Ультразвуковая экстракция активных соединений из побочных продуктов виноградарства и виноделия

Виноград (Vitis vinifera), побочные продукты виноградарства и виноделия богаты полифенолами и другими биоактивными веществами, которые являются ценными соединениями для производства лечебных средств и пищевых добавок. Ультразвуковая экстракция позволяет просто и высокоэффективно выделять соединения из винограда и виноградной лозы (например, из виноградных выжимок, косточек, листьев, стеблей, винного осадка). Экстракция с помощью ультразвука отличается быстротой и надежностью и превосходит другие методы экстракции благодаря более высокому выходу, более мягким условиям экстракции, меньшей продолжительности экстракции и более низкой стоимости.

Ультразвуковая экстракция фитохимических соединений из винограда и виноградной лозы

Побочные продукты виноградарства и виноделия включают виноградную мякоть, выжимки (кожицу и косточки), винный осадок, виноградные листья, стебли и побеги, которые составляют до 30−40% w/w твердых веществ и в основном выбрасываются как отходы без использования. По мере выявления высокого содержания полифенолов и других биоактивных соединений в этих побочных продуктах виноградарства и виноделия промышленность все чаще использует это растительное сырье для производства ценных экстрактов. Ресвератрол, антоцианидины, проантоцианидин, quercitin и другие вещества, содержащиеся в винограде и виноградной лозе (Vitis vinifera), уже широко применяются в качестве лечебных средств и пищевых добавок. Как источник полезных для здоровья соединений экстракты из побочных продуктов Vitis vinifera используются в фармацевтической и пищевой промышленности, одновременно способствуя устойчивому сельскому хозяйству. Ультразвуковая экстракция облегчает высвобождение биоактивных соединений из винограда и побочных продуктов его переработки. Экстракция с помощью ультразвука – давно зарекомендовавший себя метод экстракции соединений для фармацевтического и пищевого применения. Он обеспечивает очень высокий выход экстракта за короткое время и работает с любым растворителем (например, водой, этанолом, изопропанолом, гексаном и т. д.)

Ультразвуковая экстракция полифенолов из виноградных косточек

Виноградные косточки богаты проантоцианидинами и поэтому являются отличным сырьем для производства проантоцианидиновых экстрактов для лечебных средств и пищевых добавок. Thilakarathna и Rupasinghe (2022) смогли продемонстрировать превосходную эффективность обработки ультразвуком при контролируемых повышенных температурах, которая обеспечила более высокий выход проантоцианидинов и значительно меньшую продолжительность экстракции (ультразвук – 53 min, традиционная экстракция растворителем – 150 h!).
Применение нагрева и обработки ультразвуком значительно сократило время экстракции (продолжительность обработки ультразвуком – 53 min) и потребность в водном растворе этанола (10,14:1 v:w), при этом существенно увеличив выход PAC (16,1 mg CE/g FW по сравнению с прогнозируемыми 26,6 mg CE/g FW). Окончательные оптимальные условия составляли: 47% этанола, соотношение s:s 10:1 (v:w), продолжительность обработки ультразвуком 53 min и температура экстракции 60◦C.

Эффективное производство экстракта виноградных листьев с помощью обработки ультразвуком

Листья винограда культурного (Vitis vinifera) богаты ресвератролом, антоцианидинами, кверцетином, изокверцетином, а также многими другими биоактивными соединениями, которые часто применяются в форме экстрактов в лечебных и оздоровительных целях.
Показано, что ультразвуковая экстракция обеспечивает высокий выход экстракта полного спектра из виноградных листьев, что делает процесс экстракции очень эффективным. Водный раствор этанола зарекомендовал себя как предпочтительный растворитель для экстрактов виноградной лозы, поскольку он обладает превосходной растворяющей способностью в отношении целевых молекул и не обладает токсичностью. Процесс экстракции с использованием ультразвука занимает всего несколько минут и может осуществляться как в периодическом, так и в непрерывном проточном режиме.
Например, ресвератрол, извлеченный из виноградных листьев с помощью ультразвука, можно очистить с использованием колонки с мезопористым углеродом, что повышает чистоту ресвератрола с 2,1 до 20,6%. (См. Sun et al., 2018)

Ультразвуковая экстракция стильбеноидов из виноградных стеблей

Протокол ультразвуковой экстракции Piñeiro et al. (2013) обеспечивает высокую степень извлечения стильбенов, таких как транс-ресвератрол, ε-виниферин, пицеатаннол и витизин B, которые преимущественно содержатся в виноградных побегах и стеблях.

Графическая аннотация исследования ультразвуковой экстракции стильбеноидов из виноградных стеблей.
(Исследование и изображение: Piñeiro et al., 2013)

С помощью ультразвукового аппарата UP200S (200W, 24kHz) основные стильбеноиды, содержащиеся в виноградных стеблях, можно извлечь за 15 min при температуре экстракции 75°C с использованием 80% этанола в качестве экстракционного растворителя, причем этап очистки органическим растворителем не требуется. Оптимизированный метод позволил просто и эффективно проанализировать содержание стильбеноидов в 22 образцах виноградных стеблей.

График основных эффектов для средней степени извлечения (площадь 10.000−1) при ультразвуковой экстракции с использованием UP200S при различных параметрах: пицеатаннол (a), транс-ресвератрол (b), ε-виниферин (c) и витизин-B (d).
(Исследование и графики: Piñeiro et al., 2013)

Хроматограмма HPLC-DAD, соответствующая эталонному экстракту, обогащенному стильбеноидами.
(Исследование и графики: Piñeiro et al., 2013)

Высокопроизводительные ультразвуковые процессоры для экстракции из винограда и виноградной лозы

Экстракторы Hielscher Ultrasonics хорошо зарекомендовали себя в области экстракции из растительного сырья независимо от используемого растительного материала или растворителя. Производители экстрактов – как небольшие производители эксклюзивных экстрактов, так и крупные производители массовой продукции – находят в широком ассортименте Hielscher идеальное оборудование для ультразвуковой экстракции, соответствующее их производственным требованиям. Установки как для периодических, так и для непрерывных поточных процессов имеются в наличии и могут быть отгружены в тот же день.

Высокоэффективная экстракция с ультразвуковыми аппаратами Hielscher

Ультразвуковые экстракторы Hielscher эффективно разрушают растительные клетки, увеличивают площадь поверхности растительного материала для проникновения растворителя, а также улучшают массоперенос, что приводит к быстрому и полному высвобождению фитохимических соединений (вторичных метаболитов). Разработанные с учетом удобства использования, экстракторы Hielscher быстро устанавливаются, а их эксплуатация может быть безопасной и интуитивно понятной.
 
В таблице ниже приведены ориентировочные значения производительности наших ультразвуковых аппаратов: