Ультразвуковая экстракция полифенолов из баггибути (Stachys parviflora)

Экстракты растения баггибути (Stachys parviflora L.) ценятся как растительное лекарственное средство, применяемое для лечения судорог, артралгии, эпилепсии, падучей болезни и дракункулёза. Ультразвуковые экстракторы успешно применяются для выделения полифенолов и других фитохимических веществ из Stachys parviflora.

Что обеспечивает превосходство ультразвуковой экстракции? – Принцип действия и преимущества мощного ультразвука

Когда из растительного сырья необходимо выделить биоактивные соединения (т. е. фитохимические вещества, вторичные метаболиты), клеточные структуры растительного материала необходимо разрушить, чтобы высвободить целевые соединения. Ультразвуковая экстракция – высокоэффективный метод выделения всего количества фитохимических веществ из растительного сырья (например, Stachys parviflora, трав и т. д.) в ходе быстрого процесса экстракции. Применение ультразвука высокой мощности вызывает сильные кавитационные эффекты, возмущения / турбулентность и высокоскоростные потоки жидкости. Эти ультразвуковые силы способствуют разрушению клеток и перемешиванию на макро- и микроуровнях. Кроме того, значительно улучшаются проникновение растворителя, растворение биоактивных соединений и массоперенос. Это делает экстракцию с применением ультразвука высокоэффективной, обеспечивая превосходный выход экстракта за короткое время процесса.

Полезные свойства фитохимических веществ из баггибути (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., широко известный как «баггибути», – вид, относящийся к Lamicae. Такие соединения Stachys parviflora, как иридоиды, флавоноиды, фенольные кислоты и дитерпеноиды, описываются как вторичные метаболиты и известны своими противонефритными, противовоспалительными, радикал-поглощающими и антимикробными свойствами.

Ультразвуковая экстракция биоактивных соединений из баггибути (Stachys parviflora)

Ультразвуковая экстракция, также известная как экстракция с применением ультразвука (UAE), – научно подтверждённая и внедрённая в промышленность технология выделения из растительного сырья биоактивных соединений, таких как полифенолы, флавоноиды, терпены и многие другие вторичные метаболиты.

Экстракция баггибути (Stachys parviflora): принцип действия и протокол

Ультразвуковая экстракция – щадящий, нетермический, но при этом высокоэффективный метод экстракции, основанный исключительно на механических силах. Благодаря этому чувствительные растительные соединения защищены от термического разложения, а выход экстрактов, получаемых обработкой ультразвуком, исключительно высок, и их качество превосходно.

Ультразвук высокой мощности для экстракции

Механизм интенсификации экстракции низкочастотным ультразвуком высокой интенсивности главным образом обусловлен явлением акустической кавитации. Когда кавитационные пузырьки схлопываются на поверхности растительного материала, эрозия и сонопорация разрушают матрикс растительных клеток (например, Stachys parviflora), что приводит к разрушению клеточной структуры и высвобождению внутриклеточных веществ, таких как полифенолы и другие фитохимические вещества. Усиленный таким образом массоперенос облегчает высвобождение молекул, таких как белки, липиды и фитохимические вещества.
Создаваемые ультразвуком силы сдвига улучшают проникновение растворителя в клеточный матрикс растительного материала и повышают проницаемость клеточных мембран соответственно. Эти механизмы действия мощного ультразвука обеспечивают значительную интенсификацию процесса при применении обработки ультразвуком для экстракции растительного сырья.

СЭМ-изображение поверхности Stachys parviflora: (a) необработанный образец, (b) мацерация, (c) оптимизированная экстракция с применением ультразвука (UAE) (UP200Ht, время обработки 4 min, высокая интенсивность 74,5% и чистота растворителя 74,2 %)
Исследование и изображение: ©Salarbashi et al., 2016

Протокол ультразвуковой экстракции фенольных соединений из баггибути

Исследовательская группа Salarbashi экстрагировала полифенольные соединения из листьев Stachys parviflora с помощью ультразвукового экстрактора UP200Ht (200W, 26kHz). Для сравнительного исследования ультразвуковой экстракции и мацерации высушенные надземные части S. parviflora (собранные в период цветения) измельчали в порошок со средним размером частиц менее 149µm. Экстракцию растительного сырья проводили при температуре 35°C и естественном pH, используя метанол (60, 80 и 100 % (v v-1)) в качестве растворителя, в течение 4, 7 и 10 min.
Для ультразвуковой экстракции использовали ультразвуковой аппарат Hielscher зондового типа UP200Ht (200W, 26kHz). Амплитуду ультразвукового экстрактора UP200Ht устанавливали на 100%. Интенсивность обработки ультразвуком составляла 21,8346 Wcm-2 при амплитуде 100%.
Результаты анализа полученного с помощью ультразвука экстракта показали, что общее содержание флавоноидов (TFC) в экстрактах линейно увеличивалось при обработке ультразвуком, тогда как время экстракции оказывало противоположное влияние на TFC. Наивысшее общее содержание флавоноидов было получено при продолжительности обработки ультразвуком 4min. (t = 4 min).
В качестве основных фенольных соединений в экстракте, полученном с помощью ультразвука, были обнаружены кофейная кислота, таниновая кислота, кверцетин, транс-феруловая кислота и розмариновая кислота.
На СЭМ-изображениях отчётливо видно, что обработка ультразвуком и возникающая в результате акустическая кавитация определённо играют важную роль в эффективном разрушении клеточной стенки и структуры растительного материала, а ультразвуковые колебания и кавитационные микропотоки повышают выход экстракта. Благодаря этим эффектам, вызываемым мощным ультразвуком, экстракция с применением ультразвука усиливает набухание и размягчение клеточных стенок за счёт гидратации пектинового материала срединной пластинки. В результате матрикс растительных клеток разрушается, что впоследствии приводит к гораздо более быстрому и эффективному высвобождению биоактивных метаболитов, чем при других классических методах экстракции. СЭМ-изображения демонстрируют эффективность ультразвуковой экстракции фенольных соединений. Будучи щадящим нетермическим методом экстракции, обработка ультразвуком обеспечивает превосходную антиоксидантную и антимикробную активность, превышающую активность экстрактов, полученных традиционными методами экстракции.
(см. Salarbashi et al., 2016)

ВЭЖХ-хроматограмма экстракта Stachys parviflora, выделенного в оптимизированных условиях экстракции с применением ультразвука
Исследование и изображение: ©Salarbashi et al., 2016

Высокопроизводительные современные ультразвуковые аппараты для экстракции Stachys parviflora

Интеллектуальные функции ультразвуковых аппаратов Hielscher разработаны для гарантированного обеспечения надёжной работы, воспроизводимых результатов и удобства использования. Рабочие настройки легко просматривать и задавать через интуитивно понятное меню, доступное на цифровом цветном сенсорном дисплее и при дистанционном управлении через браузер. Таким образом, все условия обработки, такие как чистая энергия, общая энергия, амплитуда, время, давление и температура, автоматически записываются на встроенную SD-карту. Это позволяет просматривать и сравнивать предыдущие циклы обработки ультразвуком и оптимизировать экстракцию эфирных масел из Stachys parviflora (баггибути) для достижения наивысшей эффективности.
Системы Hielscher Ultrasonics используются во всём мире для производства высококачественных растительных экстрактов. Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher могут легко работать с высокими амплитудами в непрерывном режиме (24/7/365). Амплитуды до 200µm можно легко непрерывно создавать с помощью стандартных сонотродов (ультразвуковых зондов / рупоров). Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Благодаря прочности и низкой потребности в техническом обслуживании наши системы ультразвуковой экстракции часто устанавливаются для работы при высоких нагрузках и в сложных условиях.

Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше об ультразвуковой экстракции растительного сырья, наших системах ультразвуковой экстракции и ценах! Наши опытные сотрудники будут рады обсудить с вами вашу задачу и требования к обработке!

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов: