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 hitte en oxidatie, vereist de productie van een zeer zuiver extract een efficiënte maar milde, niet-thermische extractietechniek. Dit is precies waar ultrasone quercetine-extractie uitblinkt.

Ultrasone techniek met hoge prestaties voor hoogwaardige quercetine-extracten

Bij ultrasone extractie (UAE) wordt gebruikgemaakt van krachtige, laagfrequente ultrasone golven om de celwanden van planten mechanisch te breken en de massaoverdracht aanzienlijk te vergroten, waardoor quercetine binnen enkele minuten in plaats van uren in het oplosmiddel vrijkomt. In vergelijking met maceratie, Soxhlet of op warmte gebaseerde afbraak, levert ultrasone extractie hogere opbrengsten, kortere verwerkingstijden, lagere oplosmiddelvolumes en een beter behouden bioactiviteit op – waardoor het een aantrekkelijke optie is voor laboratoria, proeffabrieken en de productie op industriële schaal van plantaardige extracten en polyfenolextracten.

Effecten van ultrasoonbehandeling op de celstructuur: De ultrasoon geïnduceerde verstoring van de celwanden maakt het vrijkomen van quercetine en rutine uit Euonymus alatus mogelijk.
Foto en studie: ©Yang en Zhang, 2008.

Waarom quercetine een zachte extractiemethode vereist

Quercetine komt voor in veel soorten fruit, groenten en kruiden – waaronder appels, uien, bessen, thee, druiven en bladgroenten. Als polyfenol/flavonol kan het afbreken bij langdurige blootstelling aan hitte, 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 (antioxidantcapaciteit) van de geëxtraheerde quercetine te behouden.

Hoe de ultrasone extractie van quercetine werkt

De rol van akoestische cavitatie Ultrasone golven met hoge intensiteit veroorzaken microscopisch kleine cavitatiebellen in de vloeistof. Door hun implosieve ineenstorting ontstaan plaatselijke hotspots, schuifkrachten en microstralen die de celwanden van planten doen scheuren en weefselmatrices afbreken. Hierdoor worden de celcompartimenten waarin quercetine is opgeslagen geopend en wordt de diffusie ervan in het omringende oplosmiddel versneld, waardoor de werkzame stof sneller en vollediger vrijkomt.

Typisch procesverloop voor de extractie van quercetine met behulp van ultrasone golven

1. Voorbereiding: het ruwe plantmateriaal (bijv. bladeren, schillen, zaden) vermalen, snijden of vriesdrogen om het oppervlak te vergroten.
2. Selectie van oplosmiddelen: Kies een groen oplosmiddel dat geschikt is voor levensmiddelen, zoals water, ethanol of een mengsel van water en ethanol.
3. Sonificatie: extracteer in batchmodus (onder roeren) of in continue doorstroomcelmodus gedurende 5–30 minuten.
4. Scheiding: filter of centrifugeer het extract en win de quercetinerijke vloeistof terug.
5. Concentratie / zuivering: indien nodig drogen, neerslaan of zuiveren.

Opmerking: de specifieke tijden, amplitudes en oplosmiddelverhoudingen zijn afhankelijk van de plantensoort en de doelmateriaalmatrix – Onze procesdeskundigen kunnen u helpen bij het optimaliseren van de procesparameters voor uw grondstof.

Casestudie: Echografie-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 (400 W, zie foto links) bij een amplitude-instelling van 50%. De bladeren van de radijs (Raphanus sativus) werden in methanol geplaatst en gedurende 10 minuten met ultrasone trillingen behandeld, wat resulteerde in een opbrengst aan quercetine van 11,8%.De superioriteit van ultrasone extractie ten opzichte van conventionele technieken zoals maceratie, Soxhlet-extractie en thermische afbraak. Ultrasone extractie blinkt uit door hogere opbrengsten, aanzienlijk kortere extractietijden en lagere hoeveelheden oplosmiddelen. De toepassing van ultrasone golven genereert cavitatie, wat de celwanden van plantaardig materiaal verbreekt en de massaoverdracht bevordert. Ultrasone extractie is dus effectiever dan traditionele methoden en blinkt uit in de extractie van quercetine uit organische matrices. Hoewel ultrasone extractie slechts 10 minuten nodig had. – vergeleken met extractietijden van 24 uur voor maceratie, 60 minuten voor thermische ontsluiting en 24 uur voor Soxhletextractie. – De hoeveelheid ultrasoon geëxtraheerde quercetine was hoger dan die van ontsluiting, maceratie en Soxhlet extractie.

Ultrasone extractie (UAE) geeft significant hogere quercetine opbrengsten in kortere extractietijden in vergelijking met conventionele extractiemethoden.
bron: Sharifi et al., 2017

apparatuur voor ultrasone extractie

Hielscher Ultrasonics is gespecialiseerd in de productie van hoogwaardige ultrasone processors voor de productie van hoogwaardige extracten van plantaardige producten.
Hielscher biedt een breed productassortiment dat varieert van kleine, krachtige ultrasone laboratoria tot robuuste bench-top en volledig industriële systemen, die ultrasoon geluid 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 hebben een gekleurd display voor digitale bediening, een geïntegreerde SD-kaart voor automatische gegevensregistratie, browserafstandsbediening en nog veel meer gebruiksvriendelijke functies. De sonotroden en flowcellen (de onderdelen die in contact komen met het medium) zijn autoclaveerbaar en eenvoudig te reinigen. Al onze ultrasone apparaten zijn gebouwd voor 24/7 gebruik, vereisen weinig onderhoud en zijn eenvoudig en veilig te bedienen.
Een digitaal kleurendisplay zorgt voor een gebruiksvriendelijke bediening van de ultrasoon, waardoor het proces nauwkeurig instelbaar is. Onze systemen kunnen lage tot zeer hoge amplitudes leveren. Voor de extractie van polyfenolen zoals quercetine bieden we speciale ultrasone sonotrodes (ook wel ultrasone sondes of hoorns genoemd) die geoptimaliseerd zijn voor de gevoelige isolatie van actieve stoffen van hoge kwaliteit. De robuustheid van Hielscher sonicators maakt het mogelijk om 24/7 te werken onder zware omstandigheden en in veeleisende omgevingen.
De nauwkeurige regeling van de ultrasone procesparameters zorgt voor reproduceerbaarheid en processtandaardisatie.