Ultrazvočna ekstrakcija polifenolov iz rastline baggibuti (Stachys parviflora)

Izvlečki rastline baggibuti (Stachys parviflora L.) so cenjeni kot rastlinsko zdravilo za zdravljenje krčev, artralgije, epilepsije, padavice in drakunkuloze. Ultrazvočni ekstraktorji se uspešno uporabljajo za izolacijo polifenolov in drugih fitokemikalij iz rastline Stachys parviflora.

Zakaj je ultrazvočna ekstrakcija boljša? – Načelo delovanja in prednosti ultrazvoka visoke moči

Kadar želimo iz rastlin izolirati bioaktivne spojine (tj. fitokemikalije, sekundarne metabolite), moramo razgraditi celične strukture rastlinskega materiala, da sprostimo ciljne spojine. Ultrazvočna ekstrakcija je zelo učinkovita metoda za izolacijo celotne količine fitokemikalij iz rastlin (npr. Stachys parviflora, zelišč itd.) v hitrem postopku ekstrakcije. Uporaba ultrazvoka visoke moči povzroča močne kavitacijske učinke, motnje / turbulenco in hitro pretakanje tekočine. Te ultrazvočne sile spodbujajo razgradnjo celic in mešanje na makro- in mikroravni. Poleg tega se bistveno izboljšajo prodiranje topila, raztapljanje bioaktivnih spojin in prenos snovi. Zato je ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka zelo učinkovita in zagotavlja boljše izkoristke ekstrakcije v kratkem času obdelave.

Koristi fitokemikalij iz rastline baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., splošno znana kot »Baggibuti«, je vrsta iz skupine Lamicae. Spojine rastline Stachys parviflora, kot so iridoidi, flavonoidi, fenolne kisline in diterpenoidi, so opisane kot sekundarni metaboliti in so znane po svojih lastnostih preprečevanja vnetja ledvic, protivnetnem delovanju, lovljenju radikalov in protimikrobnem delovanju.

Ultrazvočna ekstrakcija bioaktivnih spojin iz rastline baggibuti (Stachys parviflora)

Ultrazvočna ekstrakcija, znana tudi kot ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE), je znanstveno dokazana in industrijsko uveljavljena tehnologija za izolacijo bioaktivnih spojin, kot so polifenoli, flavonoidi, terpeni in številni drugi sekundarni metaboliti, iz rastlin.

Ekstrakcija iz rastline baggibuti (Stachys parviflora): načelo delovanja in protokol

Ultrazvočna ekstrakcija je blaga, netermična, vendar zelo učinkovita tehnika ekstrakcije, ki temelji izključno na mehanskih silah. Tako so občutljive rastlinske spojine zaščitene pred toplotno razgradnjo, izkoristki ekstrakcije z ultrazvokom pa so izjemno visoki, kakovost izvlečkov pa vrhunska.

Ultrazvok visoke moči za ekstrakcijo

Mehanizem intenzifikacije ekstrakcije z nizkofrekvenčnim ultrazvokom visoke intenzivnosti pripisujemo predvsem pojavu akustične kavitacije. Ko se kavitacijski mehurčki sesedejo na površini rastlinskega materiala, erozija in sonoporacija razgradita matriks rastlinskih celic (npr. rastline Stachys parviflora), kar povzroči uničenje celične strukture in sproščanje znotrajceličnih snovi, kot so polifenoli in druge fitokemikalije. Tako okrepljen prenos snovi olajša sproščanje molekul, kot so beljakovine, lipidi in fitokemikalije.
Ultrazvočno ustvarjene strižne sile izboljšajo prodiranje topila v celični matriks rastlinskega materiala oziroma prepustnost celičnih membran. Ti mehanizmi ultrazvoka visoke moči so odgovorni za znatno intenzifikacijo postopka, doseženo pri uporabi sonikacije za ekstrakcijo iz rastlin.

Posnetek površine rastline Stachys parviflora z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM), (a) neobdelan vzorec, (b) maceracija, (c) optimizirana ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) (UP200Ht, čas obdelave 4 min, 74,5% visoke intenzivnosti in 74,2 % čistost topila)
Študija in slika: ©Salarbashi et al., 2016

Protokol ultrazvočne ekstrakcije fenolnih spojin iz rastline baggibuti

Raziskovalna skupina Salarbashija je ekstrahirala polifenolne spojine iz listov rastline Stachys parviflora z ultrazvočnim ekstraktorjem UP200Ht (200W, 26kHz). Za primerjalno študijo ultrazvočne ekstrakcije in maceracije so posušene nadzemne dele rastline S. parviflora (nabrane v fazi cvetenja) zmleli v prah s povprečno velikostjo delcev manj kot 149µm. Ekstrakcijo iz rastlinskega materiala so izvedli pri temperaturi 35°C in naravnem pH, pri čemer so kot topilo uporabili metanol (60, 80 in 100 % (v v-1)) v časovnih intervalih 4, 7 in 10 min.
Za ultrazvočno ekstrakcijo so uporabili ultrazvočni procesor Hielscher s sondo UP200Ht (200W, 26kHz). Amplitudo ultrazvočnega ekstraktorja UP200Ht so nastavili na 100%. Intenzivnost ultrazvočne obdelave je pri 100% amplitudi znašala 21,8346 Wcm-2.
Rezultati analize ultrazvočno pridobljenega izvlečka so pokazali, da se je skupna vsebnost flavonoidov (TFC) v izvlečkih linearno povečevala z ultrazvočno obdelavo, medtem ko je imel čas ekstrakcije nasproten učinek na TFC. Najvišjo skupno vsebnost flavonoidov so dosegli pri trajanju sonikacije 4min. (t = 4 min).
Kot glavne fenolne spojine v ultrazvočno pridobljenem izvlečku so ugotovili kavno kislino, taninsko kislino, kvercetin, trans-ferulno kislino in rožmarinsko kislino.
Na posnetkih SEM je jasno razvidno, da sonikacija in z njo povzročena akustična kavitacija nedvomno igrata pomembno vlogo pri učinkoviti razgradnji celične stene in strukture rastlinskega materiala ter da ultrazvočno nihanje in kavitacijsko mikropretakanje povečata izkoristek ekstrakcije. S temi učinki, ki jih povzroča ultrazvok visoke moči, ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka okrepi proces nabrekanja in mehčanja celičnih sten s hidratacijo pektinskih snovi iz srednje lamele. Posledično se matriks rastlinskih celic razgradi, kar nato omogoči veliko hitrejše in učinkovitejše sproščanje bioaktivnih metabolitov kot pri drugih klasičnih metodah ekstrakcije. Posnetki SEM kažejo učinkovitost ultrazvočne ekstrakcije fenolnih spojin. Sonikacija kot blaga, netermična metoda ekstrakcije daje izvlečke z boljšim antioksidativnim in protimikrobnim delovanjem, ki presegajo izvlečke, pridobljene s konvencionalnimi tehnikami ekstrakcije.
(prim. Salarbashi et al., 2016)

HPLC-kromatogram izvlečka rastline Stachys parviflora, pridobljenega v optimiziranih pogojih ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka
Študija in slika: ©Salarbashi et al., 2016

Visokozmogljivi, najsodobnejši ultrazvočni procesorji za ekstrakcijo iz rastline Stachys parviflora

Pametne funkcije ultrazvočnih procesorjev Hielscher so zasnovane tako, da zagotavljajo zanesljivo delovanje, ponovljive rezultate in uporabniku prijazno uporabo. Do nastavitev delovanja lahko preprosto dostopate in jih izberete prek intuitivnega menija, ki je dostopen prek digitalnega barvnega zaslona na dotik in daljinskega upravljanja v brskalniku. Zato se vsi pogoji obdelave, kot so neto energija, skupna energija, amplituda, čas, tlak in temperatura, samodejno beležijo na vgrajeno kartico SD. To vam omogoča pregledovanje in primerjavo prejšnjih ciklov sonikacije ter optimizacijo ekstrakcije eteričnega olja iz rastline Stachys parviflora (baggibuti) za najvišjo učinkovitost.
Sistemi Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo za proizvodnjo visokokakovostnih rastlinskih izvlečkov. Industrijski ultrazvočni procesorji Hielscher lahko brez težav delujejo z visokimi amplitudami pri neprekinjenem delovanju (24/7/365). S standardnimi sonotrodami (ultrazvočnimi sondami / rogovi) je mogoče brez težav neprekinjeno ustvarjati amplitude do 200µm. Za še višje amplitude so na voljo ultrazvočne sonotrode po meri. Zaradi robustnosti in majhnih potreb po vzdrževanju se naši sistemi za ultrazvočno ekstrakcijo pogosto nameščajo za zahtevne načine uporabe in v zahtevnih okoljih.

Stopite v stik z nami še danes, če želite izvedeti več o ultrazvočni ekstrakciji iz rastlin, naših sistemih za ultrazvočno ekstrakcijo in cenah! Naše zelo izkušeno osebje se bo z veseljem z vami pogovorilo o vaši uporabi in zahtevah glede obdelave!

Spodnja tabela prikazuje okvirno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih procesorjev: