Chiết xuất quercetin bằng siêu âm

Quercetin là một trong những polyphenol thực vật được nghiên cứu rộng rãi nhất, được đánh giá cao nhờ hoạt tính chống oxy hóa và vai trò trong các sản phẩm bổ sung dinh dưỡng, thực phẩm chức năng và dược thực phẩm. Vì quercetin và các glycoside của nó (ví dụ: rutin, isoquercetin) nhạy cảm với nhiệt và quá trình oxy hóa, việc sản xuất dịch chiết có độ tinh khiết cao đòi hỏi một kỹ thuật chiết xuất hiệu quả nhưng nhẹ nhàng, không dùng nhiệt. Đây chính là điểm mạnh của phương pháp chiết xuất quercetin bằng siêu âm.

Công nghệ siêu âm hiệu suất cao cho dịch chiết quercetin chất lượng cao

Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) sử dụng siêu âm công suất cao, tần số thấp để phá vỡ thành tế bào thực vật bằng tác động cơ học và tăng mạnh quá trình truyền khối, giải phóng quercetin vào dung môi chỉ trong vài phút thay vì hàng giờ. So với phương pháp ngâm chiết, chiết Soxhlet hoặc chiết ngâm nóng, chiết xuất bằng siêu âm mang lại hiệu suất thu hồi cao hơn, thời gian xử lý ngắn hơn, thể tích dung môi thấp hơn và hoạt tính sinh học được bảo toàn tốt hơn – khiến phương pháp này trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các phòng thí nghiệm, cơ sở thí điểm và hoạt động sản xuất dịch chiết thực vật và polyphenol ở quy mô công nghiệp.

Ảnh hưởng của xử lý siêu âm đến cấu trúc tế bào: Sự phá vỡ thành tế bào do siêu âm gây ra cho phép giải phóng quercetin và rutin từ Euonymus alatus.
Hình ảnh và nghiên cứu: ©Yang và Zhang, 2008.

Vì sao quercetin cần một phương pháp chiết xuất nhẹ nhàng

Quercetin có trong nhiều loại trái cây, rau củ và thảo mộc – bao gồm táo, hành tây, quả mọng, trà, nho và rau lá xanh. Là một polyphenol/flavonol, quercetin có thể bị phân hủy khi tiếp xúc lâu với nhiệt, trong điều kiện kiềm mạnh hoặc khi tiếp xúc kéo dài với dung môi, làm giảm hiệu suất thu hồi và ảnh hưởng đến chất lượng dịch chiết cuối cùng. Do đó, một phương pháp nhẹ nhàng, không dùng nhiệt và có thời gian xử lý ngắn giúp bảo toàn cả lượng quercetin chiết được lẫn chất lượng chức năng (khả năng chống oxy hóa) của quercetin.

Nguyên lý hoạt động của phương pháp chiết xuất quercetin bằng siêu âm

Vai trò của hiện tượng xâm thực âm học
Siêu âm cường độ cao tạo ra các bọt xâm thực cực nhỏ trong chất lỏng. Sự sụp đổ hướng vào trong của các bọt này tạo ra các điểm nóng cục bộ, lực cắt và các tia chất lỏng vi mô làm vỡ thành tế bào thực vật và phá vỡ cấu trúc nền mô. Điều này mở các khoang tế bào chứa quercetin và đẩy nhanh sự khuếch tán của quercetin vào dung môi xung quanh, nhờ đó hoạt chất được giải phóng nhanh hơn và hoàn toàn hơn.

Quy trình điển hình để chiết xuất quercetin bằng siêu âm

1. Chuẩn bị: nghiền, cắt hoặc sấy thăng hoa nguyên liệu thực vật thô (ví dụ: lá, vỏ, hạt) để tăng diện tích bề mặt.
2. Lựa chọn dung môi: chọn dung môi xanh, đạt chuẩn dùng cho thực phẩm như nước, ethanol hoặc hỗn hợp nước–ethanol.
3. Xử lý siêu âm: chiết xuất ở chế độ theo mẻ (có khuấy) hoặc ở chế độ dòng chảy liên tục qua buồng dòng chảy trong 5–30 phút.
4. Phân tách: lọc hoặc ly tâm dịch chiết và thu hồi phần chất lỏng giàu quercetin.
5. Cô đặc / tinh sạch: có thể sấy khô, kết tủa hoặc tinh sạch tùy nhu cầu.

Lưu ý: Thời gian, biên độ và tỷ lệ dung môi cụ thể phụ thuộc vào loài thực vật và nền mẫu mục tiêu – các chuyên gia quy trình của chúng tôi có thể giúp bạn tối ưu hóa các thông số quy trình cho nguyên liệu của bạn.

Nghiên cứu điển hình: Chiết xuất quercetin có hỗ trợ siêu âm

Sharifi và cộng sự (2017) đã cho thấy chiết xuất bằng siêu âm là một phương pháp hiệu quả và thiết thực để chiết xuất các flavonoid như quercetin từ cây dược liệu. Họ đã sử dụng thiết bị Hielscher UP400St (400W, xem hình bên trái) ở mức biên độ 50%. Lá củ cải (Raphanus Sativus) được ngâm trong methanol và xử lý siêu âm trong 10 min., cho hiệu suất thu hồi quercetin là 11,8%. Tính ưu việt của phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm so với các kỹ thuật thông thường như ngâm chiết, chiết Soxhlet và chiết bằng gia nhiệt. Chiết xuất bằng siêu âm vượt trội nhờ hiệu suất thu hồi cao hơn, thời gian chiết xuất ngắn hơn đáng kể và lượng dung môi ít hơn. Việc áp dụng sóng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực, phá vỡ thành tế bào của nguyên liệu thực vật và thúc đẩy quá trình truyền khối. Do đó, chiết xuất bằng siêu âm hiệu quả hơn các phương pháp truyền thống và vượt trội trong việc chiết xuất quercetin từ các nền hữu cơ. Mặc dù chiết xuất bằng siêu âm chỉ cần 10 min. – so với thời gian chiết xuất là 24hrs đối với ngâm chiết, 60min. đối với chiết bằng gia nhiệt và 24hrs đối với chiết Soxhlet – lượng quercetin chiết xuất bằng siêu âm vẫn cao hơn so với chiết bằng gia nhiệt, ngâm chiết và chiết Soxhlet.

Chiết xuất bằng siêu âm (UAE) cho hiệu suất thu hồi quercetin cao hơn đáng kể trong thời gian chiết xuất ngắn hơn so với các phương pháp chiết xuất thông thường.
nguồn: Sharifi at al., 2017

Thiết bị chiết xuất bằng siêu âm

Hielscher Ultrasonics chuyên sản xuất các thiết bị xử lý siêu âm hiệu suất cao để sản xuất dịch chiết thực vật chất lượng cao.
Hielscher cung cấp danh mục sản phẩm đa dạng, từ các máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn, mạnh mẽ đến các hệ thống để bàn bền bỉ và các hệ thống hoàn toàn dành cho công nghiệp, cung cấp siêu âm cường độ cao để chiết xuất và phân lập hiệu quả các chất có hoạt tính sinh học (ví dụ: polyphenol, gingerol, piperine, curcumin v.v.). Tất cả các thiết bị siêu âm từ 200 oát đến 16.000 oát đều có màn hình màu để điều khiển kỹ thuật số, thẻ SD tích hợp để ghi dữ liệu tự động, chức năng điều khiển từ xa qua trình duyệt và nhiều tính năng thân thiện với người dùng khác. Các đầu siêu âm và buồng dòng chảy (những bộ phận tiếp xúc với môi chất) có thể được tiệt trùng bằng nồi hấp và dễ vệ sinh. Tất cả các máy siêu âm của chúng tôi đều được chế tạo để vận hành 24/7, ít cần bảo trì, dễ vận hành và an toàn khi sử dụng.
Màn hình màu kỹ thuật số giúp người dùng dễ dàng điều khiển máy siêu âm, cho phép điều chỉnh chính xác quá trình. Các hệ thống của chúng tôi có khả năng cung cấp biên độ từ thấp đến rất cao. Để chiết xuất các polyphenol như quercetin, chúng tôi cung cấp các đầu siêu âm đặc biệt (còn được gọi là đầu dò hoặc còi siêu âm), được tối ưu hóa để phân lập nhẹ nhàng các hoạt chất chất lượng cao. Độ bền của các máy siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.
Việc kiểm soát chính xác các thông số của quá trình siêu âm đảm bảo khả năng tái lập và tiêu chuẩn hóa quá trình.