Ultraljudsextraktion av kvercetin

Kvercetin är en av de mest studerade växtpolyfenolerna och uppskattas för sin antioxidativa aktivitet och sin roll i kosttillskott, funktionella livsmedel och nutraceutika. Eftersom kvercetin och dess glykosider (t.ex. rutin, isokvercetin) är känsliga för värme och oxidation krävs en effektiv men skonsam, icke-termisk extraktionsteknik för att framställa ett extrakt med hög renhet. Det är just här som ultraljudsextraktion av kvercetin utmärker sig.

Högpresterande ultraljud för kvercetinextrakt av hög kvalitet

Ultraljudsassisterad extraktion (UAE) använder ultraljud med hög effekt och låg frekvens för att mekaniskt bryta sönder växternas cellväggar och kraftigt öka massöverföringen, så att kvercetin frigörs i lösningsmedlet inom minuter i stället för timmar. Jämfört med maceration, Soxhletextraktion eller värmebaserad digestion ger ultraljudsextraktion högre utbyten, kortare bearbetningstider, mindre lösningsmedelsvolymer och bättre bevarad bioaktivitet – vilket gör den till ett attraktivt alternativ för laboratorier, pilotanläggningar och produktion av växt- och polyfenolextrakt i industriell skala.

Ultraljudsbehandlingens effekter på cellstrukturen: När cellväggarna bryts sönder av ultraljudet kan kvercetin och rutin frigöras från Euonymus alatus.
Bild och studie: ©Yang och Zhang, 2008.

Varför kvercetin kräver en skonsam extraktionsmetod

Kvercetin förekommer i många frukter, grönsaker och örter – bland annat äpplen, lök, bär, te, vindruvor och bladgrönsaker. Som polyfenol/flavonol kan det brytas ned vid långvarig värmeexponering, starkt alkaliska förhållanden eller långvarig kontakt med lösningsmedel, vilket minskar utbytet och försämrar det slutliga extraktets kvalitet. En skonsam, icke-termisk metod med kort behandlingstid hjälper därför till att bevara både mängden och den funktionella kvaliteten (antioxidativ kapacitet) hos det extraherade kvercetinet.

Så fungerar ultraljudsextraktion av kvercetin

Den akustiska kavitationens roll 
Högintensivt ultraljud skapar mikroskopiska kavitationsbubblor i vätskan. När dessa kollapsar genom implosion uppstår lokala heta zoner, skjuvkrafter och mikrostrålar som spräcker växternas cellväggar och bryter upp vävnadsmatriser. Detta öppnar de cellkompartment där kvercetin lagras och påskyndar dess diffusion till det omgivande lösningsmedlet, så att den aktiva föreningen frigörs snabbare och mer fullständigt.

Typiskt processflöde för ultraljudsextraktion av kvercetin

1. Förberedelse: mal, skär eller frystorka det obearbetade växtmaterialet (t.ex. blad, skal, frön) för att öka ytan.
2. Val av lösningsmedel: välj ett grönt lösningsmedel av livsmedelskvalitet, såsom vatten, etanol eller en vatten–etanolblandning.
3. Ultraljudsbehandling: extrahera satsvis (med omrörning) eller kontinuerligt i en flödescell under 5–30 minuter.
4. Separation: filtrera eller centrifugera extraktet och samla upp den kvercetinrika vätskan.
5. Koncentrering / rening: torka, fäll ut eller rena vid behov.

Observera: De specifika tiderna, amplituderna och lösningsmedelsförhållandena beror på växtarten och den aktuella matrisen – våra processexperter kan hjälpa dig att optimera processparametrarna för din råvara.

Fallstudie: Ultraljudsassisterad extraktion av kvercetin

Sharifi et al. (2017) har visat att ultraljudsextraktion är en effektiv och praktisk metod för att extrahera flavonoider såsom kvercetin från medicinalväxter. De använde Hielscher UP400St (400W, se bilden till vänster) vid en amplitudinställning på 50%. Rädisbladen (Raphanus Sativus) placerades i metanol och ultraljudsbehandlades i 10 min., vilket gav ett kvercetinutbyte på 11,8%. Ultraljudsassisterad extraktion är överlägsen konventionella tekniker som maceration, Soxhlet-extraktion och termisk digestion. Ultraljudsextraktion utmärker sig genom högre utbyten, betydligt kortare extraktionstider och mindre mängder lösningsmedel. Ultraljudsvågorna genererar kavitation, som bryter sönder växtmaterialets cellväggar och främjar massöverföringen. Därmed är ultraljudsextraktion effektivare än traditionella metoder och utmärker sig vid extraktion av kvercetin från organiska matriser. Trots att ultraljudsextraktionen endast krävde 10 min. – jämfört med extraktionstider på 24 timmar för maceration, 60 min. för termisk digestion och 24 timmar för Soxhlet-extraktion – var mängden ultraljudsextraherat kvercetin större än vid digestion, maceration och Soxhlet-extraktion.

Ultraljudsextraktion (UAE) ger betydligt högre kvercetinutbyten på kortare extraktionstider jämfört med konventionella extraktionsmetoder.
källa: Sharifi at al., 2017

Utrustning för ultraljudsextraktion

Hielscher Ultrasonics är specialiserat på tillverkning av högpresterande ultraljudsprocessorer för framställning av högkvalitativa extrakt från växtmaterial.
Hielscher erbjuder ett brett produktsortiment som sträcker sig från små, kraftfulla ultraljudsapparater för laboratorier till robusta bänksystem och fullskaliga industrisystem, som levererar högintensivt ultraljud för effektiv extraktion och isolering av bioaktiva ämnen (t.ex. polyfenoler, gingerol, piperin, kurkumin osv.). Alla ultraljudsapparater med märkeffekter från 200 till 16 000 watt har en färgskärm för digital styrning, ett integrerat SD-kort för automatisk dataregistrering, fjärrstyrning via webbläsare och många fler användarvänliga funktioner. Sonotroderna och flödescellerna (de delar som kommer i kontakt med mediet) kan autoklaveras och är lätta att rengöra. Alla våra ultraljudsapparater är byggda för drift dygnet runt, kräver lite underhåll och är enkla och säkra att använda.
En digital färgskärm möjliggör användarvänlig styrning av ultraljudsapparaten, vilket gör att processen kan justeras exakt. Våra system kan leverera amplituder från låga upp till mycket höga nivåer. För extraktion av polyfenoler som kvercetin erbjuder vi särskilda ultraljudssonotroder (även kallade ultraljudssonder eller horn) som är optimerade för skonsam isolering av högkvalitativa aktiva ämnen. Hielscher-ultraljudsapparaternas robusthet möjliggör drift dygnet runt vid hög belastning och i krävande miljöer.
Den exakta styrningen av ultraljudsprocessens parametrar säkerställer reproducerbarhet och processstandardisering.