Ultrazvuková extrakcia kvercetínu

Kvercetín je jedným z najviac skúmaných rastlinných polyfenolov, ceněný pre svoju antioxidačnú aktivitu a úlohu v doplnkoch stravy, funkčných potravinách a nutraceutikách. Keďže kvercetín a jeho glykozidy (napr. rutín, izokvercetín) sú citlivé na teplo a oxidáciu, výroba extraktu s vysokou čistotou si vyžaduje účinnú, ale šetrnú, netepelnú extrakčnú techniku. Práve v tomto vyniká ultrazvuková extrakcia kvercetínu.

Vysokovýkonné ultrazvuky pre vysokokvalitné extrakty z kvercetínu

Extrakcia za pomoci ultrazvuku (UAE) využíva vysokovýkonný nízkofrekvenčný ultrazvuk na mechanické narušenie bunkových stien rastlín a výrazné zvýšenie prenosu hmoty, čím sa kvercetín uvoľňuje do rozpúšťadla v priebehu minút namiesto hodín. V porovnaní s maceráciou, metódy Soxhleta alebo tepelného rozkladu poskytuje ultrazvuková extrakcia vyššie výťažky, kratšie doby spracovania, menšie objemy rozpúšťadla a lepšie zachovanú bioaktivitu – čo z neho robí atraktívnu voľbu pre laboratóriá, pilotné zariadenia a priemyselnú výrobu rastlinných a polyfenolových extraktov.

Účinky ultrazvuku na bunkovú štruktúru: Ultrazvukom vyvolané narušenie bunkových stien umožňuje uvoľňovanie kvercetínu a rutínu z Euonymus alatus.
Obrázok a štúdia: ©Yang a Zhang, 2008.

Prečo kvercetín vyžaduje šetrnú metódu extrakcie

Kvercetín sa vyskytuje v mnohých druhoch ovocia, zeleniny a byliniek – vrátane jabĺk, cibule, bobuľového ovocia, čaju, hrozna a listovej zeleniny. Ako polyfenol/flavonol sa môže rozkladať pri dlhodobom pôsobení tepla, v silne alkalických podmienkach alebo pri dlhom kontakte s rozpúšťadlom, čo znižuje výťažok a zhoršuje kvalitu konečného extraktu. Mierna, netermická metóda s krátkou dobou pôsobenia preto pomáha zachovať nielen množstvo, ale aj funkčnú kvalitu (antioxidantnú kapacitu) extrahovaného kvercetínu.

Ako funguje ultrazvuková extrakcia kvercetínu

Úloha akustickej kavitácie Ultrazvuk s vysokou intenzitou vytvára v kvapaline mikroskopické kavitačné bubliny. Ich implozívny kolaps vytvára lokalizované horúce body, šmykové sily a mikroprúdy, ktoré narúšajú bunkové steny rastlín a rozbíjajú tkanivové matice. Tým sa otvárajú bunkové kompartmenty, v ktorých je uložený kvercetín, a urýchľuje sa jeho difúzia do okolitého rozpúšťadla, takže sa aktívna zlúčenina uvoľňuje rýchlejšie a úplnejšie.

Typický postup extrakcie kvercetínu pomocou ultrazvuku

1. Príprava: surovú rastlinnú surovinu (napr. listy, šupky, semená) rozomeliť, nakrájať alebo lyofilizovať s cieľom zvýšiť jej povrchovú plochu.
2. Výber rozpúšťadla: zvoľte zelené rozpúšťadlo vhodné pre styk s potravinami, napríklad vodu, etanol alebo zmes vody a etanolu.
3. Ultrazvukom: extrahovať v dávkovom režime (s miešaním) alebo v režime s priebežným prúdom v prietokovej komore po dobu 5–30 minút.
4. Odluka: extrakt prefiltrujte alebo odstreďte a získajte tekutinu bohatú na kvercetín.
5. Koncentrácia / čistenie: podľa potreby môžete sušiť, zrážať alebo čistiť.

Poznámka: Konkrétne časy, amplitúdy a pomery rozpúšťadiel závisia od druhu rastliny a cieľovej matice. – Naši odborníci na procesy vám pomôžu optimalizovať parametre procesu pre vašu surovinu.

Prípadová štúdia: Extrakcia kvercetínom pomocou ultrazvuku

Sharifi a kol. (2017) preukázali, že ultrazvuková extrakcia je účinná a praktická metóda na extrakciu flavonoidov, ako je kvercetín, z liečivých rastlín. Použili Hielscher UP400St (400 W, pozri obrázok vľavo) pri nastavení amplitúdy na 50 %. Listy reďkovky (Raphanus sativus) sa vložili do metanolu a 10 minút sa ošetrili ultrazvukom, čo viedlo k výťažku kvercetínu vo výške 11,8 %.Výhody extrakcie za pomoci ultrazvuku v porovnaní s konvenčnými technikami, ako je macerácia, Soxhletova extrakcia a termické štiepenie. Ultrazvuková extrakcia vyniká vyššími výťažkami, výrazne kratšími časmi extrakcie a nižším množstvom rozpúšťadiel. Použitie ultrazvukových vĺn vyvoláva kavitáciu, ktorá narúša bunkové steny rastlinného materiálu a podporuje prenos hmoty. Ultrazvuková extrakcia je teda účinnejšia ako tradičné metódy a vyniká pri extrakcii kvercetínu z organických matríc. Hoci ultrazvuková extrakcia trvala len 10 minút. – v porovnaní s časmi extrakcie 24 hodín pre maceráciu, 60 minút pre tepelný rozklad a 24 hodín pre Soxhletovu extrakciu – množstvo ultrazvukom extrahovaného kvercetínu bolo vyššie ako pri trávení, macerácii a Soxhletovej extrakcii.

Ultrazvuková extrakcia (SAE) poskytuje výrazne vyššie výťažky kvercetínu pri kratších časoch extrakcie v porovnaní s konvenčnými extrakčnými metódami.
zdroj: Sharifi a kol., 2017

ultrazvukové extrakčné zariadenie

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na výrobu vysokovýkonných ultrazvukových procesorov na výrobu vysokokvalitných extraktov z rastlín.
Spoločnosť Hielscher ponúka široké portfólio produktov, ktoré siaha od malých, výkonných laboratórnych ultrazvukov až po robustné stolové a plne priemyselné systémy, ktoré poskytujú ultrazvuk s vysokou intenzitou na účinnú extrakciu a izoláciu bioaktívnych látok (napr. polyfenolov, gingerol, Piperín, Kurkumín atď.). Všetky ultrazvukové zariadenia s výkonom od 200 W do 16 000 W sú vybavené farebným displejom pre digitálne ovládanie, integrovanou SD kartou pre automatické zaznamenávanie údajov, diaľkovým ovládaním prehliadača a mnohými ďalšími užívateľsky prívetivými funkciami. Sonotródy a prietokové bunky (časti, ktoré sú v kontakte s médiom) sa dajú autoklávovať a ľahko sa čistia. Všetky naše ultrazvukové prístroje sú skonštruované pre prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni, vyžadujú nízku údržbu a ich obsluha je jednoduchá a bezpečná.
Digitálny farebný displej umožňuje užívateľsky prívetivé ovládanie ultrazvuku, vďaka čomu je proces presne nastaviteľný. Naše systémy sú schopné dodávať od nízkych až po veľmi vysoké amplitúdy. Na extrakciu polyfenolov, ako je kvercetín, ponúkame špeciálne ultrazvukové sonotródy (známe aj ako ultrazvukové sondy alebo rohy), ktoré sú optimalizované na rozumnú izoláciu vysokokvalitných účinných látok. Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Presná kontrola parametrov ultrazvukového procesu zaisťuje reprodukovateľnosť a štandardizáciu procesu.