Ultrasone extractie van polyfenolen uit Baggibuti (Stachys parviflora)

Extracten van de Baggibuti-plant (Stachys parviflora L.) worden gewaardeerd als kruidengeneesmiddel voor de behandeling van krampen, artralgie, epilepsie, vallende ziekte en dracunculiasis. Ultrasone extractoren worden met succes toegepast voor de isolatie van polyfenolen en andere fytochemicaliën uit Stachys parviflora.

Wat maakt ultrasone extractie superieur? – Het werkingsprincipe en de voordelen van ultrageluid met hoog vermogen

Wanneer bioactieve verbindingen (d.w.z. fytochemicaliën, secundaire metabolieten) uit plantaardig materiaal moeten worden geïsoleerd, moeten de celstructuren van het plantenmateriaal worden opengebroken om de doelverbindingen vrij te maken. Ultrasone extractie is een zeer efficiënte methode om de volledige hoeveelheid fytochemicaliën uit plantaardig materiaal (bijv. Stachys parviflora, kruiden enz.) te isoleren in een snel extractieproces. De toepassing van ultrageluid met hoog vermogen veroorzaakt sterke cavitatie-effecten, verstoringen / turbulentie en vloeistofstromen met hoge snelheid. Deze ultrasone krachten bevorderen celontsluiting en menging op macro- en microniveau. Bovendien worden de penetratie van het oplosmiddel, het oplossen van bioactieve verbindingen en de massaoverdracht aanzienlijk verbeterd. Dit maakt ultrasoon ondersteunde extractie zeer doeltreffend en resulteert in superieure extractopbrengsten binnen een korte procestijd.

De voordelen van fytochemicaliën uit Baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., algemeen bekend als “Baggibuti”, is een soort van Lamicae. Verbindingen uit Stachys parviflora, zoals iridoïden, flavonoïden, fenolzuren en diterpenoïden, worden beschreven als secundaire metabolieten en staan bekend om hun eigenschappen tegen nefritis, hun ontstekingsremmende werking, hun vermogen om radicalen weg te vangen en hun antimicrobiële eigenschappen.

Ultrasone extractie van bioactieve verbindingen uit Baggibuti (Stachys parviflora)

Ultrasone extractie, ook bekend als ultrasoon ondersteunde extractie (UAE), is een wetenschappelijk bewezen en industrieel gevestigde technologie voor de isolatie van bioactieve verbindingen zoals polyfenolen, flavonoïden, terpenen en vele andere secundaire metabolieten uit plantaardig materiaal.

Extractie van Baggibuti (Stachys parviflora): werkingsprincipe en protocol

Ultrasone extractie is een milde, niet-thermische en toch zeer efficiënte extractietechniek die uitsluitend op mechanische krachten is gebaseerd. Daardoor worden gevoelige plantaardige verbindingen beschermd tegen thermische afbraak, terwijl de door sonicatie verkregen extractopbrengsten uitzonderlijk hoog en van superieure kwaliteit zijn.

Ultrageluid met hoog vermogen voor extractie

Het mechanisme waarmee ultrageluid met een lage frequentie en hoge intensiteit de extractie intensiveert, wordt voornamelijk toegeschreven aan het verschijnsel akoestische cavitatie. Wanneer cavitatiebellen aan het oppervlak van het plantaardige materiaal imploderen, breken erosie en sonoporatie de matrix van plantencellen (zoals die van Stachys parviflora) open. Dit resulteert in de vernietiging van de celstructuur en het vrijkomen van intracellulaire stoffen zoals polyfenolen en andere fytochemicaliën. De daardoor geïntensiveerde massaoverdracht vergemakkelijkt het vrijkomen van moleculen zoals eiwitten, lipiden en fytochemicaliën.
Ultrasoon opgewekte afschuifkrachten verbeteren de penetratie van het oplosmiddel in de celmatrix van het plantaardige materiaal en de doorlaatbaarheid van de celmembranen. Deze mechanismen van ultrageluid met hoog vermogen zijn verantwoordelijk voor de aanzienlijke procesintensivering die wordt bereikt wanneer sonicatie wordt toegepast voor plantaardige extractie.

SEM-opname van het oppervlak van Stachys parviflora, (a) onbehandeld monster, (b) maceratie, (c) geoptimaliseerde ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) (UP200Ht, 4 min behandeltijd, 74,5% hoge intensiteit en 74,2 % zuiverheid van het oplosmiddel)
Onderzoek en afbeelding: ©Salarbashi et al., 2016

Protocol voor de ultrasone extractie van fenolische verbindingen uit Baggibuti

Het onderzoeksteam van Salarbashi extraheerde polyfenolische verbindingen uit bladeren van Stachys parviflora met de ultrasone extractor UP200Ht (200W, 26kHz). Voor het vergelijkende extractieonderzoek naar ultrasone extractie en maceratie werden gedroogde bovengrondse delen (geoogst tijdens de bloeifase) van S. parviflora vermalen tot poeder met een gemiddelde deeltjesgrootte van minder dan 149µm. De plantaardige extractie werd uitgevoerd bij een temperatuur van 35°C en een natuurlijke pH, met methanol (60, 80 en 100 % (v v-1)) als oplosmiddel gedurende tijdsintervallen van 4, 7 en 10 min.
Voor de ultrasone extractie werd de sonicator UP200Ht (200W, 26kHz) met sonde van Hielscher gebruikt. De amplitude van de ultrasone extractor UP200Ht werd ingesteld op 100%. De intensiteit van de ultrasone behandeling was 21,8346 Wcm-2 bij 100% amplitude.
De analyseresultaten van het ultrasoon geproduceerde extract lieten zien dat het totale flavonoïdengehalte (TFC) van de extracten lineair toenam met de ultrasone behandeling, terwijl de extractietijd het tegenovergestelde effect op het TFC had. Het hoogste totale flavonoïdengehalte werd verkregen bij een sonicatieduur van 4min. (t = 4 min).
Cafeïnezuur, tanninezuur, quercetine, trans-ferulinezuur en rozemarijnzuur werden aangetroffen als de belangrijkste fenolische verbindingen in het ultrasoon geproduceerde extract.
Op basis van de SEM-beelden is duidelijk zichtbaar dat sonicatie en de daaruit voortvloeiende akoestische cavitatie beslist een belangrijke rol spelen bij het doeltreffend openbreken van de celwand en de structuur van plantenmateriaal, en dat de extractieopbrengst wordt verhoogd door de ultrasone trillingen en de door cavitatie veroorzaakte microstromingen. Door deze effecten van ultrageluid met hoog vermogen versterkt ultrasoon ondersteunde extractie het zwellen en verzachten van celwanden via de hydratatie van pectinehoudend materiaal uit de middenlamel. Daardoor wordt de matrix van de plantencellen opengebroken, wat vervolgens leidt tot een veel snellere en efficiëntere vrijmaking van bioactieve metabolieten dan bij andere klassieke extractiemethoden. SEM-beelden tonen de efficiëntie van ultrasone extractie van fenolische verbindingen aan. Als milde, niet-thermische extractiemethode levert sonicatie extracten op met superieure antioxidatieve en antimicrobiële activiteiten, die de activiteiten van extracten geproduceerd met conventionele extractietechnieken overtreffen.
(vgl. Salarbashi et al., 2016)

HPLC-chromatogram van een extract van Stachys parviflora dat onder geoptimaliseerde omstandigheden voor ultrasoon ondersteunde extractie werd geïsoleerd
Onderzoek en afbeelding: ©Salarbashi et al., 2016

Geavanceerde sonicatoren met hoge prestaties voor de extractie van Stachys parviflora

De slimme functies van de sonicatoren van Hielscher zijn ontworpen om een betrouwbare werking, reproduceerbare resultaten en gebruiksvriendelijkheid te garanderen. De bedrijfsinstellingen kunnen eenvoudig worden opgeroepen en ingesteld via een intuïtief menu, dat toegankelijk is via het digitale kleurentouchscreen en via afstandsbediening vanuit een browser. Daarom worden alle procesomstandigheden, zoals netto-energie, totale energie, amplitude, tijd, druk en temperatuur, automatisch vastgelegd op een ingebouwde SD-kaart. Hiermee kunt u eerdere sonicatieprocessen beoordelen en vergelijken en de extractie van etherische olie uit Stachys parviflora (baggibuti) optimaliseren voor de hoogste efficiëntie.
Systemen van Hielscher Ultrasonics worden wereldwijd gebruikt voor de productie van hoogwaardige plantaardige extracten. Industriële sonicatoren van Hielscher kunnen gemakkelijk met hoge amplitudes continu werken (24/7/365). Met standaardsonotroden (ultrasone sondes / hoorns) kunnen eenvoudig continu amplitudes tot 200µm worden opgewekt. Voor nog hogere amplitudes zijn ultrasone sonotroden op maat verkrijgbaar. Dankzij hun robuustheid en geringe onderhoudsbehoefte worden onze ultrasone extractiesystemen vaak geïnstalleerd voor zware toepassingen en in veeleisende omgevingen.

Neem nu contact met ons op voor meer informatie over ultrasone extractie van plantaardig materiaal, onze ultrasone extractiesystemen en prijzen! Onze zeer ervaren medewerkers bespreken graag uw toepassing en procesvereisten met u!

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren: