Ultrazvuková extrakce flavonoidů z propolisu

Ultrazvuková extrakce flavonoidů z propolisu

Propolis je lepkavá, želatinová pevná látka vytvořená z pryskyřice sbírané včelami a sekretu jejich žláz. Včely jej používají k opravě svých úlů, a to jak k obraně proti útočícím nepřátelům, tak k inhibici růstu mikroorganismů v úlu. Složení propolisu je extrémně složité, s více než 300 složkami identifikovanými ve 20 hlavních kategoriích, především včetně flavonoidů, fenolových kyselin, terpenů, esterů, steroidů, aminokyselin a vitamínů. Složení propolisu není statické; je určeno faktory, jako je geografická oblast, období sběru, rostlinný druh a populace včel. Propolis má široké spektrum farmakologických aktivit, včetně antibakteriálních, protiplísňových, protizánětlivých, antivirových, protinádorových, antioxidačních a imunomodulačních účinků. 

V posledních letech se propolis široce používá v potravinářském, kosmetickém a farmaceutickém průmyslu. Flavonoidy jsou důležité aktivní látky v propolisu, které vykazují různé biologické aktivity, jako jsou antioxidační, antimikrobiální, protirakovinné a imunomodulační účinky. Optimalizace procesu extrakce propolisových flavonoidů a zlepšení výtěžnosti propolisových flavonoidů mají proto velkou referenční hodnotu pro vývoj a výzkum propolisu a mají velký význam pro průmyslový a společenský rozvoj. 

V současné době existuje mnoho metod pro extrakci propolisových flavonoidů, zejména metoda macerace, metoda ohřevu pod zpětným chladičem, metoda mikrovlnné extrakce, metoda ultrazvukové extrakce, metoda extrakce ultravysokým tlakem a metoda superkritické extrakce CO2. Metoda macerace je jednoduchá na obsluhu, ale trvá dlouho a vyžaduje velké množství rozpouštědla; metoda zahřívání pod zpětným chladičem používá méně rozpouštědla, ale její provoz je obtížný, extrahování trvá dlouho a má vysokou extrakční teplotu, která může snadno zničit aktivní složky; metoda mikrovlnné extrakce se snadno ovládá a má krátkou dobu extrakce, ale vysoká teplota extrakce může snadno zničit účinné látky; metoda extrakce ultravysokým tlakem a metoda superkritické extrakce CO2 jsou krátké na provoz, mají nízkou spotřebu energie a jsou bez znečištění, ale náklady na zařízení jsou vysoké. Ve srovnání s výše uvedenými metodami extrakce má metoda ultrazvukové extrakce jednoduché vybavení, jednoduchou obsluhu, krátkou dobu, vysokou účinnost, nízkou spotřebu energie a malé množství rozpouštědla. Ultrazvukové vlny zmenšují velikost částic surovin mechanickým působením a kavitačním efektem, účinně ničí buněčnou strukturu, zvyšují rychlost přenosu hmoty rozpuštěných látek, a tím zlepšují výtěžnost[4].

Analýza pomocí softwaru Design Expert 8.0.6 odhalila optimální podmínky extrakce: výkon ultrazvuku 163,38 W, doba extrakce ultrazvukem 15,89 min a koncentrace etanolu 85,67 %. Za těchto podmínek byl předpokládaný výtěžek extrakce 21,11 %. Pro další ověření spolehlivosti a přesnosti regresního modelu byl proveden ověřovací experiment za použití výše uvedených optimálních podmínek. S ohledem na praktickou provozuschopnost byly optimální podmínky upraveny na: výkon ultrazvuku 150 W, doba extrakce ultrazvukem 16 min a koncentrace etanolu 86 %. Za těchto podmínek byl výtěžek extrakce propolisových flavonoidů 21,10 % ± 0,075 % (n=3 pokusy), blízko předpokládané hodnotě modelu, což potvrzuje přesnost a spolehlivost modelu.

Srovnávací analýza metod ultrazvukové extrakce

Obecně se kvalita propolisu posuzuje na základě obsahu flavonoidů; obsah nad 5 % je považován za kvalifikovaný a obsah nad 15 % je považován za lepší. Výtěžek flavonoidní extrakce propolisu v tomto experimentu dosáhl 21,10 % za optimálních podmínek ultrazvukové extrakce, proto má propolis použitý v tomto experimentu z Xiaogan, provincie Hubei, vynikající kvalitu. Obsah flavonoidů v propolisu přímo souvisí s geografickým původem propolisu, přičemž mezi různými regiony existují značné rozdíly. Propolis použitý v tomto experimentu nebyl uveden v existující literatuře a jeho zdroj se liší od zdroje v existující literatuře. Posuzování kvality ultrazvukového procesu pouze na základě výtěžku flavonoidů je proto nevhodné; porovnávaly se pouze podmínky extrakce. Cao Xiaoyan a kol. použil ultrazvuk k extrakci flavonoidů z propolisu Shaanxi a získal optimální extrakční proces takto: doba ultrazvuku 20 minut, teplota extrakce 50 ℃, poměr materiál-kapalina 1:30, koncentrace etanolu 80 % a výtěžek flavonoidů 9,60 %; Li Shuai [6] optimalizoval proces ultrazvukové extrakce flavonoidů propolisu Jilin pomocí metodologie povrchu odezvy a získal optimální podmínky extrakce takto: doba ultrazvuku 27 minut, teplota extrakce 66 ℃, výkon ultrazvuku 220 W, koncentrace etanolu 73 % a výtěžek flavonoidů 23,38 %; An Yanbo a kol. získali optimální parametry procesu ultrazvukové extrakce flavonoidů propolisu Shandong pomocí následujících experimentů: doba ultrazvuku 25 minut, koncentrace etanolu 72 %, síla ultrazvuku 82 % a skutečný výtěžek flavonoidů 13,07 %. V porovnání se stávajícími popisovanými postupy ultrazvukové extrakce propolisových flavonoidů má metoda ultrazvukové extrakce v tomto experimentu výhody nízké extrakční teploty a krátké doby extrakce. 

Závěr

Tento článek optimalizuje proces ultrazvukové extrakce propolisových flavonoidů pomocí metodologie reakčního povrchu a jsou vyvozeny následující závěry:

(1) Výtěžek extrakce propolisových flavonoidů nejprve roste a poté klesá s rostoucím výkonem ultrazvuku a dobou extrakce ultrazvukem a nejprve se zvyšuje a poté zůstává konstantní se zvyšující se koncentrací etanolu.

(2) Prostřednictvím analýzy rozptylu regresní rovnice jsou hlavními a vedlejšími faktory ovlivňujícími výtěžek extrakce propolisových flavonoidů v pořadí doba extrakce ultrazvukem, koncentrace etanolu a výkon ultrazvuku.

(3) Na základě analýzy s použitím metodologie povrchu odezvy a s ohledem na proveditelnost skutečného provozu jsou optimální podmínky extrakce: výkon ultrazvuku 150 W, doba extrakce ultrazvukem 16 minut a koncentrace etanolu 86 %. Za těchto podmínek je předpokládaný výtěžek extrakce propolisových flavonoidů 21,11 %. Ověřovací experimenty na výše uvedených podmínkách extrakce ukazují, že výtěžnost extrakce propolisových flavonoidů je 21,10 % ± 0,075 % (n=3), což se blíží predikované hodnotě modelu, čímž se potvrzuje přesnost a spolehlivost modelu.

Příznivé účinky tohoto vynálezu: Tradiční způsoby extrakce ethanolem vyžadují dlouhou dobu a mají nízkou rychlost extrakce. Soxhletova extrakce se svou nadměrně vysokou extrakční teplotou extrahuje i další složky, což ovlivňuje extrakční proces a vyžaduje značné investice do zařízení. Ultrazvuková extrakce ve srovnání s předchozími dvěma metodami výrazně zlepšuje dobu a účinnost extrakce, většinu látek rozpustných v alkoholu z propolisu extrahuje za pouhých 25 minut a poskytuje efektivní metodu extrakce funkčních složek z propolisu.

Je zřejmé, že ultrazvuk nabízí podstatné výhody v době extrakce a účinnosti, díky čemuž je vysoce účinný pro urychlení extrakce propolisu. To dokazuje velký potenciál ultrazvukové extrakce a její vhodnost pro průmyslové aplikace.

Ultrazvuk urychluje přenos hmoty, dosahuje dobrých výsledků při nižších teplotách, účinně zachovává přirozenou chuť, barvu a látky citlivé na teplo suroviny. Navíc zesilující účinek ultrazvuku na propolis je nepřetržitý; i po ukončení ultrazvukového ošetření po určitou dobu pokračuje jeho zrychlený extrakční proces. Proto má široké vyhlídky rozvoje v potravinářském průmyslu.