Ультразвуковая экстракция кверцетина

Кверцетин – один из наиболее широко изученных растительных полифенолов, который ценится за антиоксидантную активность и применение в пищевых добавках, функциональных продуктах питания и нутрицевтиках. Поскольку кверцетин и его гликозиды (например, рутин, изокверцетин) чувствительны к нагреванию и окислению, получение экстракта высокой чистоты требует эффективного, но щадящего, нетермического метода экстракции. Именно в этом ультразвуковая экстракция кверцетина проявляет свои преимущества.

Высокопроизводительное ультразвуковое оборудование для высококачественных экстрактов кверцетина

Экстракция с помощью ультразвука (UAE) использует мощный низкочастотный ультразвук для механического разрушения клеточных стенок растений и резкого усиления массопереноса, высвобождая кверцетин в растворитель за минуты вместо часов. По сравнению с мацерацией, экстракцией в аппарате Сокслета или тепловым настаиванием ультразвуковая экстракция обеспечивает более высокий выход, более короткое время обработки, меньший расход растворителей и лучшее сохранение биологической активности – что делает её привлекательным вариантом для лабораторий, опытных установок и промышленного производства растительных и полифенольных экстрактов.

Влияние обработки ультразвуком на клеточную структуру: разрушение клеточных стенок под действием ультразвука позволяет высвобождать кверцетин и рутин из Euonymus alatus.
Изображение и исследование: ©Yang and Zhang, 2008.

Почему кверцетину необходим щадящий метод экстракции

Кверцетин содержится во многих фруктах, овощах и травах – в том числе в яблоках, луке, ягодах, чае, винограде и листовой зелени. Как полифенол/флавонол он может разлагаться при длительном нагревании, в сильнощелочных условиях или при длительном контакте с растворителем, что снижает выход и ухудшает качество конечного экстракта. Поэтому щадящий, нетермический, кратковременный метод помогает сохранить как количество, так и функциональное качество (антиоксидантную способность) извлечённого кверцетина.

Как работает ультразвуковая экстракция кверцетина

Роль акустической кавитации
Ультразвук высокой интенсивности создаёт в жидкости микроскопические кавитационные пузырьки. Их имплозивное схлопывание вызывает локальные зоны высокой температуры, силы сдвига и микроструи, которые разрывают клеточные стенки растений и разрушают тканевые матрицы. Это открывает клеточные компартменты, в которых находится кверцетин, и ускоряет его диффузию в окружающий растворитель, благодаря чему активное соединение высвобождается быстрее и полнее.

Типичная последовательность процесса ультразвуковой экстракции кверцетина

1. Подготовка: измельчите, нарежьте или подвергните сублимационной сушке исходное растительное сырьё (например, листья, кожуру, семена), чтобы увеличить площадь поверхности.
2. Выбор растворителя: выберите экологичный растворитель пищевого качества, например воду, этанол или смесь воды и этанола.
3. Обработка ультразвуком: проводите экстракцию в периодическом режиме (с перемешиванием) или в непрерывном режиме в проточной ячейке в течение 5–30 минут.
4. Разделение: отфильтруйте или центрифугируйте экстракт и выделите жидкость, богатую кверцетином.
5. Концентрирование / очистка: при необходимости выполните сушку, осаждение или очистку.

Примечание: конкретные значения времени, амплитуды и соотношения растворителей зависят от вида растения и целевой матрицы – наши специалисты по процессам помогут оптимизировать параметры процесса для вашего сырья.

Пример исследования: экстракция кверцетина с помощью ультразвука

Sharifi и соавт. (2017) показали, что ультразвуковая экстракция является эффективным и практичным методом извлечения флавоноидов, таких как кверцетин, из лекарственных растений. Они использовали Hielscher UP400St (400W, см. фото слева) при настройке амплитуды 50%. Листья редиса (Raphanus Sativus) поместили в метанол и обрабатывали ультразвуком в течение 10 мин., что обеспечило выход кверцетина 11,8%. Превосходство экстракции с помощью ультразвука по сравнению с традиционными методами, такими как мацерация, экстракция в аппарате Сокслета и тепловое настаивание. Ультразвуковая экстракция отличается более высоким выходом, значительно меньшим временем экстракции и меньшим количеством растворителей. Применение ультразвуковых волн вызывает кавитацию, которая разрушает клеточные стенки растительного сырья и способствует массопереносу. Таким образом, ультразвуковая экстракция эффективнее традиционных методов и проявляет преимущества при извлечении кверцетина из органических матриц. Хотя ультразвуковая экстракция заняла всего 10 мин. – по сравнению с 24 ч для мацерации, 60 мин. для теплового настаивания и 24 ч для экстракции в аппарате Сокслета – количество кверцетина, извлечённого ультразвуком, было выше, чем при тепловом настаивании, мацерации и экстракции в аппарате Сокслета.

Ультразвуковая экстракция (UAE) обеспечивает значительно более высокий выход кверцетина за более короткое время экстракции по сравнению с традиционными методами экстракции.
источник: Sharifi at al., 2017

Оборудование для ультразвуковой экстракции

Hielscher Ultrasonics специализируется на производстве высокопроизводительных ультразвуковых процессоров для получения высококачественных экстрактов из растительного сырья.
Hielscher предлагает широкий ассортимент продукции: от небольших мощных лабораторных ультразвуковых аппаратов до надёжных настольных и полностью промышленных систем, которые создают ультразвук высокой интенсивности для эффективной экстракции и выделения биологически активных веществ (например, полифенолов, гингерола, пиперина, куркумина и др.). 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 для пользователя функциями. Сонотроды и проточные ячейки (детали, контактирующие со средой) можно автоклавировать, и они легко очищаются. Все наши ультразвуковые аппараты рассчитаны на работу 24/7, требуют минимального технического обслуживания и просты и безопасны в эксплуатации.
Цифровой цветной дисплей обеспечивает удобное управление ультразвуковым аппаратом, позволяя точно регулировать процесс. Наши системы способны обеспечивать амплитуды от низких до очень высоких. Для экстракции полифенолов, таких как кверцетин, мы предлагаем специальные ультразвуковые сонотроды (также известные как ультразвуковые зонды или рупоры), оптимизированные для щадящего выделения высококачественных активных веществ. Надёжность ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет работать 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Точный контроль параметров ультразвукового процесса обеспечивает воспроизводимость и стандартизацию процесса.