Ultrazvočna ekstrakcija kvercetina

Kvercetin je eden najbolj raziskanih rastlinskih polifenolov, cenjen zaradi svojega antioksidativnega delovanja in vloge v prehranskih dopolnilih, funkcionalnih živilih in nutracevtikih. Ker so kvercetin in njegovi glikozidi (npr. rutin, izokvercetin) občutljivi na toploto in oksidacijo, pridobivanje ekstrakta visoke čistosti zahteva učinkovito, vendar blago, netermično tehniko ekstrakcije. Prav pri tem se ultrazvočna ekstrakcija kvercetina odlikuje.

Visokozmogljiva ultrazvočna tehnologija za visokokakovostne ekstrakte kvercetina

Ultrazvočno podprta ekstrakcija (UAE) uporablja ultrazvok visoke moči in nizke frekvence za mehansko razgradnjo rastlinskih celičnih sten in izrazito povečanje prenosa snovi, pri čemer se kvercetin sprosti v topilo v nekaj minutah namesto v nekaj urah. V primerjavi z maceracijo, Soxhletovo ekstrakcijo ali termično digestijo ultrazvočna ekstrakcija omogoča višje izkoristke, krajše čase obdelave, manjše prostornine topil in bolje ohranjeno biološko aktivnost – zato je privlačna možnost za laboratorije, pilotne obrate in industrijsko proizvodnjo rastlinskih in polifenolnih ekstraktov.

Ultrazvočni homogenizator UP400St za šaržno ekstrakcijo rastlinskih snovi z mešanjem

Dosezite višje izkoristke kvercetina v nekaj minutah – namesto v nekaj urah!
Ste pripravljeni preiti z maceracije in Soxhletove ekstrakcije na hitro, blago, netermično ekstrakcijo? Stopite v stik z nami – pomagali vam bomo določiti ustrezen ultrazvočni sistem za vaš rastlinski material.

Prednosti ultrazvočne ekstrakcije

Vrhunski izkoristki
Hitra ekstrakcija – v nekaj minutah
Visokokakovostni ekstrakti – blaga, netermična ekstrakcija
Zelena topila (voda, etanol, metanol itd.)
Preprosto in varno upravljanje
Nizki investicijski in obratovalni stroški
Delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah
Zelena, okolju prijazna metoda

Sonikacija razgradi celično strukturo rastlinskega materiala in s tem olajša ekstrakcijo bioaktivnih spojin, kot sta kvercetin in rutin.

Vplivi sonikacije na celično strukturo: ultrazvočno povzročena razgradnja celičnih sten omogoča sproščanje kvercetina in rutina iz rastline Euonymus alatus.
Slika in študija: ©Yang in Zhang, 2008.

Zakaj kvercetin zahteva nežno metodo ekstrakcije

Kvercetin je prisoten v številnih vrstah sadja, zelenjave in zelišč – vključno z jabolki, čebulo, jagodičevjem, čajem, grozdjem in zeleno listnato zelenjavo. Kot polifenol/flavonol se lahko razgradi pri dolgotrajni izpostavljenosti toploti, močno alkalnih pogojih ali dolgotrajnem stiku s topilom, kar zmanjša izkoristek in poslabša kakovost končnega ekstrakta. Blaga, netermična metoda kratkega trajanja zato pomaga ohraniti tako količino kot funkcionalno kakovost (antioksidativno zmogljivost) ekstrahiranega kvercetina.

Kako deluje ultrazvočna ekstrakcija kvercetina

Vloga akustične kavitacije  Ultrazvok visoke intenzivnosti v tekočini ustvarja mikroskopske kavitacijske mehurčke. Njihov implozijski kolaps ustvarja lokalizirana vroča mesta, strižne sile in mikrocurke, ki raztrgajo rastlinske celične stene in razbijejo tkivne matrikse. S tem se odprejo celični predelki, v katerih je shranjen kvercetin, in pospeši njegova difuzija v okoliško topilo, zato se aktivna spojina sprosti hitreje in popolneje.

Tipičen potek postopka ultrazvočne ekstrakcije kvercetina

Priprava: zmeljite, razrežite ali liofilizirajte surovi rastlinski material (npr. liste, lupine, semena), da povečate površino.
Izbira topila: izberite zeleno topilo živilske kakovosti, kot so voda, etanol ali mešanica vode in etanola.
Sonikacija: ekstrahirajte v šaržnem načinu (z mešanjem) ali v načinu neprekinjenega toka skozi pretočno celico 5–30 minut.
Ločevanje: ekstrakt filtrirajte ali centrifugirajte ter pridobite tekočino, bogato s kvercetinom.
Koncentriranje / čiščenje: po potrebi izvedite sušenje, obarjanje ali čiščenje.

Opomba: konkretni časi, amplitude in razmerja topil so odvisni od rastlinske vrste in ciljne matrice – naši strokovnjaki za procese vam lahko pomagajo optimizirati procesne parametre za vašo surovino.

Študija primera: ultrazvočno podprta ekstrakcija kvercetina

Sharifi et al. (2017) so pokazali, da je ultrazvočna ekstrakcija učinkovita in praktična metoda za ekstrakcijo flavonoidov, kot je kvercetin, iz zdravilnih rastlin. Uporabili so Hielscher UP400St (400W, glejte sliko levo) pri nastavitvi amplitude 50%. Liste redkvice (Raphanus Sativus) so dali v metanol in jih sonicirali 10 min., kar je omogočilo izkoristek kvercetina 11,8%. Prednost ultrazvočno podprte ekstrakcije v primerjavi s konvencionalnimi tehnikami, kot so maceracija, Soxhletova ekstrakcija in termična digestija. Ultrazvočna ekstrakcija se odlikuje z višjimi izkoristki, znatno krajšimi časi ekstrakcije in manjšimi količinami topil. Uporaba ultrazvočnih valov ustvarja kavitacijo, ki razgradi celične stene rastlinskega materiala in spodbuja prenos snovi. Zato je ultrazvočna ekstrakcija učinkovitejša od tradicionalnih metod in se odlikuje pri ekstrakciji kvercetina iz organskih matric. Čeprav je ultrazvočna ekstrakcija zahtevala le 10 min. – v primerjavi s časi ekstrakcije 24hrs pri maceraciji, 60min. pri termični digestiji in 24hrs pri Soxhletovi ekstrakciji – je bila količina ultrazvočno ekstrahiranega kvercetina večja kot pri digestiji, maceraciji in Soxhletovi ekstrakciji.

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

Ultrazvočna ekstrakcija (UAE) omogoča znatno višje izkoristke kvercetina v krajših časih ekstrakcije v primerjavi s konvencionalnimi metodami ekstrakcije.
vir: Sharifi at al., 2017

V tej predstavitvi vam predstavljamo proizvodnjo rastlinskih izvlečkov. Pojasnjujemo izzive pri proizvodnji visokokakovostnih rastlinskih izvlečkov in kako vam jih lahko sonikator pomaga premagati. Predstavitev prikazuje delovanje ultrazvočne ekstrakcije. Spoznali boste prednosti uporabe sonikatorja za ekstrakcijo in načine vključitve ultrazvočnega ekstraktorja v proizvodnjo izvlečkov.

Oprema za ultrazvočno ekstrakcijo

Hielscher Ultrasonics je specializiran za izdelavo visokozmogljivih ultrazvočnih procesorjev za proizvodnjo visokokakovostnih ekstraktov iz rastlinskega materiala.
Hielscher ponuja širok nabor izdelkov, od majhnih, zmogljivih laboratorijskih ultrazvočnih naprav do robustnih namiznih in povsem industrijskih sistemov, ki zagotavljajo ultrazvok visoke intenzivnosti za učinkovito ekstrakcijo in izolacijo bioaktivnih snovi (npr. polifenolov, gingerola, piperina, kurkumina itd.). Vse ultrazvočne naprave od 200 vatov do 16.000 vatov imajo barvni zaslon za digitalno upravljanje, vgrajeno kartico SD za samodejno beleženje podatkov, daljinsko upravljanje prek brskalnika in številne druge uporabniku prijazne funkcije. Sonotrode in pretočne celice (deli, ki so v stiku z medijem) je mogoče avtoklavirati in jih je preprosto čistiti. Vse naše ultrazvočne naprave so izdelane za delovanje 24/7, potrebujejo malo vzdrževanja ter omogočajo preprosto in varno upravljanje.
Digitalni barvni zaslon omogoča uporabniku prijazno upravljanje ultrazvočne naprave in s tem natančno nastavljanje procesa. Naši sistemi lahko zagotavljajo amplitude od nizkih do zelo visokih. Za ekstrakcijo polifenolov, kot je kvercetin, ponujamo posebne ultrazvočne sonotrode (znane tudi kot ultrazvočne sonde ali rogovi), ki so optimizirane za nežno izolacijo visokokakovostnih aktivnih snovi. Robustnost sonikatorjev Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Natančen nadzor ultrazvočnih procesnih parametrov zagotavlja ponovljivost in standardizacijo procesa.

Sorodne teme

Pogosta vprašanja o ultrazvočni ekstrakciji kvercetina

Kaj je kvercetin?

Kvercetin, rastlinski flavonol (ki spada v podskupino flavonoidne skupine polifenolov), je prisoten v številnih vrstah sadja, zelenjave in listov. Naravni viri kvercetina so jabolka, paprike, rdeče vino, temne češnje in jagodičevje (ameriške borovnice, borovnice, robide in drugo), paradižnik, križnice, kot so brokoli, zelje in kalčki; zelena listnata zelenjava, kot sta špinača in listnati ohrovt; citrusi, kakav, brusnice, polnovredna žita, kot je ajda, šparglji, kapre, rdeča čebula, oljčno olje, črni in zeleni čaj, fižol in stročnice; zelišča, kot so žajbelj, ameriški bezeg, šentjanževka in dvokrpi ginko.

Katera topila se uporabljajo za ultrazvočno ekstrakcijo kvercetina?

Pogosto se uporabljajo zelena topila živilske kakovosti, kot so voda, etanol, metanol ali mešanice vode in etanola.

Zakaj je za kvercetin potrebna blaga metoda ekstrakcije?

Ker je kvercetin občutljiva bioaktivna spojina, je pri proizvodnji visokokakovostnega ekstrakta za aditive za živila in prehranska dopolnila potrebna učinkovita, vendar blaga tehnika, ki prepreči razgradnjo. Ultrazvočna ekstrakcija je blaga, netermična, povsem mehanska metoda, ki omogoča pridobivanje velikih količin kvercetina v zelo kratkem času ekstrakcije.

Kako deluje ultrazvočna ekstrakcija?

Ultrazvočna ekstrakcija temelji na pojavu akustične kavitacije, ki razgradi celične stene rastlinskega materiala in spodbuja 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?

Ključne prednosti vključujejo vrhunske izkoristke, hitro ekstrakcijo v nekaj minutah, visokokakovostne ekstrakte, pridobljene z blago in netermično ekstrakcijo, uporabo zelenih topil (voda, etanol, metanol itd.), preprosto in varno upravljanje, nizke investicijske in obratovalne stroške ter možnost delovanja 24/7 pri velikih obremenitvah. Gre tudi za zeleno, okolju prijazno metodo.

Ali je ultrazvočna ekstrakcija ponovljiva in primerna za industrijsko raven?

Da. Natančen nadzor ultrazvočnih procesnih parametrov zagotavlja ponovljivost in standardizacijo procesa. Hielscher zagotavlja posebne sonotrode, optimizirane za nežno izolacijo visokokakovostnih aktivnih snovi, in s tem podpira povečanje obsega od laboratorijske do pilotne in industrijske proizvodnje.

S katerimi koristmi za zdravje je povezan kvercetin?

Glikozidi kvercetina (kot je izokvercetin) in sorodni flavonoidi so bili opisani kot protivirusne, protimikrobne, protivnetne in protialergijske učinkovine, ki lahko pozitivno vplivajo na različne vrste celic pri živalih in ljudeh. Kvercetin lahko pomaga zmanjšati vnetje, se boriti proti alergijam, podpirati zdravje srca, blažiti bolečino, 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 ekstrakcije kvercetina iz listov Raphanus sativus L. Pharmaceutical Sciences March 2017, 23, 59–65.
Anaya-Esparza, Luis Miguel; Ramos-Aguirre, Dení; Zamora-Gasga, Víctor Manuel; Yahia, Elhadi; Montalvo-González, Efigenia (2018): Optimizacija ultrazvočno podprte ekstrakcije fenolnih spojin iz listov Justicia spicigera. Food Science and Biotechnology 27, 2018. 1093–1102.
Wang, L., Li, Z., Huang, J. et al. (2022): Vpliv ultrazvočno podprte ekstrakcije polifenolov iz jabolčnih lupin v sistemih voda–CO2. Food Bioprocessing Technology 15, 2022. 1157–1167.
Lucas-González R., Viuda-Martos M., Pérez-Álvarez J.Á., Fernández-López J.(2024): Presejanje dejavnikov, ki vplivajo na ultrazvočno podprto ekstrakcijo (poli)fenolov iz semen datljeve palme. Frontiers in Chemistry, zvezek 12, 2024.
Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimizacija ultrazvočno podprte ekstrakcije dragocenih spojin iz plodov Melia azedarach z globokim evtektičnim topilom iz glicerola in holin klorida. Sustainable Chemistry and Pharmacy, zvezek 29, 2022.