Ultrasone quercetine-extractie

Quercetine is een van de meest onderzochte plantaardige polyfenolen en wordt gewaardeerd om zijn antioxiderende werking en zijn rol in voedingssupplementen, functionele voedingsmiddelen en nutraceuticals. Omdat quercetine en zijn glycosiden (bijv. rutine, isoquercetine) gevoelig zijn voor warmte en oxidatie, vereist de productie van een zeer zuiver extract een efficiënte maar milde, niet-thermische extractietechniek. Juist hierin blinkt ultrasone quercetine-extractie uit.

Ultrasone technologie met hoge prestaties voor quercetine-extracten van hoge kwaliteit

Ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) gebruikt krachtige, laagfrequente ultrasone golven om de celwanden van planten mechanisch open te breken en de massaoverdracht drastisch te verhogen, waardoor quercetine binnen minuten in plaats van uren in het oplosmiddel vrijkomt. Vergeleken met maceratie, Soxhlet-extractie of warmtegebaseerde digestie levert ultrasone extractie hogere opbrengsten, kortere verwerkingstijden, kleinere oplosmiddelvolumes en beter behouden bioactiviteit op – waardoor het een aantrekkelijke optie is voor laboratoria, pilotinstallaties en de productie op industriële schaal van plantenextracten en polyfenolextracten.

Effecten van sonicatie op de celstructuur: het ultrasoon geïnduceerde openbreken van de celwanden maakt het vrijkomen van quercetine en rutine uit Euonymus alatus mogelijk.
Afbeelding en onderzoek: ©Yang en Zhang, 2008.

Waarom quercetine een milde extractiemethode vereist

Quercetine komt voor in veel vruchten, groenten en kruiden – waaronder appels, uien, bessen, thee, druiven en bladgroenten. Als polyfenol/flavonol kan het worden afgebroken bij langdurige blootstelling aan warmte, sterk alkalische omstandigheden of langdurig contact met oplosmiddelen, wat de opbrengst verlaagt en de kwaliteit van het uiteindelijke extract aantast. Een milde, niet-thermische methode van korte duur helpt daarom zowel de hoeveelheid als de functionele kwaliteit (antioxidatieve capaciteit) van de geëxtraheerde quercetine te behouden.

Hoe ultrasone extractie van quercetine werkt

De rol van akoestische cavitatie 
Ultrasone golven met hoge intensiteit creëren microscopisch kleine cavitatiebellen in de vloeistof. Hun implosieve ineenstorting genereert plaatselijke hete zones, afschuifkrachten en microjets die de celwanden van planten openbreken en weefselmatrices afbreken. Hierdoor worden de celcompartimenten waarin quercetine is opgeslagen geopend en wordt de diffusie ervan naar het omringende oplosmiddel versneld, zodat de werkzame stof sneller en vollediger vrijkomt.

Typisch procesverloop voor ultrasone quercetine-extractie

1. Voorbereiding: maal, snijd of vriesdroog het ruwe plantaardige materiaal (bijv. bladeren, schillen, zaden) om het oppervlak te vergroten.
2. Keuze van het oplosmiddel: kies een groen oplosmiddel van voedingsmiddelenkwaliteit, zoals water, ethanol of een mengsel van water en ethanol.
3. Sonicatie: extraheer gedurende 5–30 minuten in batchmodus (onder roeren) of continu met een doorstroomcel.
4. Scheiding: filtreer of centrifugeer het extract en win de quercetinerijke vloeistof terug.
5. Concentratie / zuivering: droog, precipiteer of zuiver desgewenst naar behoefte.

Opmerking: de specifieke tijden, amplitudes en oplosmiddelverhoudingen zijn afhankelijk van de plantensoort en de doelmatrix – onze procesexperts kunnen u helpen de procesparameters voor uw grondstof te optimaliseren.

Casestudy: ultrasoon ondersteunde quercetine-extractie

Sharifi et al. (2017) hebben aangetoond dat ultrasone extractie een effectieve en praktische methode is om flavonoïden zoals quercetine uit geneeskrachtige planten te extraheren. Zij gebruikten de Hielscher UP400St (400W, zie afbeelding links) met een amplitude-instelling van 50%. De bladeren van radijs (Raphanus Sativus) werden in methanol geplaatst en gedurende 10 min. aan sonicatie onderworpen, wat resulteerde in een quercetine-opbrengst van 11,8%. De superioriteit van ultrasoon ondersteunde extractie ten opzichte van conventionele technieken zoals maceratie, Soxhlet-extractie en thermische digestie. Ultrasone extractie blinkt uit door hogere opbrengsten, aanzienlijk kortere extractietijden en kleinere hoeveelheden oplosmiddelen. De toepassing van ultrasone golven genereert cavitatie, die de celwanden van plantaardig materiaal openbreekt en de massaoverdracht bevordert. Daardoor is ultrasone extractie effectiever dan traditionele methoden en blinkt ze uit bij de extractie van quercetine uit organische matrices. Hoewel ultrasone extractie slechts 10 min. nodig had – vergeleken met extractietijden van 24 uur voor maceratie, 60 min. voor thermische digestie en 24 uur voor Soxhlet-extractie – was de hoeveelheid ultrasoon geëxtraheerde quercetine hoger dan bij digestie, maceratie en Soxhlet-extractie.

Ultrasone extractie (UAE) levert aanzienlijk hogere quercetine-opbrengsten op bij kortere extractietijden dan conventionele extractiemethoden.
bron: Sharifi at al., 2017

Apparatuur voor ultrasone extractie

Hielscher Ultrasonics is gespecialiseerd in de productie van ultrasone processoren met hoge prestaties voor de productie van extracten van hoge kwaliteit uit plantaardig materiaal.
Hielscher biedt een breed productportfolio dat varieert van kleine, krachtige ultrasone apparaten voor laboratoria tot robuuste tafelmodellen en volledig industriële systemen, die ultrasone golven met hoge intensiteit leveren voor de efficiënte extractie en isolatie van bioactieve stoffen (bijv. polyfenolen, gingerol, piperine, curcumine enz.). Alle ultrasone apparaten van 200 watt tot 16.000 watt beschikken over een kleurendisplay voor digitale bediening, een geïntegreerde SD-kaart voor automatische gegevensregistratie, afstandsbediening via een browser en vele andere gebruiksvriendelijke functies. De sonotrodes en doorstroomcellen (de onderdelen die in contact komen met het medium) kunnen worden geautoclaveerd en zijn eenvoudig te reinigen. Al onze ultrasone apparaten zijn gebouwd om 24/7 te werken, hebben weinig onderhoud nodig en zijn eenvoudig en veilig te bedienen.
Een digitaal kleurendisplay maakt een gebruiksvriendelijke bediening van het ultrasone apparaat mogelijk, waardoor het proces nauwkeurig kan worden ingesteld. Onze systemen kunnen lage tot zeer hoge amplitudes leveren. Voor de extractie van polyfenolen zoals quercetine bieden wij speciale ultrasone sonotrodes (ook bekend als ultrasone sondes of hoorns) die zijn geoptimaliseerd voor de milde isolatie van werkzame stoffen van hoge kwaliteit. Dankzij hun robuustheid kunnen de sonicators van Hielscher 24/7 onder zware belasting en in veeleisende omgevingen worden gebruikt.
De nauwkeurige regeling van de ultrasone procesparameters waarborgt reproduceerbaarheid en processtandaardisatie.