Chiết xuất các hợp chất hoạt tính từ nho và phụ phẩm rượu vang bằng siêu âm

Nho (Vitis vinifera), cây nho và phụ phẩm rượu vang rất giàu polyphenol cùng các chất có hoạt tính sinh học khác, là những hợp chất có giá trị để sản xuất các chế phẩm bổ sung dùng trong y học và dinh dưỡng. Chiết xuất bằng siêu âm cho phép phân lập các hợp chất có nguồn gốc từ quả nho và cây nho một cách đơn giản và hiệu quả cao (ví dụ: từ bã nho, hạt, lá, cuống, cặn men). Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm diễn ra nhanh, đáng tin cậy và vượt trội hơn các phương pháp chiết xuất khác nhờ hiệu suất thu hồi cao hơn, điều kiện chiết xuất ôn hòa hơn, thời gian chiết xuất ngắn hơn và chi phí thấp hơn.

Chiết xuất các hợp chất hóa thực vật từ quả nho và cây nho bằng siêu âm

Phụ phẩm từ vườn nho và quá trình sản xuất rượu vang bao gồm thịt quả nho, bã nho (vỏ và hạt), cặn men, lá nho, cuống và cành nho, chiếm tới 30–40% chất rắn theo khối lượng (w/w), phần lớn bị thải bỏ mà không được tận dụng. Nhận thấy hàm lượng phong phú của polyphenol và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác trong những phụ phẩm từ nho và rượu vang này, ngành công nghiệp ngày càng sử dụng nhiều nguyên liệu thực vật này để sản xuất các dịch chiết có giá trị. Resveratrol, anthocyanidin, proanthocyanidin, quercetin và các chất khác có trong quả nho và cây nho (Vitis vinifera) đã được sử dụng rộng rãi làm các chế phẩm bổ sung dùng trong y học và dinh dưỡng. Là nguồn cung cấp các hợp chất có lợi cho sức khỏe, dịch chiết từ phụ phẩm Vitis vinifera được sử dụng trong ngành dược phẩm và thực phẩm, đồng thời hỗ trợ nền nông nghiệp bền vững. Chiết xuất bằng siêu âm tạo điều kiện giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nho và phụ phẩm nho. Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm là kỹ thuật chiết xuất đã được ứng dụng từ lâu cho các hợp chất dùng trong dược phẩm và thực phẩm. Kỹ thuật này mang lại hiệu suất thu hồi dịch chiết rất cao trong một quy trình chiết xuất ngắn và hoạt động với bất kỳ dung môi nào (ví dụ: nước, ethanol, isopropanol, hexane, v.v.)

Chiết xuất polyphenol từ hạt nho bằng siêu âm

Hạt nho rất giàu proanthocyanidin, do đó là nguồn nguyên liệu tuyệt vời để sản xuất dịch chiết proanthocyanidin dùng cho các chế phẩm bổ sung trong y học và dinh dưỡng. Thilakarathna và Rupasinghe (2022) đã chứng minh được hiệu quả vượt trội của xử lý siêu âm ở nhiệt độ cao có kiểm soát, mang lại hiệu suất thu hồi proanthocyanidin cao hơn và thời gian chiết xuất ngắn hơn đáng kể (siêu âm 53 min. so với chiết xuất bằng dung môi thông thường 150 h!).
Việc kết hợp nhiệt và xử lý siêu âm làm giảm đáng kể thời gian chiết xuất (thời gian xử lý siêu âm 53 min) và lượng ethanol pha nước cần dùng (10,14:1 v:w), đồng thời tăng đáng kể hiệu suất thu hồi PAC (16,1 mg CE/g FW so với giá trị dự đoán 26,6 mg CE/g FW). Các điều kiện tối ưu cuối cùng là ethanol 47%, tỷ lệ s:s 10:1 (v:w), thời gian xử lý siêu âm 53 min và nhiệt độ chiết xuất 60◦C.

Sản xuất dịch chiết lá nho hiệu quả bằng xử lý siêu âm

Lá của cây nho thông thường (Vitis vinifera) rất giàu resveratrol, anthocyanidin, quercetin, isoquercetin cùng nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học khác, thường được sử dụng dưới dạng dịch chiết cho mục đích y học và chăm sóc sức khỏe.
Chiết xuất bằng siêu âm đã được chứng minh là mang lại hiệu suất thu hồi cao đối với dịch chiết toàn phổ từ lá nho, nhờ đó giúp quá trình chiết xuất đạt hiệu quả rất cao. Ethanol pha nước đã được chứng minh là dung môi được ưu tiên để chiết xuất từ cây nho vì có khả năng hòa tan tuyệt vời đối với các phân tử mục tiêu và không có độc tính. Quá trình chiết xuất bằng siêu âm chỉ mất vài phút và có thể được thực hiện theo mẻ cũng như ở chế độ dòng chảy liên tục.
Ví dụ, resveratrol được chiết xuất từ lá nho bằng siêu âm có thể được tinh sạch bằng cột carbon mao quản trung bình, giúp tăng độ tinh khiết của resveratrol từ 2,1 lên 20,6%. (tham khảo Sun và cộng sự, 2018)

Chiết xuất stilbenoid từ cuống nho bằng siêu âm

Quy trình chiết xuất bằng siêu âm của Piñeiro và cộng sự (2013) mang lại khả năng thu hồi cao các stilben như trans-resveratrol, ε-viniferin, piceatannol và vitisin B, chủ yếu có trong cành nho và cuống nho.

Tóm tắt bằng hình ảnh của nghiên cứu về chiết xuất stilbenoid từ cuống nho bằng siêu âm.
(Nghiên cứu và hình ảnh: Piñeiro và cộng sự, 2013)

Với thiết bị siêu âm UP200S (200W, 24kHz), các stilbenoid chính có trong cuống nho có thể được chiết xuất trong 15 min, sử dụng nhiệt độ chiết xuất 75°C và ethanol 80% làm dung môi chiết xuất, đồng thời không cần bước làm sạch bằng dung môi hữu cơ. Phương pháp đã tối ưu hóa cho phép phân tích hàm lượng stilbenoid trong 22 mẫu cuống nho một cách đơn giản và hiệu quả.

Biểu đồ ảnh hưởng chính đối với mức thu hồi trung bình (diện tích 10.000−1) khi chiết xuất bằng siêu âm sử dụng UP200S với các thông số khác nhau: piceatannol (a), trans-resveratrol (b), ε-viniferin (c) và vitisin-B (d).
(Nghiên cứu và đồ thị: Piñeiro và cộng sự, 2013)

Sắc ký đồ HPLC-DAD tương ứng với dịch chiết tham chiếu được làm giàu stilbenoid.
(Nghiên cứu và đồ thị: Piñeiro và cộng sự, 2013)

Thiết bị xử lý siêu âm hiệu suất cao để chiết xuất từ quả nho và cây nho

Các thiết bị chiết xuất của Hielscher Ultrasonics đã được ứng dụng vững chắc trong lĩnh vực chiết xuất thực vật, bất kể nguyên liệu thực vật hay dung môi được sử dụng. Các nhà sản xuất dịch chiết – cả nhà sản xuất chuyên biệt quy mô nhỏ lẫn nhà sản xuất hàng loạt quy mô lớn – đều tìm thấy thiết bị chiết xuất siêu âm lý tưởng cho yêu cầu sản xuất của mình trong danh mục thiết bị đa dạng của Hielscher. Các hệ thống xử lý theo mẻ cũng như xử lý liên tục trên đường ống đều có sẵn và có thể được gửi đi ngay trong ngày.

Chiết xuất hiệu quả cao bằng thiết bị siêu âm Hielscher

Các thiết bị chiết xuất siêu âm Hielscher phá vỡ tế bào thực vật một cách hiệu quả, tăng diện tích bề mặt của nguyên liệu thực vật để dung môi thâm nhập, đồng thời cải thiện quá trình truyền khối, giúp giải phóng nhanh chóng và hoàn toàn các hợp chất hóa thực vật (chất chuyển hóa thứ cấp). Được thiết kế chú trọng tính thân thiện với người dùng, các thiết bị chiết xuất Hielscher có thể được lắp đặt nhanh chóng và vận hành an toàn, trực quan.
 
Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: