu izturība ļauj 24/7 darboties lieljaudas režīmā un prasīgā vidē.
Precīza ultraskaņas procesa parametru kontrole nodrošina reproducējamību un procesa standartizāciju.