Ультразвукова екстракція кверцетину
Кверцетин – один із найбільш досліджених рослинних поліфенолів, який цінують за його антиоксидантну активність і роль у дієтичних добавках, функціональних харчових продуктах та нутрицевтиках. Оскільки кверцетин і його глікозиди (наприклад, рутин, ізокверцетин) чутливі до нагрівання та окиснення, отримання екстракту високої чистоти потребує ефективного, але водночас м’якого, нетермічного методу екстракції. Саме в цьому ультразвукова екстракція кверцетину має переваги.
Високопродуктивне ультразвукове обладнання для високоякісних екстрактів кверцетину
Екстракція за допомогою ультразвуку (UAE) використовує потужний низькочастотний ультразвук для механічного руйнування клітинних стінок рослин і різкого посилення масоперенесення, завдяки чому кверцетин вивільняється в розчинник за лічені хвилини замість годин. Порівняно з мацерацією, екстракцією в апараті Сокслета або тепловим настоюванням, ультразвукова екстракція забезпечує вищий вихід, коротшу тривалість обробки, менші об’єми розчинника та краще збереження біоактивності – це робить її привабливим варіантом для лабораторій, пілотних установок і промислового виробництва рослинних та поліфенольних екстрактів.
Готові перейти від мацерації та екстракції в апараті Сокслета до швидкої, м’якої, нетермічної екстракції? Зв’яжіться з нами зараз – ми допоможемо підібрати відповідну ультразвукову систему для вашої рослинної сировини.
Ультразвукова екстракція рослинної сировини в періодичному режимі об’ємом 120L за допомогою ультразвукового апарата UIP2000hdT
- Вищий вихід
- Високошвидкісна екстракція – за лічені хвилини
- Високоякісні екстракти – м’яка, нетермічна обробка
- Екологічні розчинники (вода, етанол, метанол тощо)
- Проста та безпечна експлуатація
- Низькі інвестиційні та експлуатаційні витрати
- Робота 24/7 за високих навантажень
- Екологічний, безпечний для довкілля метод
Вплив ультразвукової обробки на клітинну структуру: спричинене ультразвуком руйнування клітинних стінок дає змогу вивільняти кверцетин і рутин з Euonymus alatus.
Зображення та дослідження: ©Yang and Zhang, 2008.
Чому кверцетин потребує щадного методу екстракції
Кверцетин міститься в багатьох фруктах, овочах і травах – зокрема в яблуках, цибулі, ягодах, чаї, винограді та листовій зелені. Як поліфенол/флавонол він може розкладатися за тривалого нагрівання, у сильнолужних умовах або за тривалого контакту з розчинником, що знижує вихід і погіршує якість кінцевого екстракту. Тому м’який, нетермічний, короткотривалий метод 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. Їхнє імплозійне схлопування утворює локальні зони високої температури, зсувні сили та мікрострумені, які розривають клітинні стінки рослин і руйнують тканинні матриці. Це відкриває клітинні компартменти, у яких міститься кверцетин, і прискорює його дифузію в навколишній розчинник, завдяки чому активна сполука вивільняється швидше та повніше.
Типова послідовність процесу ультразвукової екстракції кверцетину
- Підготовка: подрібніть, наріжте або ліофілізуйте рослинну сировину (наприклад, листя, шкірки, насіння), щоб збільшити площу поверхні.
- Вибір розчинника: виберіть екологічний розчинник харчової якості, наприклад воду, етанол або водно-етанольну суміш.
- Ультразвукова обробка: проводьте екстракцію в періодичному режимі (з перемішуванням) або в безперервному режимі у проточній комірці протягом 5–30 хвилин.
- Розділення: відфільтруйте або відцентрифугуйте екстракт і відберіть рідину, багату на кверцетин.
- Концентрування / очищення: за потреби висушіть, осадіть або очистьте.
Примітка: конкретна тривалість обробки, амплітуди та співвідношення розчинників залежать від виду рослини й цільової матриці – наші фахівці з технологічних процесів можуть допомогти вам оптимізувати параметри процесу для вашої сировини.
Ультразвуковий апарат UP200Ht для екстракції кверцетину
Приклад дослідження: екстракція кверцетину за допомогою ультразвуку
Sharifi та ін. (2017) показали, що ультразвукова екстракція є ефективним і практичним методом вилучення флавоноїдів, зокрема кверцетину, з лікарських рослин. Вони використовували апарат Hielscher UP400St (400W, див. зображення ліворуч) за налаштування амплітуди 50%. Листя редиски (Raphanus Sativus) поміщали в метанол і піддавали ультразвуковій обробці протягом 10 хв, що забезпечило вихід кверцетину 11,8%. Перевага екстракції за допомогою ультразвуку порівняно з традиційними методами, такими як мацерація, екстракція в апараті Сокслета та термічне настоювання. Ультразвукова екстракція вирізняється вищим виходом, значно коротшим часом екстракції та меншою кількістю розчинників. Застосування ультразвукових хвиль спричиняє кавітацію, яка руйнує клітинні стінки рослинної сировини та сприяє масоперенесенню. Таким чином, ультразвукова екстракція ефективніша за традиційні методи й демонструє переваги у вилученні кверцетину з органічних матриць. Хоча ультразвукова екстракція потребувала лише 10 хв – порівняно з 24 год для мацерації, 60 хв для термічного настоювання та 24 год для екстракції в апараті Сокслета – кількість кверцетину, вилученого за допомогою ультразвуку, була більшою, ніж за термічного настоювання, мацерації та екстракції в апараті Сокслета.
Ультразвукова екстракція (UAE) забезпечує значно вищий вихід кверцетину за коротшого часу екстракції порівняно з традиційними методами екстракції.
джерело: Sharifi at al., 2017
Ультразвуковий гомогенізатор UP400ST для екстракції з рослинної сировини
Обладнання для ультразвукової екстракції
Hielscher Ultrasonics спеціалізується на виробництві високопродуктивних ультразвукових процесорів для отримання високоякісних екстрактів із рослинної сировини.
Hielscher пропонує широкий асортимент продукції – від невеликих потужних лабораторних ультразвукових гомогенізаторів до міцних настільних і повністю промислових систем, які генерують ультразвук високої інтенсивності для ефективної екстракції та виділення біоактивних речовин (наприклад, поліфенолів, гінгеролу, піперину, куркуміну тощо). Усі ультразвукові пристрої потужністю від 200 до 16 000 ват оснащені кольоровим дисплеєм для цифрового керування, вбудованою SD-картою для автоматичного запису даних, дистанційним керуванням через браузер і багатьма іншими зручними для користувача функціями. Сонотроди та проточні комірки (деталі, що контактують із середовищем) можна автоклавувати, і їх легко очищати. Усі наші ультразвукові гомогенізатори розраховані на роботу 24/7, потребують мінімального технічного обслуговування, прості та безпечні в експлуатації.
Цифровий кольоровий дисплей забезпечує зручне керування ультразвуковим гомогенізатором, що дає змогу точно налаштовувати процес. Наші системи здатні забезпечувати амплітуди від низьких до дуже високих. Для екстракції поліфенолів, таких як кверцетин, ми пропонуємо спеціальні ультразвукові сонотроди (також відомі як ультразвукові зонди або рупори), оптимізовані для м’якого виділення високоякісних активних речовин. Міцність ультразвукових гомогенізаторів Hielscher забезпечує роботу 24/7 за інтенсивних навантажень і в складних умовах.
Точний контроль параметрів ультразвукового процесу забезпечує відтворюваність і стандартизацію процесу.
Високопотужні ультразвукові процесори від лабораторного до пілотного та промислового масштабу.
Поширені запитання про ультразвукову екстракцію кверцетину
Що таке кверцетин?
Кверцетин – рослинний флавонол (флавоноли є підгрупою флавоноїдів, що належать до поліфенолів), який міститься в багатьох фруктах, овочах і листі. Природними джерелами кверцетину є яблука, перець, червоне вино, темні вишні та ягоди (лохина, чорниця, ожина та інші), помідори, хрестоцвіті овочі, такі як броколі, капуста та проростки; зелені листові овочі, такі як шпинат і листова капуста; цитрусові, какао, журавлина, цільні зерна, такі як гречка, спаржа, каперси, червона цибуля, оливкова олія, чорний і зелений чай, квасоля та бобові; трави, такі як шавлія, бузина американська, звіробій і гінкго білоба.
Які розчинники використовують для ультразвукової екстракції кверцетину?
Зазвичай використовують екологічні розчинники харчової якості, такі як вода, етанол, метанол або водно-етанольні суміші.
Чому для кверцетину потрібен м’який метод екстракції?
Оскільки кверцетин є чутливою біоактивною сполукою, для запобігання його розкладанню під час виробництва високоякісного екстракту для харчових і дієтичних добавок потрібен ефективний, але м’який метод. Ультразвукова екстракція – це м’який, нетермічний, суто механічний метод, який забезпечує отримання великої кількості кверцетину за дуже короткий час екстракції.
Як працює ультразвукова екстракція?
Ультразвукова екстракція ґрунтується на явищі акустичної кавітації, яка руйнує клітинні стінки рослинної сировини та сприяє масоперенесенню, вивільняючи біоактивні сполуки, як-от поліфеноли, кверцетин та антиоксиданти. Завдяки цьому ультразвукова обробка є одним із пріоритетних методів виділення чутливих сполук рослинного походження.
Які основні переваги ультразвукової екстракції кверцетину?
Основні переваги включають вищий вихід, швидку екстракцію протягом кількох хвилин, отримання високоякісних екстрактів м’яким нетермічним способом, використання екологічних розчинників (води, етанолу, метанолу тощо), просту й безпечну експлуатацію, низькі інвестиційні та експлуатаційні витрати, а також можливість роботи 24/7 за високих навантажень. Крім того, це екологічний, безпечний для довкілля метод.
Чи є ультразвукова екстракція відтворюваною та придатною для промислових масштабів?
Так. Точний контроль параметрів ультразвукового процесу забезпечує відтворюваність і стандартизацію процесу. Hielscher пропонує спеціальні сонотроди, оптимізовані для дбайливого виділення високоякісних активних речовин, що дає змогу масштабувати процес від лабораторного до пілотного та промислового виробництва.
З якими корисними для здоров’я ефектами пов’язують кверцетин?
Глікозиди кверцетину (як-от ізокверцетин) і споріднені флавоноїди описані як противірусні, протимікробні, протизапальні та протиалергічні засоби, здатні позитивно впливати на різні типи клітин у тварин і людей. Кверцетин може допомагати зменшувати запалення, боротися з алергією, підтримувати здоров’я серця, полегшувати біль, потенційно підвищувати витривалість, боротися з раком і захищати здоров’я шкіри та печінки.
Література/Джерела
- Sharifi, Niusha; Mahernia, Shabnam; Amanlou, Massoud (2017): Порівняння різних методів екстракції кверцетину з листя 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): Оптимізація екстракції фенольних сполук із листя Justicia spicigera за допомогою ультразвуку. Food Science and Biotechnology 27, 2018. 1093–1102.
- Wang, L., Li, Z., Huang, J. et al. (2022): Вплив екстракції поліфенолів зі шкірки яблук за допомогою ультразвуку в системах вода–CO2. Food Bioprocessing Technology 15, 2022. 1157–1167.
- Lucas-González R., Viuda-Martos M., Pérez-Álvarez J.Á., Fernández-López J.(2024): Скринінг чинників, що впливають на екстракцію (полі)фенолів із насіння фінікової пальми за допомогою ультразвуку. Frontiers in Chemistry, том 12, 2024.
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Оптимізація екстракції цінних сполук із плодів Melia azedarach за допомогою ультразвуку з використанням глибокого евтектичного розчинника на основі гліцеролу та хлориду холіну. Sustainable Chemistry and Pharmacy, том 29, 2022.