Kan ultralydsekstraktion øge anti-influenza-aktiviteten af ​​Aloe Vera?

1 Princip for ultralydsekstraktion

Ultralyd er defineret som en lydbølge med en frekvens større end 20 khz, som overstiger grænsen for menneskelig høredetektion. Ultralyd er en mekanisk bølge med høj energitæthed. Dens lydenergiudgangskilde er normalt et vibrerende objekt, som kan få det omgivende medium til at vibrere og derefter overføre energi til andre tilstødende partikler. Når ultralyd passerer gennem mediet, forårsager det den langsgående forskydning af partiklerne. Disse tætte molekylære effekter forårsager cellevægsbeskadigelse og accelererer masseoverførselshastigheden af ​​effektive stoffer i mediet, hvorved formålet med at forbedre ekstraktionshastigheden opnås. Ultralydsekstraktion er ikke afhængig af en enkelt virkningsmekanisme, men virker kontinuerligt eller samtidigt gennem flere fysiske mekanismer såsom mekanisk fragmentering, termisk effekt og kavitationseffekt. I homogenatet af fast-væske-blanding vil mikrostrålerne og mikro-turbulensen, der genereres af akustisk kavitation i det flydende medium, forårsage stærke mekaniske forstyrrelser, hvorved kollisionen mellem partikler intensiveres, hvilket let kan føre til nedbrydning og lokal brud af nogle sprøde materialer. På den anden side, på grund af reduktionen i partikelstørrelse, øges masseoverførselshastigheden af ​​faste partikler og kontaktarealet mellem faste og flydende faser, hvilket er befordrende for at accelerere opløsningen af ​​indholdet i prøvematrixen.

Kavitationseffekten er et unikt og komplekst fysisk fænomen forårsaget af udbredelse og vibration af ultralyd i væske. Det refererer generelt til processen med dannelse, udvidelse og brud af kavitationsbobler i væske. Kort sagt, når høj-intensitet ultralyd anvendes, kan tiltrækningen mellem medium molekyler overstige den kritiske værdi, hvorved der genereres høj forskydningsspænding i væsken og efterfølgende danne kavitationsbobler. 1 Kavitationsboble dannes nær overfladen af ​​matrixen. Efter at have gennemgået kontinuerlige kompression-sjældenhedscyklusser, vil kavitationsboblen briste under kompressionscyklussen og generere kortvarig varmeenergi, hvorved der dannes højhastighedsmikrojetvæske på overfladen af ​​matrixen og generere stærke stødbølger. Denne proces kan gøre den omgivende lokale temperatur så høj som omkring 5.000 K, og det øjeblikkelige tryk kan nå 50 ~ 1000 atm. Det dannede højtryks- og højtemperaturmiljø vil ødelægge plantematrixens cellevæg og derved frigive intracellulære stoffer i opløsningen. Fra scanningselektronmikroskopbillederne af basilikumblade taget af CHEMAT og andre før og efter olieudvinding, kan det iagttages mere levende: før ekstraktion er kirtlerne på bladene glatte og fyldige; efter ekstraktion begynder de at krympe, men kirtelstrukturen forbliver intakt; og efter ultralydsassisteret ekstraktion er kirtlerne fuldstændigt ødelagte, og alt deres indhold frigives.

Aloe vera har vundet stor popularitet og er blevet kommercialiseret som et skønhedsprodukt, afføringsmiddel, urtemedicin, og dets antibakterielle aktivitet er blevet påvist. Men bortset fra nogle få rapporter er den antivirale aktivitet af aloe vera ikke blevet godt demonstreret. Til dato er det almindeligt at udvinde aloe vera-forbindelser ved hjælp af organiske opløsningsmidler, da de aktive ingredienser effektivt kan udvindes i methanol. I denne undersøgelse brugte vi en 5-minutters ultralydsekstraktionsmetode til effektivt at ekstrahere aloin og aloe-emodin-forbindelser fra aloe vera i vand. Denne hurtige one-pot ekstraktionsproces forbedrede ekstraktionen af ​​flavonoider og phenoler i ultralydsvandekstrakten og berigede aloin- og aloe-emodin-fraktionerne. Ekstrakterne blev testet for deres anti-influenza-aktivitet, og resultaterne viste, at ultralydsekstraktion gjorde det muligt for vandekstrakten at udvise fremragende anti-influenza-aktivitet, der kan sammenlignes med methanolekstraktets. Cytotoksiciteten af ​​vandekstraktet var nul sammenlignet med methanolekstraktet, som havde høj cytotoksicitet. Spektrofotometrisk scanning af ekstrakterne bekræftede berigelsen af ​​aloin- og aloe-emodin-toppe i ultralydsekstraktet af aloe vera, hvilket indikerer deres håndværk bag anti-influenza-aktiviteten. De demonstrerede teknikker, hvis de er korrekt implicerede, vil føre til lovende løsninger i den farmaceutiske stræben efter at bekæmpe influenzavirus.

Til dato er mere end 200 bioaktive kemikalier blevet fundet i aloe vera gel, og deres bioaktivitet skyldes mere sandsynligt de synergistiske virkninger af forbindelser frem for enkeltforbindelser. Derfor er korrekt ekstraktion af bioaktive forbindelser afgørende for fuldt ud at udnytte alle de aktive ingredienser for deres fysiologiske og medicinske egenskaber.

Aloe vera gel har vist sig at være effektiv mod både Gram-positive og Gram-negative bakterier, samt visse svampe og vira. Inhiberende virkninger af Bacillus versicolor mod humant cytomegalovirus, herpes simplex virus type 2 (HSV-2) og poliovirus er blevet rapporteret. Influenza er en akut luftvejsinfektion forårsaget af influenzavirus med en enorm global påvirkning. Denne virus har potentiale til at forårsage alvorlige pandemier og økonomiske tab. Dets genom er meget variabelt med en høj mutationshastighed, hvilket gør det resistent over for mange lægemidler. I øjeblikket har syntetiske antivirale lægemidler og metoder (nukleoproteinhæmmere, neuraminidasehæmmere, ionkanalblokkere og siRNA-teknologi) begrænset anvendelse på grund af fremkomsten af ​​lægemiddelresistente stammer, høje omkostninger og skadelige bivirkninger. Naturlægemidler er lave i omkostninger, lav i toksicitet og har ofte multi-target effekter, som ikke kun kan fungere som antivirale lægemidler, men også stimulere immunsystemet til at bekæmpe vira. Klassisk definerede antivirale mekanismer af medicinske planter omfatter inhibering af viral replikation, blokering af viral vedhæftning, inaktivering af vira og forebyggelse af virusinfektion. Efterforskernes og kundernes interesse for at bruge disse lægemidler er steget på grund af en præference for naturmedicin og bekymringer om de giftige virkninger af syntetiske materialer.

Ultralyd er karakteriseret ved høj frekvens (18 kHz-1 MHz), lille forskydning (mindre end ca. 50 mm), moderat hastighed (ms-1), stejl tværgående hastighedsgradient (op til 4.000 s-1) og meget høj acceleration (op til ca. 80.000 g). Når den akustiske effektinput er høj nok, producerer ultralyd kavitation, hvilket tillader mikrobobler at blive genereret på nukleationsstedet. Boblerne vokser under lydbølgens sjældne fase og kollapser derefter under kompressionsfasen. Under kollapset passerer stærke chokbølger gennem mediet. Hele processen med kernedannelse, vækst og brud af bobler under påvirkning af stærke lydbølger kaldes kavitation. Med hensyn til ekstraktion har ekstraktion ved hjælp af ultralyd eller ultralydsmembranafbrydelse fordelene ved at forkorte ekstraktionstiden markant og øge ekstraktionsudbyttet. Anvendelsen af ​​ultralyd ødelægger cellevægsstrukturen og accelererer diffusionen af ​​cellemembranen; derfor lyseres cellerne, hvorved frigivelsen af ​​celleindhold fremmes. Ydermere er det blevet påvist, at forbedringen af ​​plantevævshydrering under ultralyd falder sammen med afbrydelsen af ​​plantevæv og fører til forbedret ekstraktion under ultralyd. Derfor har anvendelsen af ​​ultralydsteknologi i aloe-ekstraktion gode udsigter.

Det aktuelle arbejde fokuserer på udvinding af rige bioaktive forbindelser fra aloeekstrakt ved hjælp af ultralydsbaserede metoder. Ultralydsekstraktionsfrekvensen blev optimeret for at opnå den ønskede ekstraktionseffekt. Ultralydsekstraktion producerede nanopakning af aktive metabolitter med øget opløselighed i vand. For første gang blev ultralydsteknologi vist at være effektiv til at udvinde aloin- og rabarberkomponenter, der var de bedste ekstraktorer i organiske opløsningsmidler i vand.