Ультразвукова екстракція кверцетину

Кверцетин — один із найбільш досліджених рослинних поліфенолів, який цінується за свою антиоксидантну активність та роль у харчових добавках, функціональних продуктах харчування та нутрицевтиках. Оскільки кверцетин та його глікозиди (наприклад, рутин, ізокверцетин) чутливі до нагрівання та окислення, для отримання екстракту високої чистоти потрібна ефективна, але м’яка, нетермічна технологія екстракції. Саме в цьому полягає перевага ультразвукової екстракції кверцетину.

Високоефективні ультразвуки для високоякісних екстрактів кверцетину

Екстракція з використанням ультразвуку (UAE) передбачає застосування потужного низькочастотного ультразвуку для механічного руйнування клітинних стінок рослин та значного прискорення масообміну, що дозволяє вивільнити кверцетин у розчинник за лічені хвилини, а не години. У порівнянні з мацерацією, методу Сокслета або термічного розщеплення, ультразвукова екстракція забезпечує вищий вихід, скорочує час обробки, зменшує об’єм розчинника та краще зберігає біологічну активність – що робить його привабливим варіантом для лабораторій, пілотних установок та промислового виробництва рослинних екстрактів і поліфенольних екстрактів.

Вплив ультразвуку на клітинну структуру: Ультразвуково індуковане порушення клітинних стінок дозволяє вивільнити кверцетин і рутин з Euonymus alatus.
Картина і дослідження: ©Ян і Чжан, 2008.

Чому кверцетин вимагає застосування щадного методу екстракції

Кверцетин міститься в багатьох фруктах, овочах та травах – зокрема яблука, цибуля, ягоди, чай, виноград та листова зелень. Як поліфенол/флавонол, він може розкладатися під впливом тривалого нагрівання, у сильнолужних умовах або при тривалому контакті з розчинником, що знижує вихід і погіршує якість кінцевого екстракту. Тому м’який, нетермічний метод короткої тривалості допомагає зберегти як кількість, так і функціональну якість (антиоксидантну здатність) екстрагованого кверцетину.

Як працює ультразвукова екстракція кверцетину

Роль акустичної кавітації. Ультразвук високої інтенсивності створює в рідині мікроскопічні кавітаційні бульбашки. Їхній імплозивний колапс генерує локалізовані гарячі точки, зсувні сили та мікрострумені, які руйнують клітинні стінки рослин і розбивають тканинні матриці. Це відкриває клітинні компартменти, де зберігається кверцетин, і прискорює його дифузію в навколишній розчинник, завдяки чому активна сполука вивільняється швидше та повніше.

Типова технологічна схема ультразвукової екстракції кверцетину

1. Підготовка: подрібнити, нарізати або висушити методом сублімації сировину рослинного походження (наприклад, листя, шкірку, насіння) для збільшення площі поверхні.
2. Вибір розчинника: виберіть зелений розчинник харчового призначення, наприклад воду, етанол або суміш води з етанолом.
3. Ультразвукова хвороба: проводити екстракцію в періодичному режимі (з перемішуванням) або в режимі безперервної роботи з використанням проточною комірки протягом 5–30 хвилин.
4. Поділу: процідити або відцентрифугувати екстракт і відокремити рідину, багату на кверцетин.
5. Концентрація / очищення: за бажанням висушити, осадити або очистити, якщо це необхідно.

Примітка: конкретні часові параметри, амплітуди та співвідношення розчинників залежать від виду рослини та цільової матриці – Наші фахівці з технологічних процесів допоможуть вам оптимізувати параметри технологічного процесу з урахуванням особливостей вашої сировини.

Приклад з практики: Екстракція кверцетину за допомогою ультразвуку

Шаріфі та ін. (2017) довели, що ультразвукова екстракція є ефективним і практичним методом вилучення флавоноїдів, таких як кверцетин, з лікарських рослин. Вони використовували Hielscher UP400St (400 Вт, див. фото ліворуч) при амплітуді 50 %. Листя редьки (Raphanus sativus) помістили в метанол і піддавали ультразвуковій обробці протягом 10 хв., що дозволило отримати вихід кверцетину на рівні 11,8 %.Переваги ультразвукової екстракції порівняно з традиційними методами, такими як мацерація, екстракція за методом Сокслета та термічне розщеплення. Ультразвукова екстракція вирізняється вищими виходами, значно коротшим часом екстракції та меншою кількістю розчинників. Застосування ультразвукових хвиль викликає кавітацію, яка руйнує клітинні стінки рослинного матеріалу та сприяє масообміну. Таким чином, ультразвукова екстракція є ефективнішою за традиційні методи та демонструє кращі результати при вилученні кверцетину з органічних матриць. Хоча ультразвукова екстракція тривала лише 10 хв. – порівняно з часом екстракції 24 години для мацерації, 60 хвилин для термічного травлення та 24 години для екстракції Сокслета – кількість ультразвуково екстрагованого кверцетину була вищою, ніж при травленні, мацерації та екстракції Сокслета.

Ультразвукова екстракція (ОАЕ) дає значно вищий вихід кверцетину за коротший час екстракції порівняно з традиційними методами екстракції.
джерело: Шаріфі та ін., 2017

Устаткування для ультразвукової екстракції

Компанія Hielscher Ultrasonics спеціалізується на виробництві високопродуктивних ультразвукових процесорів для виробництва високоякісних екстрактів з рослинних компонентів.
Hielscher пропонує широкий асортимент продукції, який варіюється від невеликих потужних лабораторних ультразвукових приладів до надійних настільних і повністю промислових систем, які забезпечують ультразвук високої інтенсивності для ефективної екстракції та ізоляції біологічно активних речовин (наприклад, поліфенолів, гінгерол, Піперин, куркумін і т.д.). Всі ультразвукові пристрої потужністю від 200 Вт до 16 000 Вт оснащені кольоровим дисплеєм для цифрового управління, вбудованою SD-картою для автоматичного запису даних, дистанційним керуванням браузером і багатьма іншими зручними функціями. Сонотроди і проточні комірки (деталі, які контактують із середовищем) можуть бути автоклавовані і легко чистяться. Всі наші ультразвукові апарати створені для роботи 24/7, не вимагають особливого обслуговування та прості та безпечні в експлуатації.
Цифровий кольоровий дисплей дозволяє зручно керувати ультразвуковим апаратом, що забезпечує точне регулювання процесу. Наші системи здатні передавати від низьких до дуже високих амплітуд. Для екстракції поліфенолів, таких як кверцетин, ми пропонуємо спеціальні ультразвукові сонотроди (також відомі як ультразвукові зонди або ріжки), які оптимізовані для розумного виділення високоякісних активних речовин. Міцність звукорежисерів Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Точний контроль параметрів ультразвукового процесу забезпечує відтворюваність і стандартизацію процесу.