Ultradźwiękowa ekstrakcja związków aktywnych z produktów ubocznych przetwarzania winogron i produkcji wina

Winogrona (Vitis vinifera) oraz produkty uboczne uprawy winorośli i produkcji wina są bogate w polifenole i inne substancje bioaktywne, które są cennymi związkami do produkcji preparatów leczniczych i suplementów diety. Ekstrakcja ultradźwiękowa umożliwia proste i wysoce wydajne wyodrębnianie związków pochodzących z winogron i winorośli (np. z wytłoków winogronowych, pestek, liści, łodyg i osadu winiarskiego). Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest szybka, niezawodna i przewyższa inne metody ekstrakcji dzięki wyższej wydajności, łagodniejszym warunkom ekstrakcji, krótszemu czasowi ekstrakcji i niższym kosztom.

Ultradźwiękowa ekstrakcja związków fitochemicznych z winogron i winorośli

Produkty uboczne pochodzące z winnic i procesu produkcji wina obejmują miąższ winogron, wytłoki (skórki i pestki), osad winiarski, liście winorośli, łodygi i łozy, które stanowią do 30−40% w/w substancji stałych i są w większości wyrzucane jako niewykorzystane odpady. W miarę odkrywania bogactwa polifenoli i innych związków bioaktywnych w tych produktach ubocznych przetwarzania winogron i produkcji wina przemysł coraz częściej wykorzystuje te materiały roślinne do wytwarzania cennych ekstraktów. Resweratrol, antocyjanidyny, proantocyjanidyna, quercitin i inne substancje występujące w winogronach i winorośli (Vitis vinifera) są już powszechnie spożywane w postaci preparatów leczniczych i suplementów diety. Jako źródło związków prozdrowotnych ekstrakty z produktów ubocznych Vitis vinifera są wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym, jednocześnie wspierając zrównoważone rolnictwo. Ekstrakcja ultradźwiękowa ułatwia uwalnianie związków bioaktywnych z winogron i produktów ubocznych ich przetwarzania. Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest od dawna ugruntowaną techniką ekstrakcji stosowaną do pozyskiwania związków wykorzystywanych w farmacji i żywności. Zapewnia bardzo wysoką wydajność pozyskiwania ekstraktu w krótkim procesie ekstrakcji i działa z dowolnym rozpuszczalnikiem (np. wodą, etanolem, izopropanolem, heksanem itp.)

Ultradźwiękowa ekstrakcja polifenoli z pestek winogron

Pestki winogron są bogate w proantocyjanidyny, dlatego stanowią doskonałe źródło do produkcji ekstraktów proantocyjanidynowych przeznaczonych do preparatów leczniczych i suplementów diety. Thilakarathna i Rupasinghe (2022) wykazali wyższą skuteczność sonikacji w kontrolowanych, podwyższonych temperaturach, co skutkowało wyższą wydajnością pozyskiwania proantocyjanidyn i znacznie krótszym czasem ekstrakcji (ultradźwięki: 53 min. w porównaniu z konwencjonalną ekstrakcją rozpuszczalnikową: 150 h!).
Zastosowanie ciepła i sonikacji znacznie skróciło czas ekstrakcji (czas sonikacji: 53 min) i zmniejszyło zapotrzebowanie na wodny roztwór etanolu (10,14:1 v:w), jednocześnie znacznie zwiększając wydajność pozyskiwania PAC (16,1 mg CE/g FW w porównaniu z przewidywanymi 26,6 mg CE/g FW). Ostateczne optymalne warunki obejmowały 47% etanolu, stosunek s:s wynoszący 10:1 (v:w), czas sonikacji 53 min i temperaturę ekstrakcji 60◦C.

Wydajna produkcja ekstraktu z liści winorośli z zastosowaniem sonikacji

Liście winorośli właściwej (Vitis vinifera) są bogate w resweratrol, antocyjanidyny, kwercetynę, izokwercetynę, a także wiele innych związków bioaktywnych, które często podaje się w postaci ekstraktów w celach leczniczych i zdrowotnych.
Wykazano, że ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia wysoką wydajność pozyskiwania ekstraktu o pełnym spektrum związków z liści winorośli, dzięki czemu proces ekstrakcji jest bardzo wydajny. Wykazano, że wodny roztwór etanolu jest preferowanym rozpuszczalnikiem do ekstraktów z winorośli, ponieważ ma doskonałą zdolność rozpuszczania docelowych cząsteczek i nie wykazuje toksyczności. Proces ekstrakcji z wykorzystaniem ultradźwięków trwa zaledwie kilka minut i może być prowadzony zarówno w trybie okresowym, jak i w trybie ciągłego przepływu.
Na przykład resweratrol wyekstrahowany ultradźwiękowo z liści winorośli można oczyszczać przy użyciu kolumny z węglem mezoporowatym, co zwiększa czystość resweratrolu z 2,1 do 20,6%. (por. Sun i in., 2018)

Ultradźwiękowa ekstrakcja stilbenoidów z łodyg winorośli

Procedura ekstrakcji ultradźwiękowej opracowana przez Piñeiro i in. (2013) zapewnia wysoki odzysk stilbenów, takich jak trans-resweratrol, ε-winiferyna, piceatannol i wityzyna B, które występują głównie w łozach i łodygach winorośli.

Streszczenie graficzne badania dotyczącego ultradźwiękowej ekstrakcji stilbenoidów z łodyg winorośli.
(Badanie i ilustracja: Piñeiro i in., 2013)

Za pomocą sonikatora UP200S (200W, 24kHz) główne stilbenoidy występujące w łodygach winorośli można wyekstrahować w ciągu 15 min, stosując temperaturę ekstrakcji 75°C i 80% etanol jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny, bez konieczności etapu oczyszczania rozpuszczalnikiem organicznym. Zoptymalizowana metoda umożliwiła prostą i skuteczną analizę zawartości stilbenoidów w 22 próbkach łodyg winorośli.

Wykres efektów głównych dla średniego odzysku (pole powierzchni 10.000−1) w ekstrakcji ultradźwiękowej przy użyciu UP200S z zastosowaniem różnych parametrów: piceatannol (a), trans-resweratrol (b), ε-winiferyna (c) i wityzyna-B (d).
(Badanie i wykresy: Piñeiro i in., 2013)

Chromatogram HPLC-DAD odpowiadający ekstraktowi referencyjnemu wzbogaconemu w stilbenoidy.
(Badanie i wykresy: Piñeiro i in., 2013)

Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe do ekstrakcji z winogron i winorośli

Ekstraktory Hielscher Ultrasonics mają ugruntowaną pozycję w dziedzinie ekstrakcji z materiałów roślinnych, niezależnie od stosowanego materiału roślinnego lub rozpuszczalnika. Producenci ekstraktów – zarówno ekskluzywni producenci butikowi, jak i producenci masowi działający na dużą skalę – znajdują w szerokiej ofercie urządzeń Hielscher idealny sprzęt do ekstrakcji ultradźwiękowej, odpowiadający ich wymaganiom produkcyjnym. Instalacje do procesów okresowych, jak również do ciągłych procesów w linii technologicznej, są dostępne od ręki i mogą zostać wysłane tego samego dnia.

Wysoce wydajna ekstrakcja za pomocą sonikatorów Hielscher

Ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher skutecznie rozbijają komórki roślinne, zwiększają powierzchnię materiału roślinnego dostępną dla penetracji rozpuszczalnika oraz usprawniają transport masy, co skutkuje szybkim i całkowitym uwalnianiem związków fitochemicznych (metabolitów wtórnych). Ekstraktory Hielscher, zaprojektowane z myślą o łatwości obsługi, można szybko zainstalować oraz obsługiwać bezpiecznie i intuicyjnie.
 
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: