Ultrazvuková extrakcia kvercetínu

Kvercetín patrí medzi najviac skúmané rastlinné polyfenoly, cenené pre svoju antioxidačnú aktivitu a úlohu vo výživových doplnkoch, 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.

Vysokovýkonná ultrazvuková technológia pre vysokokvalitné extrakty kvercetínu

Ultrazvukom asistovaná extrakcia (UAE) využíva vysokovýkonný nízkofrekvenčný ultrazvuk na mechanické narušenie rastlinných bunkových stien a výrazné zvýšenie prenosu hmoty, čím sa kvercetín uvoľňuje do rozpúšťadla v priebehu minút namiesto hodín. V porovnaní s maceráciou, Soxhletovou extrakciou alebo tepelnou digesciou poskytuje ultrazvuková extrakcia vyššie výťažky, kratšie časy spracovania, menšie objemy rozpúšťadiel a lepšie zachovanú bioaktivitu – vďaka čomu je atraktívnou možnosťou pre laboratóriá, poloprevádzkové zariadenia a priemyselnú výrobu rastlinných a polyfenolových extraktov.

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

Prečo si kvercetín vyžaduje šetrnú extrakčnú metódu

Kvercetín sa vyskytuje v mnohých druhoch ovocia, zeleniny a bylín – vrátane jabĺk, cibule, bobuľového ovocia, čaju, hrozna a listovej zeleniny. Ako polyfenol/flavonol sa môže rozkladať pri dlhodobom pôsobení tepla, v silne zásaditých podmienkach alebo pri dlhom kontakte s rozpúšťadlom, čo znižuje výťažok a zhoršuje kvalitu konečného extraktu. Šetrná, netepelná metóda s krátkym trvaním preto pomáha zachovať množstvo aj funkčnú kvalitu (antioxidačnú 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 lokálne horúce miesta, šmykové sily a mikroprúdy, ktoré rozrušujú rastlinné bunkové steny a rozbíjajú tkanivové matrice. Tým sa otvárajú bunkové kompartmenty, v ktorých je uložený kvercetín, a urýchľuje sa jeho difúzia do okolitého rozpúšťadla, takže sa účinná látka uvoľňuje rýchlejšie a úplnejšie.

Typický postup ultrazvukovej extrakcie kvercetínu

1. Príprava: pomeľte, nakrájajte alebo lyofilizujte surový rastlinný materiál (napr. listy, šupky, semená), aby sa zväčšila jeho povrchová plocha.
2. Výber rozpúšťadla: vyberte ekologické rozpúšťadlo potravinárskej kvality, ako je voda, etanol alebo zmes vody a etanolu.
3. Sonikácia: extrahujte vo vsádzkovom režime (s miešaním) alebo v kontinuálnom režime s prietokovou celou počas 5–30 minút.
4. Separácia: extrakt prefiltrujte alebo odstreďte a získajte kvapalinu bohatú na kvercetín.
5. Koncentrácia / čistenie: podľa potreby môžete sušiť, zrážať alebo čistiť.

Poznámka: konkrétne časy, amplitúdy a pomery rozpúšťadiel závisia od rastlinného druhu a cieľovej matrice – naši odborníci na procesy vám môžu pomôcť optimalizovať procesné parametre pre vašu surovinu.

Prípadová štúdia: Ultrazvukom asistovaná extrakcia kvercetínu

Sharifi et al. (2017) preukázali, že ultrazvuková extrakcia je účinná a praktická metóda na extrakciu flavonoidov, ako je kvercetín, z liečivých rastlín. Použili zariadenie Hielscher UP400St (400W, pozri obrázok vľavo) pri nastavení amplitúdy na 50%. Listy reďkovky (Raphanus Sativus) sa vložili do metanolu a sonikovali počas 10 min., čo viedlo k výťažku kvercetínu s výťažnosťou 11,8%. Prevaha ultrazvukom asistovanej extrakcie v porovnaní s konvenčnými technikami, ako sú macerácia, Soxhletova extrakcia a tepelná digescia. Ultrazvuková extrakcia vyniká vyššími výťažkami, výrazne kratším časom extrakcie a menším množstvom rozpúšťadiel. Pôsobenie ultrazvukových vĺn vytvára kavitáciu, ktorá narúša bunkové steny rastlinného materiálu a podporuje prenos hmoty. Ultrazvuková extrakcia je preto účinnejšia než tradičné metódy a vyniká pri extrakcii kvercetínu z organických matríc. Hoci ultrazvuková extrakcia trvala iba 10 min. – v porovnaní s časom extrakcie 24 hodín pri macerácii, 60 min. pri tepelnej digescii a 24 hodín pri Soxhletovej extrakcii – množstvo ultrazvukom extrahovaného kvercetínu bolo vyššie než pri digescii, macerácii a Soxhletovej extrakcii.

Ultrazvuková extrakcia (UAE) poskytuje výrazne vyššie výťažky kvercetínu za kratší čas extrakcie v porovnaní s konvenčnými extrakčnými metódami.
zdroj: Sharifi at al., 2017

Zariadenia na ultrazvukovú extrakciu

Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na výrobu vysokovýkonných ultrazvukových procesorov na výrobu vysokokvalitných extraktov z rastlinných surovín.
Hielscher ponúka široké portfólio produktov od malých, výkonných laboratórnych ultrazvukových zariadení až po robustné stolové a plne priemyselné systémy, ktoré poskytujú ultrazvuk s vysokou intenzitou na účinnú extrakciu a izoláciu bioaktívnych látok (napr. polyfenolov, gingerolu, piperínu, kurkumínu atď.). Všetky ultrazvukové zariadenia s výkonom od 200 wattov do 16 000 wattov sú vybavené farebným displejom na digitálne ovládanie, integrovanou SD kartou na automatický záznam údajov, diaľkovým ovládaním cez prehliadač a mnohými ďalšími používateľsky prívetivými funkciami. Sonotródy a prietokové cely (časti, ktoré prichádzajú do kontaktu s médiom) možno sterilizovať v autokláve a ľahko sa čistia. Všetky naše ultrazvukové zariadenia sú skonštruované na prevádzku 24/7, vyžadujú si len malú údržbu a ich obsluha je jednoduchá a bezpečná.
Digitálny farebný displej umožňuje používateľsky prívetivé ovládanie ultrazvukového zariadenia, vďaka čomu možno proces presne nastaviť. Naše systémy dokážu poskytovať amplitúdy od nízkych až po veľmi vysoké. Na extrakciu polyfenolov, ako je kvercetín, ponúkame špeciálne ultrazvukové sonotródy (známe aj ako ultrazvukové sondy alebo rohy), ktoré sú optimalizované na šetrnú izoláciu vysokokvalitných účinných látok. Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Presná regulácia parametrov ultrazvukového procesu zabezpečuje reprodukovateľnosť a štandardizáciu procesu.