Ultralydsudvinding af flavonoider fra propolis

Ultralydsudvinding af flavonoider fra propolis

Propolis er et klæbrigt, gelatineagtigt fast stof dannet af harpiks opsamlet af bier og sekret fra deres kirtler. Bier bruger det til at reparere deres bistader, både til at forsvare sig mod invaderende fjender og til at hæmme væksten af ​​mikroorganismer i bikuben. Sammensætningen af ​​propolis er ekstremt kompleks, med over 300 komponenter identificeret i 20 hovedkategorier, primært inklusive flavonoider, phenolsyrer, terpener, estere, steroider, aminosyrer og vitaminer. Sammensætningen af ​​propolis er ikke statisk; det bestemmes af faktorer som geografisk region, indsamlingssæson, plantearter og bibestand. Propolis har en bred vifte af farmakologiske aktiviteter, herunder antibakterielle, svampedræbende, antiinflammatoriske, antivirale, antitumor-, antioxidant- og immunmodulerende virkninger. 

I de senere år er propolis blevet meget brugt i fødevare-, kosmetik- og farmaceutiske industrier. Flavonoider er vigtige aktive stoffer i propolis, der udviser forskellige biologiske aktiviteter såsom antioxidanter, antimikrobielle, anticancer og immunmodulerende virkninger. Derfor er optimering af udvindingsprocessen af ​​propolis flavonoider og forbedring af udbyttet af propolis flavonoider af stor referenceværdi for udvikling og forskning af propolis og er af stor betydning for industriel og social udvikling. 

På nuværende tidspunkt er der mange metoder til udvinding af propolisflavonoider, hovedsageligt inklusive macerationsmetode, opvarmningsrefluksmetode, mikrobølgeekstraktionsmetode, ultralydsekstraktionsmetode, ultrahøjtryksekstraktionsmetode og superkritisk CO2-ekstraktionsmetode. Macerationsmetoden er enkel at betjene, men den tager lang tid og kræver en stor mængde opløsningsmiddel; varmetilbageløbsmetoden bruger mindre opløsningsmiddel, men den er besværlig at betjene, tager lang tid at udvinde og har en høj ekstraktionstemperatur, som let kan ødelægge de aktive ingredienser; mikrobølgeekstraktionsmetoden er enkel at betjene og har en kort ekstraktionstid, men den høje ekstraktionstemperatur kan nemt ødelægge de aktive ingredienser; ultrahøjtryksekstraktionsmetoden og den superkritiske CO2-ekstraktionsmetode er korte i drift, har lavt energiforbrug og er forureningsfrie, men udstyrsomkostningerne er høje. Sammenlignet med ovenstående ekstraktionsmetoder har ultralydsekstraktionsmetoden simpelt udstyr, enkel betjening, kort tid, høj effektivitet, lavt energiforbrug og lille mængde opløsningsmiddel. Ultralydsbølger reducerer partikelstørrelsen af ​​råmaterialer gennem mekanisk virkning og kavitationseffekt, ødelægger effektivt cellestruktur, øger masseoverførselshastigheden af ​​opløste stoffer og forbedrer dermed udbyttet[4].

Analyse ved hjælp af Design Expert 8.0.6-software afslørede de optimale ekstraktionsbetingelser: ultralydseffekt på 163,38 W, ultralydsekstraktionstid på 15,89 minutter og ethanolkoncentration på 85,67 %. Under disse betingelser var det forudsagte ekstraktionsudbytte 21,11%. For yderligere at verificere pålideligheden og nøjagtigheden af ​​regressionsmodellen blev der udført et valideringseksperiment under anvendelse af de førnævnte optimale forhold. I betragtning af praktisk funktionalitet blev de optimale betingelser modificeret til: ultralydseffekt på 150 W, ultralydsekstraktionstid på 16 minutter og ethanolkoncentration på 86%. Under disse forhold var ekstraktionsudbyttet af propolisflavonoider 21,10 % ± 0,075 % (n=3 forsøg), tæt på modellens forudsagte værdi, hvilket bekræfter modellens nøjagtighed og pålidelighed.

Sammenlignende analyse af ultralydsekstraktionsmetoder

Generelt bedømmes kvaliteten af ​​propolis ud fra dets flavonoidindhold; et indhold over 5 % betragtes som kvalificeret, og et indhold over 15 % betragtes som overlegent. Flavonoidekstraktionsudbyttet af propolis i dette eksperiment nåede 21,10% under optimale ultralydsekstraktionsbetingelser, derfor er propolisen, der blev brugt i dette eksperiment fra Xiaogan, Hubei-provinsen, af overlegen kvalitet. Flavonoidindholdet i propolis er direkte relateret til propolisens geografiske oprindelse, med betydelige forskelle mellem forskellige regioner. Propolis brugt i dette eksperiment er ikke blevet rapporteret i eksisterende litteratur, og dens kilde adskiller sig fra den i eksisterende litteratur. Derfor er det uhensigtsmæssigt at bedømme kvaliteten af ​​ultralydsprocessen baseret udelukkende på flavonoidudbyttet; kun ekstraktionsbetingelserne blev sammenlignet. Cao Xiaoyan et al. brugte ultralyd til at udvinde flavonoider fra Shaanxi propolis og opnåede den optimale ekstraktionsproces som følger: ultralydstid på 20 min, ekstraktionstemperatur på 50 ℃, materiale-væskeforhold på 1:30, ethanolkoncentration på 80 % og flavonoidudbytte på 9,60 %; Li Shuai [6] optimerede ultralydsekstraktionsprocessen for Jilin propolis flavonoider ved hjælp af responsoverflademetodologi og opnåede de optimale ekstraktionsbetingelser som følger: ultralydstid på 27 min, ekstraktionstemperatur på 66 ℃, ultralydseffekt på 220 W, ethanolkoncentration på 73 % og flavonoidudbytte på 27 %; An Yanbo et al. opnåede de optimale ultralydsekstraktionsprocesparametre for Shandong propolis flavonoider gennem eksperimenter som følger: ultralydstid på 25 minutter, ethanolkoncentration på 72 %, ultralydseffekt på 82 % og faktisk flavonoidudbytte på 13,07 %. Sammenlignet med de eksisterende rapporterede ultralydsekstraktionsprocesser af propolis flavonoider, har ultralydsekstraktionsmetoden i dette eksperiment fordelene ved lav ekstraktionstemperatur og kort ekstraktionstid. 

Konklusion

Dette papir optimerer ultralydsekstraktionsprocessen af ​​propolis flavonoider ved hjælp af responsoverflademetodologi, og følgende konklusioner drages:

(1) Ekstraktionsudbyttet af propolisflavonoider stiger først og falder derefter med stigende ultralydseffekt og ultralydsekstraktionstid, og stiger først og forbliver derefter konstant med stigende ethanolkoncentration.

(2) Gennem variansanalyse af regressionsligningen er de vigtigste og sekundære faktorer, der påvirker ekstraktionsudbyttet af propolisflavonoider, i rækkefølge ultralydsekstraktionstid, ethanolkoncentration og ultralydseffekt.

(3) Gennem analyse ved brug af responsoverflademetodologi og i betragtning af gennemførligheden af ​​den faktiske drift, er de optimale ekstraktionsbetingelser: ultralydseffekt på 150 W, ultralydsekstraktionstid på 16 minutter og ethanolkoncentration på 86 %. Under disse forhold er det forudsagte ekstraktionsudbytte af propolisflavonoider 21,11%. Verifikationsforsøg på ovenstående ekstraktionsbetingelser viser, at ekstraktionsudbyttet af propolisflavonoider er 21,10 % ± 0,075 % (n=3), hvilket er tæt på den forudsagte værdi af modellen, hvilket bekræfter modellens nøjagtighed og pålidelighed.

Fordelagtige virkninger af denne opfindelse: Traditionelle ethanolekstraktionsmetoder kræver lang tid og har en lav ekstraktionshastighed. Soxhlet-ekstraktion, med sin alt for høje ekstraktionstemperatur, udvinder også andre komponenter, hvilket påvirker ekstraktionsprocessen og kræver betydelige udstyrsinvesteringer. Ultralydsekstraktion, sammenlignet med de to foregående metoder, forbedrer ekstraktionstiden og effektiviteten markant, og ekstraherer de fleste af de alkoholopløselige stoffer fra propolis på kun 25 minutter, hvilket giver en effektiv metode til at udvinde funktionelle komponenter fra propolis.

Det er tydeligt, at ultralyd giver væsentlige fordele i ekstraktionstid og effektivitet, hvilket gør den yderst effektiv til at accelerere propolisekstraktion. Dette viser det store potentiale ved ultralydsekstraktion og dens egnethed til industrielle applikationer.

Ultralyd fremskynder masseoverførsel, opnår gode resultater ved lavere temperaturer, og bevarer effektivt råvarens naturlige smag, farve og varmefølsomme stoffer. Desuden er den forstærkende effekt af ultralyd på propolis kontinuerlig; selv efter at ultralydsbehandlingen stopper, fortsætter dens accelererede ekstraktionsproces i en periode. Derfor har den brede udviklingsmuligheder i fødevareindustrien.