Ekstrakcja ultradźwiękowa polifenoli z liści oliwnych

Ekstrakty z liści oliwek są silnym suplementem diety i środkiem leczniczym, ponieważ zawierają silne przeciwutleniacze, takie jak polifenole oleuropeina, hydroksytyrozol i werbaskozyd. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce skuteczną techniką uwalniania i izolowania związków bioaktywnych, takich jak polifenole, flawony i terpenoidy z liści oliwek.

Ekstrakcja ultradźwiękowa związków bioaktywnych z liści oliwnych

Ultradźwiękowa ekstrakcja liści oliwek przy użyciu sonikatora typu sondy oferuje takie korzyści, jak wydajność, zwiększona wydajność, zachowanie bioaktywności, zrównoważony rozwój, łatwość obsługi i opłacalność w porównaniu z konwencjonalnymi metodami ekstrakcji. Korzyści te sprawiają, że jest to atrakcyjna opcja dla naukowców i przemysłu poszukujących ekstrakcji związków bioaktywnych z liści oliwek do różnych zastosowań, w tym farmaceutycznych, nutraceutycznych i żywności funkcjonalnej.

Przyjrzyjmy się szczegółowo korzyściom płynącym z ultradźwiękowej ekstrakcji liści oliwnych:

• Wydajność: Sonikatory typu sondowego dostarczają fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności bezpośrednio do próbki, promując szybką i wydajną ekstrakcję. Pozwala to na skrócenie czasu ekstrakcji w porównaniu z konwencjonalnymi metodami, zmniejszając zużycie energii i zwiększając wydajność.
• Zwiększona wydajność:Fale ultradźwiękowe rozbijają ściany komórkowe i zwiększają uwalnianie związków wewnątrzkomórkowych, co prowadzi do wyższej wydajności ekstrakcji. Badania wykazały, że ekstrakcja ultradźwiękowa może znacznie zwiększyć wydajność ekstrakcji związków bioaktywnych z materiałów roślinnych w porównaniu z metodami konwencjonalnymi.
• Zachowanie bioaktywności: Ekstrakcja ultradźwiękowa działa w niższych temperaturach w porównaniu do innych technik ekstrakcji, zmniejszając ryzyko degradacji termicznej związków wrażliwych na ciepło. Pomaga to zachować bioaktywność i jakość odżywczą ekstrahowanych związków, takich jak przeciwutleniacze, enzymy i witaminy obecne w liściach oliwnych.
• Ekologiczne i zrównoważone: Ekstrakcja ultradźwiękowa jest uważana za ekologiczną i zrównoważoną metodę ekstrakcji, ponieważ zazwyczaj wymaga mniej rozpuszczalnika i energii w porównaniu z konwencjonalnymi technikami ekstrakcji. Dodatkowo, produkuje minimalną ilość odpadów i może być łatwo skalowana do zastosowań przemysłowych.
  Łatwość obsługi: Sonikatory sondowe są stosunkowo proste w obsłudze i wymagają minimalnej konserwacji w porównaniu do innych urządzeń ekstrakcyjnych. To sprawia, że nadają się one zarówno do badań laboratoryjnych, jak i produkcji na skalę przemysłową.
• Efektywność kosztowa: Podczas gdy początkowa inwestycja w sprzęt ultradźwiękowy może być wyższa niż konwencjonalne metody ekstrakcji, zwiększona wydajność i produktywność często skutkują oszczędnościami kosztów w czasie. Dodatkowo, krótsze czasy ekstrakcji zmniejszają koszty pracy i zwiększają przepustowość.

Co sprawia, że ekstrakt z liści oliwnych jest tak korzystny?

Liście oliwne (Olea europaea), będące odpadem rolniczym lub produktem ubocznym, są doskonałym źródłem naturalnych przeciwutleniaczy. Liście oliwne zawierają różne polifenole (znane również jako biofenole), takie jak oleuropeina i oleaceina. Polifenole występują naturalnie w roślinach i przyczyniają się do korzyści zdrowotnych ekstraktu z liści oliwnych. Oprócz polifenoli, liście drzewa oliwnego są bogate w przeciwutleniacze, takie jak izomery ligstrozydu, hydroksytyrozol, tyrozol i kwas kawowy.
Ekstrakt z liści oliwnych jest koncentratem fitochemikaliów zawartych w liściach oliwnych i zawiera dużą ilość silnych przeciwutleniaczy. Ekstrakt z liści oliwnych jest tradycyjnie stosowany w celu wzmocnienia układu odpornościowego. Na przykład jest podawany w celu złagodzenia objawów przeziębienia, kaszlu i bólu gardła.
Co więcej, badania sugerują, że polifenole zawarte w ekstrakcie z liści oliwnych mogą zmniejszać ryzyko chorób sercowo-naczyniowych, obniżać poziom cholesterolu, pomagać w odchudzaniu, wykazywać działanie przeciwdrobnoustrojowe i działać jako środek przeciwnowotworowy.
Z tego powodu ekstrakty z liści oliwnych (Olea europaea L. folium) są stosowane jako składnik aktywny w preparatach farmaceutycznych i suplementach diety. Ponadto ekstrakty z liści oliwnych są stosowane w suplementach diety, środkach leczniczych, kosmetykach, a także żywności i napojach.

Infuzowana oliwa z oliwek: Ekstrakt z liści oliwnych jest również stosowany do wzbogacania oliwy z oliwek, takiej jak oliwa z oliwek z pierwszego tłoczenia. Wzmocniona ekstraktem z liści oliwnych oliwa z oliwek ma bogatszy profil smakowy, a wartość ORAC oliwy z oliwek jest zwiększona. Oliwa z oliwek z dodatkiem liści oliwnych wykazuje dłuższy okres przydatności do spożycia i wyższą stabilność termiczną, ponieważ przeciwutleniacze usuwają wolne rodniki i zapobiegają jełczeniu.
Dowiedz się więcej o maceracji oliwek wspomaganej ultradźwiękami do produkcji oliwy z oliwek najwyższej jakości z pierwszego tłoczenia!

Najważniejsze fitochemikalia w liściach oliwnych

Skład związków fenolowych w liściach oliwek obejmuje oleurozydy (oleuropeina, werbaskozyd), flawony (luteolina, diosmetyna, apigenina-7-glukoza, luteolina-7-glukoza, diosmetyna-7-glukoza), flawonole (rutyna), flawan-3-ole (katechina) i pochodne fenolowe (tyrozol, hydroksytyrozol, wanilina, kwas wanilinowy, kwas kawowy). Oleuropeina i hydroksytyrozol są najważniejszymi związkami fenolowymi w liściach oliwek.

oleuropeina

Oleuropeina, nietoksyczny irydoid z oliwek (rodzaj monoterpenoidu), jest rodzajem gorzkiego związku fenolowego. Oleuropeina jest obecna w skórce, miąższu, nasionach i liściach zielonych oliwek, ale w największej ilości występuje w liściach oliwek. Przy zawartości 6-14% suchej masy jest to najbardziej widoczna bioaktywna cząsteczka w liściach oliwek. W zależności od odmiany oliwek, gleby i czasu zbiorów, zawartość oleuropeiny może nawet wzrosnąć do 17-23% suchej masy.

hydroksytyrozol

Hydroksytyrozol jest metabolitem oleuropeiny. Obie cząsteczki są znane ze swojej silnej aktywności przeciwutleniającej, która przyczynia się do niektórych przeciwutleniających, przeciwzapalnych i zwalczających choroby działań oliwy z oliwek. Hydroksytyrozol ma jedną z najwyższych znanych wartości ORAC (zdolność pochłaniania rodników tlenowych) obserwowanych wśród naturalnych przeciwutleniaczy.

Ekstrakt z liści oliwnych o pełnym spektrum działania zawiera liczne polifenole, przeciwutleniacze i inne fitochemikalia, które mają działanie synergiczne. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest niezawodną techniką ekstrakcji, która uwalnia wszystkie fitochemikalia z liści oliwnych, tworząc w ten sposób bardzo silny ekstrakt szerokopasmowy.

Czym jest ultradźwięki i ekstrakcja ultradźwiękowa?

Ultradźwięki definiuje się jako wibracje dźwiękowe o częstotliwości powyżej 20 kHz, tj. ponad 20 000 drgań na sekundę. Jest to obszar, który znajduje się powyżej ludzkiego spektrum słuchu. Ultradźwięki obejmują zatem bardzo szeroki zakres drgań akustycznych, co oznacza, że wiele różnych zastosowań mieści się w dziedzinie ultradźwięków. Najbardziej znane przykłady zastosowania obejmują procedury obrazowania u lekarza, pomoc w parkowaniu w samochodach i nieniszczące testy materiałów. W wymienionych przykładach stosuje się nieniszczące ultradźwięki o wysokiej częstotliwości.
Ultradźwięki o dużej mocy definiuje się jako fale dźwiękowe o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości o częstotliwości ok. 20-60 kHz. Te gęste energetycznie fale dźwiękowe generują naprzemienne cykle wysokiego ciśnienia (kompresja) i cykle niskiego ciśnienia (rozrzedzenie) w cieczach. Podczas cyklu niskiego ciśnienia fale ultradźwiękowe o wysokiej energii tworzą małe pęcherzyki próżniowe lub puste przestrzenie w cieczy. Gdy pęcherzyki te osiągną objętość, w której nie mogą absorbować dalszej energii, pękają podczas cyklu wysokiego ciśnienia. Zjawisko implozji pęcherzyków znane jest jako kawitacja.
Kawitacja tworzy lokalne gorące punkty w cieczy lub zawiesinie, które mogą osiągać temperaturę do 5000K i ciśnienie do 2000atm. Ponadto implozja pęcherzyków kawitacyjnych tworzy strumienie cieczy o prędkości do 280 m/s. Te lokalnie występujące ekstremalne warunki powodują pękanie komórek roślinnych, dzięki czemu uwalniane są substancje bioaktywne uwięzione we wnętrzu komórki roślinnej. Oznacza to, że kawitacja akustyczna rozbija komórki roślinne i prowadzi do większej dyfuzji cząsteczek wewnątrzkomórkowych do roztworu ekstrakcyjnego (rozpuszczalnika), zwiększając w ten sposób transfer masy. Wyższy transfer masy oznacza wyższą szybkość ekstrakcji. Dlatego sondy ultradźwiękowe są jednym z najczęściej używanych narzędzi do produkcji wysokiej jakości ekstraktów z roślin, takich jak zioła, liście, owoce i inne materiały roślinne.
Ekstrakcja ultradźwiękowa oferuje różne zalety, takie jak pełna ekstrakcja / bardzo wysoka wydajność, skrócony czas ekstrakcji, lepsza wydajność, kompatybilność z dowolnym rozpuszczalnikiem i nietermiczna metoda ekstrakcji.

Rysunek przedstawia chromatogram ultra wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detektorem diodowym (UHPLC-DAD) ultradźwiękowo ekstrahowanych fenoli z liści oliwek. Piki 1 i 2 zostały wykryte przy 325nm (czerwone linie), podczas gdy pik 3 (niebieska linia) został wykryty przy 280nm.
zdjęcie i opracowanie: Giocometti, J. et al. (2018)

Ekstrakty z liści oliwnych wytwarzane metodą sonikacji

Ekstremalne warunki środowiskowe w strefie "gorącego punktu" kawitacji ultradźwiękowej mają różny wpływ na materiał roślinny i jego ekstrahowalność. Obejmuje to przezwyciężenie selektywnej przepuszczalności błony komórkowej, zwiększoną wymianę substancji między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem, mechaniczne rozerwanie komórki i uwalnianie substancji wewnątrzkomórkowych (tj. fitochemikaliów, takich jak oleuropwin, hydroksytyrozol, kwas galusowy itp.) Efekty te skutkują wysoką wydajnością wysokiej jakości ekstraktów w bardzo krótkim czasie sonikacji. Procesor ultradźwiękowy o mocy 400 W, taki jakUP400St firmy Hielscher może przetwarzać 10-litrową partię zawiesiny botanicznej w ciągu 5-8 minut. Ultradźwięki przemysłowe przetwarzają zawiesinę składającą się z materiału roślinnego i rozpuszczalnika w ciągłym przepływie. Medium jest pompowane przez reaktor ultradźwiękowy i tam sonikowane. Na skalę przemysłową, UIP4000hdT (4kW) może osiągnąć ok. 3L / min.
Ze względu na wysoką wydajność ekstraktu i szybkość procesu, ekstrakcja ultradźwiękowa jest szczególnie wydajna. Dlatego też sonikacja została szybko zaadaptowana przez wielu producentów ekstraktów, którzy produkują wysokiej jakości ekstrakty, np. CBD, kannabinoidy, wanilię, algi, imbir i wiele innych ekstraktów botanicznych. Kawitacja ultradźwiękowa może osiągnąć wydajność ekstraktu na poziomie 95-99% związku aktywnego zawartego w roślinach. Na przykład, badania wykazały 99,27% wydajność ekstrakcji dla uwalniania całkowitych fenoli z liści oliwek. (Luo, 2011) Proces ultradźwiękowy może być optymalnie dostosowany do surowca i pożądanej jakości ekstraktu poprzez dostosowanie parametrów procesu (amplituda ultradźwiękowa, temperatura, ciśnienie, lepkość).
Ekstrakcja ultradźwiękowa jest kompatybilna z prawie każdym rodzajem rozpuszczalnika. W przypadku ekstrakcji liści oliwek wspomaganej ultradźwiękami, 80% wodny etanol okazał się najbardziej skuteczny. Jednak wydajność ekstrakcji dla określonych związków fitochemicznych można zmienić, wybierając inny rozpuszczalnik o różnej polarności (np. metanol).
Chcesz zwiększyć wydajność oliwy z oliwek extra virgin podczas malaksowania? Następnie kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej malaksacji EVOO!
 

Zalety systemów ekstrakcji ultradźwiękowej

Zalety ekstrakcji ultradźwiękowej to wysoka wydajność ekstrakcji, swobodny wybór rozpuszczalnika (np. woda, etanol, mieszanina wody i etanolu, oliwa z oliwek itp.), a także prosta i bezpieczna obsługa. Ze względu na intensywne siły mechaniczne sonikacji, ekologiczne i łagodne rozpuszczalniki, takie jak woda, etanol itp. są zwykle wystarczające do osiągnięcia nadzwyczajnej szybkości ekstrakcji i wydajności. W rezultacie ekstrakcja ultradźwiękowa skraca czas ekstrakcji i umożliwia ograniczenie stosowania rozpuszczalników lub stosowanie łagodniejszych, delikatniejszych rozpuszczalników. Oznacza to, że ekstrakcja ultradźwiękowa pozwala zarówno na wyższe szybkości ekstrakcji, jak i zdrowsze ekstrakty (np. ekstrakty zimnej wody). Ponieważ temperatura procesu może być precyzyjnie kontrolowana podczas sonikacji, unika się rozkładu termicznego ekstraktów z powodu zbyt wysokich temperatur, jak również parowania substancji.
W porównaniu do nadkrytycznego CO₂ Koszty nabycia ekstraktora ultradźwiękowego są niskie. Procesory ultradźwiękowe mogą również zdobywać punkty pod względem kosztów operacyjnych, prostej, przyjaznej dla użytkownika obsługi i bezpieczeństwa pracy.

ultradźwięki – Dla mniejszych ilości do produkcji przemysłowej

Szczególną cechą obróbki ultradźwiękowej jest liniowa skalowalność procesu ekstrakcji. Studia wykonalności i produkcję mniejszych partii można łatwo przeprowadzić za pomocą poręcznego urządzenia ultradźwiękowego w otwartym naczyniu. Ułatwia to testowanie wydajności i jakości procesu ekstrakcji ultradźwiękowej. Wszelkie wyniki uzyskane na małą skalę można w pełni odtworzyć i zwiększyć. Cyfrowe sterowanie ekstraktorem ultradźwiękowym i automatyczne rejestrowanie danych parametrów ultradźwiękowych na wewnętrznej karcie SD umożliwiają precyzyjne monitorowanie procesu i powtarzalność stałych standardów jakości. Portfolio produktów Hielscher Ultrasonics oferuje ekstraktory ultradźwiękowe dla każdej skali – od ręcznych urządzeń o mocy 50 W do przemysłowych ultradźwięków o mocy 16 000 W do produkcji inline. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu firmy Hielscher Ultrasonics w zakresie ekstrakcji ultradźwiękowej i instalacji kilkuset systemów ekstrakcji ultradźwiękowej na całym świecie, gwarantowane jest kompetentne i kompleksowe doradztwo.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Sonikator UIP4000hdT do przetwarzania liści oliwek na linii produkcyjnej w celu uzyskania wysokiej jakości ekstraktów