Ultradźwiękowa ekstrakcja polifenoli z baggibuti (Stachys parviflora)

Ekstrakty z rośliny baggibuti (Stachys parviflora L.) są cenione jako leki ziołowe stosowane w leczeniu skurczów, bólów stawów, padaczki, choroby upadkowej i drakunkulozy. Ekstraktory ultradźwiękowe są z powodzeniem stosowane do izolacji polifenoli i innych związków fitochemicznych ze Stachys parviflora.

Co sprawia, że ekstrakcja ultradźwiękowa przewyższa inne metody? – Zasada działania i zalety ultradźwięków dużej mocy

Gdy związki bioaktywne (tj. związki fitochemiczne, metabolity wtórne) mają zostać wyizolowane z surowców roślinnych, struktury komórkowe materiału roślinnego muszą zostać rozbite, aby uwolnić związki docelowe. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce wydajną metodą izolacji całej ilości związków fitochemicznych z surowców roślinnych (np. Stachys parviflora, ziół itp.) w szybkim procesie ekstrakcji. Zastosowanie ultradźwięków dużej mocy powoduje silne efekty kawitacyjne, zaburzenia / turbulencje oraz przepływ cieczy z dużą prędkością. Te siły ultradźwiękowe sprzyjają rozbijaniu komórek i mieszaniu w skali makro i mikro. Ponadto znacznie poprawiają penetrację rozpuszczalnika, rozpuszczanie związków bioaktywnych i transport masy. Dzięki temu ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest wysoce skuteczna, zapewniając większe uzyski ekstraktu w krótkim czasie procesu.

Korzyści wynikające ze związków fitochemicznych z baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., powszechnie znany jako „Baggibuti”, jest gatunkiem należącym do Lamicae. Związki występujące w Stachys parviflora, takie jak irydoidy, flawonoidy, kwasy fenolowe i diterpenoidy, opisywane jako metabolity wtórne, są znane z właściwości przeciwdziałających zapaleniu nerek, przeciwzapalnych, zmiatających wolne rodniki i przeciwdrobnoustrojowych.

Ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych z baggibuti (Stachys parviflora)

Ekstrakcja ultradźwiękowa, znana również jako ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE), jest naukowo potwierdzoną i ugruntowaną w przemyśle technologią izolacji związków bioaktywnych, takich jak polifenole, flawonoidy, terpeny i wiele innych metabolitów wtórnych, z surowców roślinnych.

Ekstrakcja z baggibuti (Stachys parviflora): zasada działania i protokół

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest łagodną, nietermiczną, a jednocześnie wysoce wydajną techniką ekstrakcji, opartą wyłącznie na siłach mechanicznych. Dzięki temu wrażliwe związki roślinne są chronione przed degradacją termiczną, a uzyski ekstraktów otrzymywanych za pomocą sonikacji są wyjątkowo wysokie, przy doskonałej jakości ekstraktów.

Ultradźwięki dużej mocy do ekstrakcji

Mechanizm intensyfikacji ekstrakcji przez ultradźwięki o niskiej częstotliwości i wysokiej intensywności przypisuje się głównie zjawisku kawitacji akustycznej. Gdy pęcherzyki kawitacyjne zapadają się na powierzchni materiału roślinnego, erozja i sonoporacja rozbijają matrycę komórek roślinnych (np. Stachys parviflora), co prowadzi do zniszczenia struktury komórkowej i uwolnienia substancji wewnątrzkomórkowych, takich jak polifenole i inne związki fitochemiczne. Zintensyfikowany w ten sposób transport masy ułatwia uwalnianie cząsteczek, takich jak białka, lipidy i związki fitochemiczne.
Siły ścinania generowane ultradźwiękowo poprawiają odpowiednio penetrację rozpuszczalnika do matrycy komórkowej materiału roślinnego i przepuszczalność błon komórkowych. Te mechanizmy działania ultradźwięków dużej mocy odpowiadają za znaczną intensyfikację procesu osiąganą przy zastosowaniu sonikacji do ekstrakcji z surowców roślinnych.

Obraz SEM powierzchni Stachys parviflora, (a) próbka niepoddana obróbce, (b) maceracja, (c) zoptymalizowana ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) (UP200Ht, czas obróbki 4 min, wysoka intensywność 74,5% i czystość rozpuszczalnika 74,2 %)
Badanie i zdjęcie: ©Salarbashi et al., 2016

Protokół ultradźwiękowej ekstrakcji związków fenolowych z baggibuti

Zespół badawczy Salarbashi wyekstrahował związki polifenolowe z liści Stachys parviflora za pomocą ekstraktora ultradźwiękowego UP200Ht (200W, 26kHz). Na potrzeby badania porównawczego ekstrakcji ultradźwiękowej i maceracji wysuszone nadziemne części S. parviflora (zebrane w fazie kwitnienia) zmielono na proszek o średniej wielkości cząstek poniżej 149µm. Ekstrakcję z materiału roślinnego przeprowadzono w temperaturze 35°C, przy naturalnym pH, stosując metanol (60, 80 i 100 % (v v-1)) jako rozpuszczalnik przez okresy 4, 7 i 10 min.
Do ekstrakcji ultradźwiękowej zastosowano sonikator sondowy Hielscher UP200Ht (200W, 26kHz). Amplitudę ekstraktora ultradźwiękowego UP200Ht ustawiono na 100%. Intensywność obróbki ultradźwiękowej wynosiła 21,8346 Wcm-2 przy amplitudzie 100%.
Wyniki analizy ekstraktu otrzymanego ultradźwiękowo wykazały, że całkowita zawartość flawonoidów (TFC) w ekstraktach wzrastała liniowo wraz z obróbką ultradźwiękową, natomiast czas ekstrakcji miał przeciwny wpływ na TFC. Najwyższą całkowitą zawartość flawonoidów uzyskano przy czasie sonikacji wynoszącym 4min. (t = 4 min).
Kwas kawowy, kwas taninowy, kwercetynę, kwas trans-ferulowy i kwas rozmarynowy zidentyfikowano jako główne związki fenolowe w ekstrakcie otrzymanym ultradźwiękowo.
Na podstawie obrazów SEM wyraźnie widać, że sonikacja i wywołana przez nią kawitacja akustyczna zdecydowanie odgrywają istotną rolę w skutecznym rozbijaniu ściany komórkowej i struktury materiału roślinnego, a drgania ultradźwiękowe i mikroprzepływy kawitacyjne zwiększają uzysk ekstrakcji. Dzięki tym efektom wywołanym przez ultradźwięki dużej mocy ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami nasila proces pęcznienia i zmiękczania ścian komórkowych poprzez uwodnienie materiału pektynowego z blaszki środkowej. W rezultacie matryca komórek roślinnych zostaje rozbita, co następnie prowadzi do znacznie szybszego i wydajniejszego uwalniania bioaktywnych metabolitów niż w innych klasycznych metodach ekstrakcji. Obrazy SEM wykazują skuteczność ultradźwiękowej ekstrakcji związków fenolowych. Jako łagodna, nietermiczna metoda ekstrakcji sonikacja pozwala uzyskać ekstrakty o wyższej aktywności przeciwutleniającej i przeciwdrobnoustrojowej, przewyższającej aktywność ekstraktów wytwarzanych konwencjonalnymi technikami ekstrakcji.
(por. Salarbashi et al., 2016)

Chromatogram HPLC ekstraktu ze Stachys parviflora, który wyizolowano w zoptymalizowanych warunkach ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami
Badanie i zdjęcie: ©Salarbashi et al., 2016

Wysokowydajne, najnowocześniejsze sonikatory do ekstrakcji ze Stachys parviflora

Inteligentne funkcje sonikatorów Hielscher zaprojektowano tak, aby gwarantowały niezawodną pracę, powtarzalne wyniki i łatwość obsługi. Dostęp do ustawień roboczych i ich wybór są łatwe dzięki intuicyjnemu menu, dostępnemu za pośrednictwem cyfrowego kolorowego wyświetlacza dotykowego i zdalnego sterowania przez przeglądarkę. Wszystkie warunki procesu, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura, są więc automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to przeglądać i porównywać wcześniejsze przebiegi sonikacji oraz optymalizować ekstrakcję olejków eterycznych ze Stachys parviflora (baggibuti), aby osiągnąć najwyższą wydajność.
Systemy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie do wytwarzania wysokiej jakości ekstraktów roślinnych. Przemysłowe sonikatory Hielscher mogą z łatwością pracować z wysokimi amplitudami w trybie ciągłym (24/7/365). Amplitudy do 200µm można z łatwością generować w sposób ciągły za pomocą standardowych sonotrod (sond ultradźwiękowych). Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do indywidualnych potrzeb. Ze względu na wytrzymałość i niewielkie wymagania konserwacyjne nasze systemy ekstrakcji ultradźwiękowej są powszechnie instalowane do pracy przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.

Skontaktuj się z nami już teraz, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji z surowców roślinnych, naszych systemach ekstrakcji ultradźwiękowej i cenach! Nasz doświadczony personel chętnie omówi z Tobą Twoje zastosowanie i wymagania dotyczące procesu!

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: