Ultrazvočna ekstrakcija kvercetina

Kvercetin je eden najbolj raziskanih rastlinskih polifenolov, cenjen zaradi svojega antioksidativnega delovanja in vloge v prehranskih dopolnilih, funkcionalnih živilih in nutraceutikih. Ker so kvercetin in njegovi glikozidi (npr. rutin, izokvercetin) občutljivi na toploto in oksidacijo, je za pridobivanje izvlečka visoke čistosti potrebna učinkovita, a hkrati nežna, netermična tehnika ekstrakcije. Prav na tem področju se izkaže ultrazvočna ekstrakcija kvercetina.

Visoko zmogljiva ultrazvok za visokokakovostne izvlečke kvercetina

Ekstrakcija z ultrazvokom (UAE) uporablja visokozmogljiv nizkofrekvenčni ultrazvok za mehansko razgradnjo celičnih sten rastlin in znatno povečanje prenosa mase, pri čemer se kvercetin sprosti v topilo v nekaj minutah namesto v urah. V primerjavi z maceracijo, metodo Soxhlet ali toplotno razgradnjo, ultrazvočna ekstrakcija zagotavlja višje donose, krajše čase obdelave, manjše količine topila in bolje ohranjeno biološko aktivnost – kar ga naredi privlačno možnost za laboratorije, pilotne obrate in proizvodnjo rastlinskih in polifenolnih izvlečkov v industrijskem obsegu.

Ultrazvočni homogenizator UP400St za mešano šaržno ekstrakcijo rastlin

V nekaj minutah dosežite višje donose kvercetina – Ne ure!
Ste pripravljeni preiti z maceracije in metode Soxhlet na hitro, nežno in netermalno ekstrakcijo? Obrnite se na nas še danes – Pomagali vam bomo izbrati ustrezen ultrazvočni sistem za vaš rastlinski material.

Prednosti ultrazvočne ekstrakcije

Vrhunski donosi
Hitra ekstrakcija – v nekaj minutah
Visokokakovostni izvlečki – Blaga, netoplotna
Zelena topila (voda, etanol, metanol itd.)
Enostavno in varno upravljanje
Nizki investicijski in operativni stroški
24/7 delovanje v težkih tovornih vozilih
Zelena, okolju prijazna metoda

Ultrasonication moti celično strukturo rastlin in s tem olajša ekstrakcijo bioaktivnih spojin, kot sta kvercetin in rutin.

Učinki ultrazvoka na celično strukturo: Ultrazvočno povzročena motnja celičnih sten omogoča sproščanje kvercetina in rutina iz Euonymus alatus.
Slika in študija: ©Yang in Zhang, 2008.

Zakaj je za kvercetin potrebna nežna metoda ekstrakcije

Kvercetin je prisoten v številnih vrstah sadja, zelenjave in zelišč – vključno z jabolki, čebulo, jagodami, čajem, grozdjem in listnato zelenjavo. Kot polifenol/flavonol se lahko razgradi ob daljši izpostavljenosti toploti, v močno alkalnih pogojih ali ob dolgotrajnem stiku s topili, kar zmanjša izkoristek in ogroža kakovost končnega ekstrakta. Zato blaga, netermična metoda kratkega trajanja pomaga ohraniti tako količino kot funkcionalno kakovost (antioksidativno sposobnost) ekstrahiranega kvercetina.

Kako deluje ultrazvočna ekstrakcija kvercetina

Vloga akustične kavitacije Visokointenzivni ultrazvok v tekočini ustvarja mikroskopske kavitacijske mehurčke. Njihov implozivni kolaps ustvarja lokalizirana vroča žarišča, strižne sile in mikro curke, ki pretrgajo celične stene rastlin in razbijejo tkivne matrice. To odpre celične kompartmente, v katerih je shranjen kvercetin, in pospeši njegovo difuzijo v okoliško topilo, tako da se aktivna sestavina sprošča hitreje in popolneje.

Tipičen potek postopka ultrazvočne ekstrakcije kvercetina

Pripravka: surovo rastlinsko gradivo (npr. liste, lupine, semena) zmeljite, narežite ali liofilizirajte, da povečate površino.
Izbira topila: izberite zeleno topilo, primerno za živila, kot so voda, etanol ali mešanica vode in etanola.
Sonikacija: izvleček v serijskem načinu (z mešanjem) ali v načinu s kontinuirano pretočno celico v času 5–30 minut.
Ločitev: izvleček prefiltrirajte ali centrifugirajte ter pridobite tekočino, bogato s kvercetinom.
Koncentracija / čiščenje: po potrebi posušite, izločite ali prečistite.

Opomba: natančni časi, amplituda in razmerja topil so odvisni od rastlinske vrste in ciljne matrice – Naši strokovnjaki za procese vam lahko pomagajo pri optimizaciji procesnih parametrov za vašo surovino.

Študija primera: Ultrazvočno podprta ekstrakcija kvercetina

Sharifi in sod. (2017) so pokazali, da je ultrazvočna ekstrakcija učinkovita in praktična metoda za pridobivanje flavonoidov, kot je kvercetin, iz zdravilnih rastlin. Uporabili so Hielscher UP400St (400 W, glej sliko levo) pri nastavitvi amplitude 50 %. Liste redkve (Raphanus sativus) smo potopili v metanol in jih 10 minut obdelovali z ultrazvokom, kar je prineslo izkoristek kvercetina v višini 11,8 %.Premoč ultrazvočno podprte ekstrakcije v primerjavi s konvencionalnimi tehnikami, kot so maceracija, Soxhletova ekstrakcija in termična predelava. Ultrazvočna ekstrakcija se odlikuje z višjimi donosi, znatno krajšimi časi ekstrakcije in manjšimi količinami topil. Uporaba ultrazvočnih valov povzroča kavitacijo, ki razgradi celične stene rastlinskega materiala in spodbuja prenos mase. Zato je ultrazvočna ekstrakcija učinkovitejša od tradicionalnih metod in izstopa pri ekstrakciji kvercetina iz organskih matric. Čeprav je ultrazvočna ekstrakcija trajala le 10 min. – v primerjavi s časom ekstrakcije 24 ur za maceracijo, 60 minut za toplotno razgradnjo in 24 ur za Soxhletovo ekstrakcijo – količina ultrazvočno ekstrahirane kvercetina je bila višja kot pri prebavi, maceraciji in Soxhletovi ekstrakciji.

Ultrazvočna ekstrakcija kvercetina iz listov redkev presega tradicionalne tehnike ekstrakcije. Kliknite za povečavo!

Ultrazvočna ekstrakcija (ZAE) daje bistveno višje donose kvercetina v krajših časih ekstrakcije v primerjavi s konvencionalnimi metodami ekstrakcije.
vir: Sharifi in sod., 2017

V tej predstavitvi vam predstavljamo proizvodnjo botaničnih izvlečkov. Razložimo izzive pri proizvodnji visokokakovostnih rastlinskih izvlečkov in kako vam lahko sonicator pomaga premagati te izzive. Ta predstavitev vam bo pokazala, kako deluje ultrazvočna ekstrakcija. Izvedeli boste, kakšne koristi lahko pričakujete z uporabo sonikatorja za ekstrakcijo in kako lahko v proizvodnjo ekstrakta vnesete ultrazvočni ekstraktor.

Ultrazvočna ekstrakcijska oprema

Hielscher Ultrasonics je specializiran za proizvodnjo visoko zmogljivih ultrazvočnih procesorjev za proizvodnjo visokokakovostnih izvlečkov iz rastlin.
Hielscher ponuja širok portfelj izdelkov, ki sega od majhnih, zmogljivih laboratorijskih ultrazvočnih aparatov do robustnih namiznih in popolnoma industrijskih sistemov, ki zagotavljajo ultrazvok visoke intenzivnosti za učinkovito ekstrakcijo in izolacijo bioaktivnih snovi (npr. polifenolov, Gingerol, Piperine, Kurkumin itd.). Vse ultrazvočne naprave od 200 vatov do 16.000 vatov imajo barvni zaslon za digitalni nadzor, integrirano kartico SD za samodejno snemanje podatkov, daljinski upravljalnik brskalnika in številne druge uporabniku prijazne funkcije. Sonotrode in pretočne celice (deli, ki so v stiku z medijem) se lahko avtoklavirajo in se enostavno čistijo. Vsi naši ultrazvočni aparati so izdelani za delovanje 24/7, zahtevajo malo vzdrževanja in so enostavni in varni za uporabo.
Digitalni barvni zaslon omogoča uporabniku prijazen nadzor ultrazvočnega aparata, zaradi česar je postopek natančno nastavljiv. Naši sistemi so sposobni zagotavljati od nizkih do zelo visokih amplitud. Za ekstrakcijo polifenolov, kot je kvercetin, ponujamo posebne ultrazvočne sonotrode (znane tudi kot ultrazvočne sonde ali rogovi), ki so optimizirane za smiselno izolacijo visokokakovostnih aktivnih snovi. Robustnost Hielscher sonicatorjev omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Natančna kontrola ultrazvočnih procesnih parametrov zagotavlja ponovljivost in standardizacijo procesa.

Sorodne teme

Pogosta vprašanja o ultrazvočni ekstrakciji kvercetina

Kaj je kvercetin?

Kvercetin, rastlinski flavonol (ki je podskupina flavonoidne skupine polifenolov) najdemo v številnih sadežih, zelenjavi, listih. Naravni viri kvercetina so jabolka, paprika, rdeče vino, temne češnje in jagodičje (borovnice, borovnice, robide in drugo), paradižnik, križnica, kot so brokoli, zelje in kalčki; listnata zelena zelenjava, auch kot špinača, ohrovt; agrumi, kakav, brusnice, cela zrna, kot so ajda, šparglji, kapre, rdeča čebula, oljčno olje, črni in zeleni čaj, fižol in stročnice; zelišča, kot so žajbelj, ameriški bezeg, šentjanževka in ginko biloba.

Katera topila se uporabljajo za ultrazvočno ekstrakcijo kvercetina?

Pogosto se uporabljajo zelena topila, primerna za živila, kot so voda, etanol, metanol ali mešanice vode in etanola.

Zakaj je za kvercetin potrebna nežna metoda ekstrakcije?

Ker je kvercetin občutljiva bioaktivna spojina, je za proizvodnjo visokokakovostnega izvlečka za živilske dodatke in prehranska dopolnila potrebna učinkovita, a nežna tehnika, ki preprečuje razgradnjo. Ultrazvočna ekstrakcija je nežna, netermična, povsem mehanska metoda, ki v zelo kratkem času ekstrakcije omogoča pridobivanje velikih količin kvercetina.

Kako deluje ultrazvočna ekstrakcija?

Ultrazvočna ekstrakcija temelji na pojavu akustične kavitacije, ki razgradi celične stene rastlinskega materiala in pospeši prenos snovi, pri čemer se sproščajo bioaktivne spojine, kot so polifenoli, kvercetin in antioksidanti. Zaradi tega je sonikacija prednostna metoda za izolacijo občutljivih rastlinskih spojin.

Katere so glavne prednosti ultrazvočne ekstrakcije kvercetina?

Med ključne prednosti spadajo izjemni donosi, hitra ekstrakcija v nekaj minutah, visokokakovostni blagi in netermalni ekstrakti, uporaba zelenih topil (voda, etanol, metanol itd.), enostavno in varno delovanje, nizki investicijski in obratovalni stroški ter zmožnost neprekinjenega delovanja 24 ur na dan, 7 dni na teden, tudi v zahtevnih pogojih. Prav tako gre za zeleno, okolju prijazno metodo.

Ali je ultrazvočna ekstrakcija ponovljiva in primerna za industrijsko rabo?

Da. Natančno nadzorovanje parametrov ultrazvočnega procesa zagotavlja ponovljivost in standardizacijo procesa. Podjetje Hielscher ponuja posebne sonotrode, optimizirane za občutljivo izolacijo visokokakovostnih aktivnih snovi, kar omogoča prehod iz laboratorijske v pilotno in industrijsko proizvodnjo.

S kakšnimi koristmi za zdravje se povezuje kvercetin?

Glikozidi kvercetina (kot je izokvercetin) in sorodni flavonoidi so opisani kot protivirusna, protimikrobna, protivnetna in protialergijska sredstva, ki lahko pozitivno vplivajo na različne vrste celic pri živalih in ljudeh. Kvercetin lahko pomaga zmanjšati vnetja, se boriti proti alergijam, podpirati zdravje srca, lajšati bolečine, potencialno izboljšati vzdržljivost, se boriti proti raku ter varovati zdravje kože in jeter.

Literatura/Reference

Sharifi, Niusha; Mahernia, Shabnam; Amanlou, Massoud (2017): Primerjava različnih metod pri ekstrakciji kvercetina iz listov Raphanus sativus L. Farmacevtske znanosti marec 2017, 23, 59-65.
Anaya-Esparza, Luis Miguel; Ramos-Aguirre, Dení; Zamora-Gasga, Víctor Manuel; Yahia, Elhadi; Montalvo-González, Efigenia (2018): Optimizacija ultrazvočne ekstrakcije fenolnih spojin iz listov Justicia spicigera. Znanost o hrani in biotehnologija 27, 2018. 1093–1102.
Wang, L., Li, Z., Huang, J. et al. (2022): Učinek ultrazvočne ekstrakcije polifenolov iz jabolčnih lupin v vodnih CO2 sistemih. Tehnologija biopredelave hrane 15, 2022. 1157–1167.
Lucas-González R., Viuda-Martos M., Pérez-Álvarez J.Á., Fernández-López J. (2024): Dejavniki, ki vplivajo na ultrazvokom podprto ekstrakcijo (poli)fenolov iz semen datljevke. Frontiers in Chemistry, zvezek 12, 2024.
Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimizacija ultrazvočno podprte ekstrakcije dragocenih spojin iz sadja Melia azedarach z globokim evtektičnim topilom glicerol-holin klorida. Trajnostna kemija in farmacija, letnik 29, 2022.