Ультразвуковая экстракция кверцетина

Кверцетин — один из наиболее широко изученных растительных полифенолов, ценимый за свою антиоксидантную активность и роль в пищевых добавках, функциональных продуктах питания и нутрицевтиках. Поскольку кверцетин и его гликозиды (например, рутин, изокверцетин) чувствительны к нагреванию и окислению, для получения экстракта высокой чистоты требуется эффективная, но щадящая, нетермическая технология экстракции. Именно в этом заключается преимущество ультразвуковой экстракции кверцетина.

Высокоэффективный ультразвук для получения высококачественных экстрактов кверцетина

При ультразвуковой экстракции (UAE) используется мощный низкочастотный ультразвук, который механически разрушает клеточные стенки растений и значительно усиливает массообмен, обеспечивая выделение кверцетина в растворитель за считанные минуты вместо нескольких часов. По сравнению с мацерацией, методу Сокслета или термическому разложению ультразвуковая экстракция обеспечивает более высокий выход, сокращает время обработки, снижает объём растворителя и позволяет лучше сохранить биологическую активность – что делает его привлекательным вариантом для лабораторий, опытно-промышленных установок и производства экстрактов растительного происхождения и полифенолов в промышленных масштабах.

Влияние ультразвука на клеточную структуру: Индуцированное ультразвуком разрушение клеточных стенок позволяет высвобождать кверцетин и рутин из бересклета алатуса.
Рисунок и этюд: ©Ян и Чжан, 2008.

Почему для кверцетина требуется щадящий метод экстракции

Кверцетин содержится во многих фруктах, овощах и травах – в том числе яблоки, лук, ягоды, чай, виноград и листовые овощи. Как полифенол/флавонол, он может разлагаться под воздействием длительного нагрева, в сильнощелочных условиях или при длительном контакте с растворителем, что снижает выход и ухудшает качество конечного экстракта. Поэтому щадящий, нетермический метод с короткой продолжительностью обработки помогает сохранить как количество, так и функциональные свойства (антиоксидантную активность) извлечённого кверцетина.

Как работает ультразвуковая экстракция кверцетина

Роль акустической кавитации. Высокоинтенсивный ультразвук вызывает образование микроскопических кавитационных пузырьков в жидкости. Их имплозивное разрушение приводит к образованию локальных очагов высокой температуры, сдвиговых сил и микроструй, которые разрушают клеточные стенки растений и разбивают тканевые матрицы. Это открывает клеточные компартменты, в которых хранится кверцетин, и ускоряет его диффузию в окружающий растворитель, благодаря чему активное вещество высвобождается быстрее и полнее.

Типичная технологическая схема ультразвуковой экстракции кверцетина

1. Подготовка: измельчить, нарезать или подвергнуть лиофилизации исходный растительный материал (например, листья, кожуру, семена) для увеличения площади поверхности.
2. Выбор растворителя: выберите экологически безопасный растворитель пищевого назначения, например воду, этанол или смесь воды и этанола.
3. Ультразвуковая обработка: проводить экстракцию в периодическом режиме (с перемешиванием) или в режиме непрерывной промывки в проточной ячейке в течение 5–30 минут.
4. Разделение: профильтровать или отцентрифугировать экстракт и извлечь жидкость, богатую кверцетином.
5. Концентрирование / очистка: при необходимости можно высушить, осадить или очистить.

Примечание: конкретные временные параметры, амплитуды и соотношения растворителей зависят от вида растения и целевой матрицы – Наши специалисты по технологическим процессам помогут вам оптимизировать технологические параметры с учётом особенностей вашего сырья.

Тематическое исследование: Ультразвуковая экстракция кверцетина

Шарифи и др. (2017) показали, что ультразвуковая экстракция является эффективным и практичным методом извлечения флавоноидов, таких как кверцетин, из лекарственных растений. Они использовали устройство Hielscher UP400St (400 Вт, см. фото слева) при амплитуде 50 %. Листья редьки (Raphanus sativus) помещали в метанол и подвергали ультразвуковой обработке в течение 10 мин., в результате чего выход кверцетина составил 11,8 %.Превосходство ультразвуковой экстракции по сравнению с традиционными методами, такими как мацерация, экстракция по Сокслету и термическое разложение. Ультразвуковая экстракция отличается более высоким выходом, значительно более коротким временем экстракции и меньшим количеством растворителей. Применение ультразвуковых волн вызывает кавитацию, которая разрушает клеточные стенки растительного сырья и способствует массообмену. Таким образом, ультразвуковая экстракция более эффективна, чем традиционные методы, и демонстрирует превосходные результаты при извлечении кверцетина из органических матриц. При этом ультразвуковая экстракция заняла всего 10 мин. – по сравнению со временем экстракции 24 часа для мацерации, 60 минут для термического сбраживания и 24 часа для экстракции по методу Сокслета – количество кверцетина, экстрагированного ультразвуком, было выше, чем при расщеплении, мацерации и экстракции по методу Сокслета.

Ультразвуковая экстракция (УЗИА) дает значительно более высокий выход кверцетина при более коротком времени экстракции по сравнению с традиционными методами экстракции.
источник: Шарифи и др., 2017 г.

Ультразвуковое экстракционное оборудование

Hielscher Ultrasonics специализируется на производстве высокопроизводительных ультразвуковых процессоров для производства высококачественных экстрактов из растительных компонентов.
Hielscher предлагает широкий ассортимент продукции, который варьируется от небольших, мощных лабораторных ультразвуковых аппаратов до надежных настольных и полностью промышленных систем, которые обеспечивают ультразвук высокой интенсивности для эффективной экстракции и выделения биологически активных веществ (например, полифенолов, гингерол, Пиперин, Куркумин и т.д.). Все ультразвуковые устройства мощностью от 200 Вт до 16 000 Вт оснащены цветным дисплеем для цифрового управления, встроенной SD-картой для автоматической записи данных, дистанционным управлением через браузер и многими другими удобными функциями. Сонотроды и проточные ячейки (части, которые контактируют со средой) могут быть автоклавированы и легко чистятся. Все наши ультразвуковые аппараты рассчитаны на работу в режиме 24/7, не требуют особого обслуживания, просты и безопасны в эксплуатации.
Цифровой цветной дисплей обеспечивает удобное управление ультразвуковым аппаратом, что делает процесс точной регулировкой. Наши системы способны работать как с низкими, так и с очень высокими амплитудами. Для экстракции полифенолов, таких как кверцетин, мы предлагаем специальные ультразвуковые сонотроды (также известные как ультразвуковые зонды или рупоры), которые оптимизированы для чувствительного выделения высококачественных активных веществ. Надежность ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.
Точный контроль параметров ультразвукового процесса обеспечивает воспроизводимость и стандартизацию процесса.