Ultraljudsextraktion av polyfenoler ur baggibuti (Stachys parviflora)

Extrakt av växten baggibuti (Stachys parviflora L.) uppskattas som växtbaserade läkemedel för behandling av kramper, artralgi, epilepsi, fallandesjuka och drakunkuliasis. Ultraljudsextraktorer används framgångsrikt för isolering av polyfenoler och andra fytokemikalier ur Stachys parviflora.

Vad gör ultraljudsextraktion överlägsen? – Funktionsprincipen och fördelarna med högeffektsultraljud

När bioaktiva föreningar (dvs. fytokemikalier, sekundära metaboliter) ska isoleras ur växter måste växtmaterialets cellstrukturer brytas sönder för att frigöra målföreningarna. Ultraljudsextraktion är en mycket effektiv metod för att isolera hela mängden fytokemikalier ur växter (t.ex. Stachys parviflora, örter osv.) i en snabb extraktionsprocess. Användning av högeffektsultraljud ger kraftiga kavitationseffekter, störningar / turbulens och vätskeströmning med hög hastighet. Dessa ultraljudskrafter främjar cellsönderdelning och blandning på makro- och mikronivå. Dessutom förbättras lösningsmedlets inträngning, upplösningen av bioaktiva föreningar och massöverföringen avsevärt. Detta gör ultraljudsassisterad extraktion mycket effektiv och ger överlägsna extraktutbyten på kort processtid.

Fördelarna med fytokemikalier från baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., allmänt känd som ”Baggibuti”, är en art inom Lamicae. Föreningar i Stachys parviflora, såsom iridoider, flavonoider, fenolsyror och diterpenoider, har rapporterats som sekundära metaboliter och är kända för sina egenskaper som motverkar nefrit, inflammation, fria radikaler och mikroorganismer.

Ultraljudsextraktion av bioaktiva föreningar ur baggibuti (Stachys parviflora)

Ultraljudsextraktion, även känd som ultraljudsassisterad extraktion (UAE), är en vetenskapligt beprövad och industriellt etablerad teknik för isolering av bioaktiva föreningar såsom polyfenoler, flavonoider, terpener och många andra sekundära metaboliter ur växter.

Extraktion av baggibuti (Stachys parviflora): funktionsprincip och protokoll

Ultraljudsextraktion är en skonsam, icke-termisk men ändå mycket effektiv extraktionsteknik som enbart bygger på mekaniska krafter. Därigenom skyddas känsliga växtföreningar mot termisk nedbrytning, samtidigt som extraktutbytena vid ultraljudsbehandling är exceptionellt höga och extrakten har överlägsen kvalitet.

Högeffektsultraljud för extraktion

Den extraktionsförstärkande mekanismen hos lågfrekvent, högintensivt ultraljud tillskrivs huvudsakligen fenomenet akustisk kavitation. När kavitationsbubblor kollapsar på växtmaterialets yta bryter erosion och sonoporation sönder matrisen i växtceller (såsom hos Stachys parviflora), vilket förstör cellstrukturen och frigör intracellulära ämnen såsom polyfenoler och andra fytokemikalier. Den därigenom intensifierade massöverföringen underlättar frigörandet av molekyler såsom proteiner, lipider och fytokemikalier.
Ultraljudsgenererade skjuvkrafter förbättrar lösningsmedlets inträngning i växtmaterialets cellmatris respektive cellmembranens permeabilitet. Dessa mekanismer hos högeffektsultraljud ligger bakom den betydande processintensifiering som uppnås när ultraljudsbehandling används för växtextraktion.

SEM-bild av ytan hos Stachys parviflora, (a) obehandlat prov, (b) maceration, (c) optimerad ultraljudsassisterad extraktion (UAE) (UP200Ht, 4 min behandlingstid, hög intensitet på 74,5% och lösningsmedelsrenhet på 74,2 %)
Studie och bild: ©Salarbashi et al., 2016

Protokoll för ultraljudsextraktion av fenolföreningar ur baggibuti

Salarbashis forskargrupp extraherade polyfenolföreningar ur blad av Stachys parviflora med ultraljudsextraktorn UP200Ht (200W, 26kHz). För den jämförande extraktionsstudien av ultraljudsextraktion och maceration maldes torkade ovanjordiska delar av S. parviflora (skördade under blomningsstadiet) till pulver med en genomsnittlig partikelstorlek på mindre än 149µm. Växtextraktionen utfördes vid temperaturen 35°C och naturligt pH, med metanol (60, 80 och 100 % (v v-1)) som lösningsmedel under tidsintervall på 4, 7 och 10 min.
För ultraljudsextraktionen användes Hielschers ultraljudsapparat av sondtyp UP200Ht (200W, 26kHz). Amplituden för ultraljudsextraktorn UP200Ht ställdes in på 100%. Ultraljudsbehandlingens intensitet var 21,8346 Wcm-2 vid 100% amplitud.
Analysresultaten för det ultraljudsframställda extraktet visade att extraktens totala flavonoidhalt (TFC) ökade linjärt med ultraljudsbehandlingen, medan extraktionstiden hade motsatt effekt på TFC. Den högsta totala flavonoidhalten erhölls vid en ultraljudsbehandlingstid på 4min. (t = 4 min).
Kaffesyra, garvsyra, quercetin, trans-ferulasyra och rosmarinsyra identifierades som de huvudsakliga fenolföreningarna i det ultraljudsframställda extraktet.
SEM-bilderna visar tydligt att ultraljudsbehandling och den resulterande akustiska kavitationen definitivt spelar en viktig roll för att effektivt bryta sönder växtmaterialets cellväggar och struktur, och att extraktionsutbytet ökar genom ultraljudsvibrationerna och den kavitationsinducerade mikroströmningen. Genom dessa effekter av högeffektsultraljud förstärker ultraljudsassisterad extraktion cellväggarnas svällning och uppmjukning genom hydratisering av pektinhaltigt material från mittlamellen. Följaktligen bryts växtcellernas matris sönder, vilket i sin tur leder till att bioaktiva metaboliter frigörs mycket snabbare och effektivare än med andra klassiska extraktionsmetoder. SEM-bilder visar effektiviteten hos ultraljudsextraktion av fenolföreningar. Som en skonsam, icke-termisk extraktionsmetod ger ultraljudsbehandling extrakt med överlägsen antioxidant- och antimikrobiell aktivitet som överträffar extrakt framställda med konventionella extraktionstekniker.
(jfr Salarbashi et al., 2016)

HPLC-kromatogram av extrakt från Stachys parviflora, som isolerades under optimerade betingelser för ultraljudsassisterad extraktion
Studie och bild: ©Salarbashi et al., 2016

Högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken för extraktion av Stachys parviflora

De smarta funktionerna hos Hielschers ultraljudsapparater är utformade för att garantera tillförlitlig drift, reproducerbara resultat och användarvänlighet. Driftinställningarna kan enkelt nås och justeras via en intuitiv meny, som är tillgänglig via en digital pekskärm i färg och fjärrstyrning via webbläsare. Alla processbetingelser såsom nettoenergi, total energi, amplitud, tid, tryck och temperatur registreras därför automatiskt på ett inbyggt SD-kort. Detta gör det möjligt att granska och jämföra tidigare ultraljudsbehandlingar och optimera extraktionen av eteriska oljor ur Stachys parviflora (baggibuti) för högsta effektivitet.
System från Hielscher Ultrasonics används över hela världen för tillverkning av högkvalitativa växtextrakt. Hielschers industriella ultraljudsapparater kan enkelt arbeta med höga amplituder i kontinuerlig drift (24/7/365). Amplituder på upp till 200µm kan enkelt genereras kontinuerligt med standardsonotroder (ultraljudssonder / horn). För ännu högre amplituder finns specialanpassade ultraljudssonotroder. Tack vare sin robusthet och sitt låga underhållsbehov installeras våra ultraljudsextraktionssystem ofta för krävande tillämpningar och i krävande miljöer.

Kontakta oss nu för att få veta mer om ultraljudsextraktion av växter, våra ultraljudsextraktionssystem och priser! Vår erfarna personal diskuterar gärna din tillämpning och dina processkrav med dig!

Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: