Může ultrazvuková extrakce zvýšit protichřipkovou aktivitu aloe vera?

1 Princip ultrazvukové extrakce

Ultrazvuk je definován jako zvuková vlna s frekvencí větší než 20 khz, která přesahuje hranici detekce lidského sluchu. Ultrazvuk je mechanické vlnění s vysokou hustotou energie. Jeho zdrojem zvukové energie je obvykle vibrující předmět, který může způsobit vibraci okolního média a následně přenést energii na další sousední částice. Když ultrazvuk prochází médiem, způsobuje podélný posun částic. Tyto husté molekulární efekty způsobují poškození buněčné stěny a urychlují rychlost přenosu hmoty účinných látek v médiu, čímž je dosaženo účelu zlepšení rychlosti extrakce. Ultrazvuková extrakce se nespoléhá na jediný mechanismus účinku, ale funguje nepřetržitě nebo současně prostřednictvím více fyzikálních mechanismů, jako je mechanická fragmentace, tepelný efekt a kavitační efekt. V homogenátu směsi pevná látka-kapalina způsobí mikropaprsky a mikroturbulence generované akustickou kavitací v kapalném prostředí silné mechanické poruchy, čímž zesílí srážku mezi částicemi, což může snadno vést k rozkladu a lokálnímu prasknutí některých křehkých materiálů. Na druhé straně se v důsledku zmenšení velikosti částic zvyšuje rychlost přenosu hmoty pevných částic a kontaktní plocha mezi pevnou a kapalnou fází, což přispívá k urychlení rozpouštění obsahu v matrici vzorku.

Kavitační efekt je unikátní a komplexní fyzikální jev způsobený šířením a vibrací ultrazvuku v kapalině. Obecně se to týká procesu tvorby, expanze a prasknutí kavitačních bublin v kapalině. Jednoduše řečeno, při aplikaci ultrazvuku o vysoké intenzitě může přitažlivost mezi molekulami média překročit kritickou hodnotu, čímž se vytvoří vysoké smykové napětí v kapalině a následně se vytvoří kavitační bubliny. 1 Kavitační bublina se tvoří v blízkosti povrchu matrice. Po absolvování kontinuálních cyklů komprese-reakce kavitační bublina praskne během kompresního cyklu a generuje krátkodobou tepelnou energii, čímž se na povrchu matrice vytvoří vysokorychlostní mikrotryska a generují se silné rázové vlny. Tento proces může zvýšit okolní teplotu až na 5 000 K a okamžitý tlak může dosáhnout 50 až 1 000 atm. Vzniklé vysokotlaké a vysokoteplotní prostředí zničí buněčnou stěnu rostlinné matrice, čímž se do roztoku uvolní intracelulární látky. Ze snímků bazalkových listů z rastrovacího elektronového mikroskopu, které pořídil CHEMAT a další před a po extrakci oleje, to lze pozorovat živěji: před extrakcí jsou žlázy na listech hladké a plné; po extrakci se začnou zmenšovat, ale struktura žlázy zůstává nedotčena; a po extrakci za pomoci ultrazvuku jsou žlázy zcela porušeny a veškerý jejich obsah je uvolněn.

Aloe vera si získala širokou oblibu a byla komercializována jako kosmetický přípravek, projímadlo, bylinná medicína a byla prokázána její antibakteriální aktivita. Avšak až na několik zpráv nebyla antivirová aktivita aloe vera dobře prokázána. K dnešnímu dni je běžné extrahovat sloučeniny aloe vera pomocí organických rozpouštědel, protože aktivní složky mohou být účinně extrahovány v methanolu. V této studii jsme použili 5minutovou ultrazvukovou extrakční metodu k účinné extrakci sloučenin aloinu a aloe-emodinu z aloe vera ve vodě. Tento rychlý proces extrakce v jedné nádobě zvýšil extrakci flavonoidů a fenolických látek v ultrazvukovém vodním extraktu a obohatil aloinové a aloe-emodinové frakce. Extrakty byly testovány na jejich protichřipkovou aktivitu a výsledky ukázaly, že ultrazvuková extrakce umožnila vodnímu extraktu vykazovat vynikající protichřipkovou aktivitu srovnatelnou s methanolovým extraktem. Cytotoxicita vodního extraktu byla nulová ve srovnání s methanolovým extraktem, který měl vysokou cytotoxicitu. Spektrofotometrické skenování extraktů potvrdilo obohacení vrcholů aloinu a aloe-emodinu v ultrazvukovém extraktu z aloe vera, což ukazuje na jejich ruční působení za protichřipkovou aktivitou. Demonstrované techniky, pokud jsou správně začleněny, povedou ke slibným řešením ve farmaceutickém úsilí v boji proti chřipkovým virům.

K dnešnímu dni bylo v gelu z aloe vera nalezeno více než 200 bioaktivních chemikálií a jejich bioaktivita je pravděpodobně způsobena spíše synergickými účinky sloučenin než jednotlivých sloučenin. Proto je správná extrakce bioaktivních sloučenin zásadní pro plné využití všech aktivních složek pro jejich fyziologické a léčivé vlastnosti.

Bylo zjištěno, že gel z aloe vera je účinný proti grampozitivním i gramnegativním bakteriím a také proti některým houbám a virům. Byly hlášeny inhibiční účinky Bacillus versicolor proti lidskému cytomegaloviru, viru herpes simplex typu 2 (HSV-2) a polioviru. Chřipka je akutní respirační infekce způsobená chřipkovými viry s obrovským globálním dopadem. Tento virus má potenciál způsobit vážné pandemie a ekonomické ztráty. Jeho genom je vysoce variabilní s vysokou mírou mutací, díky čemuž je odolný vůči mnoha lékům. V současné době mají syntetická antivirová léčiva a metody (inhibitory nukleoproteinů, inhibitory neuraminidázy, blokátory iontových kanálů a technologie siRNA) omezené uplatnění v důsledku výskytu kmenů odolných vůči léčivům, vysoké ceny a škodlivých vedlejších účinků. Rostlinné léky mají nízkou cenu, nízkou toxicitu a často mají víceúčelové účinky, které mohou působit nejen jako antivirotika, ale také stimulovat imunitní systém k boji proti virům. Klasicky definované antivirové mechanismy léčivých rostlin zahrnují inhibici replikace viru, blokování připojení viru, inaktivaci virů a prevenci virové infekce. Zájem vyšetřovatelů a zákazníků o používání těchto léků vzrostl kvůli preferenci přírodních léků a obavám z toxických účinků syntetických materiálů.

Ultrazvuk se vyznačuje vysokou frekvencí (18 kHz-1 MHz), malým posunem (méně než asi 50 mm), střední rychlostí (ms-1), strmým gradientem příčné rychlosti (až 4 000 s-1) a velmi vysokým zrychlením (až asi 80 000 g). Když je akustický příkon dostatečně vysoký, ultrazvuk vytváří kavitaci, což umožňuje tvorbu mikrobublin v místě nukleace. Bubliny rostou během fáze zředění zvukové vlny a poté se zhroutí během fáze komprese. Během kolapsu procházejí médiem silné rázové vlny. Celý proces nukleace, růstu a praskání bublin působením silných zvukových vln se nazývá kavitace. Z hlediska extrakce má extrakce pomocí ultrazvuku nebo ultrazvukového narušení membrány výhody ve výrazném zkrácení doby extrakce a zvýšení výtěžku extrakce. Aplikace ultrazvuku ničí strukturu buněčné stěny a urychluje difúzi buněčné membrány; proto jsou buňky lyžovány, čímž se podporuje uvolňování obsahu buněk. Dále bylo prokázáno, že zvýšení hydratace rostlinné tkáně během ultrazvuku se shoduje s narušením rostlinné tkáně a vede ke zvýšené extrakci během ultrazvuku. Proto má aplikace ultrazvukové technologie při extrakci aloe dobré vyhlídky.

Současná práce se zaměřuje na extrakci bohatých bioaktivních sloučenin z extraktu aloe pomocí metod založených na ultrazvuku. Frekvence ultrazvukové extrakce byla optimalizována pro dosažení požadovaného extrakčního účinku. Ultrazvuková extrakce vytvořila nanobalení aktivních metabolitů se zvýšenou rozpustností ve vodě. Poprvé byla prokázána účinnost ultrazvukové technologie při extrakci složek aloinu a rebarbory, které byly nejlepšími extraktory organických rozpouštědel ve vodě.