L’estrazione ad ultrasuoni può aumentare l’attività anti-influenzale dell’Aloe Vera?

1 Principio dell'estrazione ad ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono definiti come un'onda sonora con una frequenza superiore a 20 kHz, che supera il limite di rilevamento dell'udito umano. L'ultrasuono è un'onda meccanica ad alta densità di energia. La sua fonte di emissione di energia sonora è solitamente un oggetto vibrante, che può far vibrare il mezzo circostante e quindi trasferire energia ad altre particelle adiacenti. Quando gli ultrasuoni attraversano il mezzo, provocano lo spostamento longitudinale delle particelle. Questi effetti molecolari densi causano danni alla parete cellulare e accelerano la velocità di trasferimento di massa delle sostanze efficaci nel mezzo, raggiungendo così lo scopo di migliorare la velocità di estrazione. L'estrazione ad ultrasuoni non si basa su un singolo meccanismo d'azione, ma funziona in modo continuo o simultaneo attraverso molteplici meccanismi fisici come la frammentazione meccanica, l'effetto termico e l'effetto cavitazione. Nell'omogeneizzato della miscela solido-liquido, i microfasci e la microturbolenza generati dalla cavitazione acustica nel mezzo liquido causeranno forti disturbi meccanici, intensificando così la collisione tra le particelle, che può facilmente portare alla decomposizione e alla rottura locale di alcuni materiali fragili. D'altra parte, a causa della riduzione delle dimensioni delle particelle, aumenta la velocità di trasferimento di massa delle particelle solide e l'area di contatto tra le fasi solida e liquida, il che favorisce l'accelerazione della dissoluzione del contenuto nella matrice del campione.

L'effetto cavitazione è un fenomeno fisico unico e complesso causato dalla propagazione e dalla vibrazione degli ultrasuoni nel liquido. Si riferisce generalmente al processo di formazione, espansione e rottura delle bolle di cavitazione nel liquido. In parole povere, quando si applicano ultrasuoni ad alta intensità, l'attrazione tra le molecole medie può superare il valore critico, generando così un elevato stress di taglio nel liquido e successivamente formando bolle di cavitazione. 1 La bolla di cavitazione si forma vicino alla superficie della matrice. Dopo aver subito cicli continui di compressione-rarefazione, la bolla di cavitazione si romperà durante il ciclo di compressione e genererà energia termica a breve termine, formando così un fluido a microgetto ad alta velocità sulla superficie della matrice e generando forti onde d'urto. Questo processo può portare la temperatura locale circostante fino a circa 5.000 K e la pressione istantanea può raggiungere 50~1000 atm. L'ambiente ad alta pressione e alta temperatura formato distruggerà la parete cellulare della matrice vegetale, rilasciando così sostanze intracellulari nella soluzione. Dalle immagini al microscopio elettronico a scansione delle foglie di basilico scattate da CHEMAT e altri prima e dopo l'estrazione dell'olio, si può osservare in modo più vivido: prima dell'estrazione, le ghiandole sulle foglie sono lisce e piene; dopo l'estrazione cominciano a ridursi, ma la struttura della ghiandola rimane intatta; e dopo l'estrazione assistita da ultrasuoni, le ghiandole vengono completamente rotte e tutto il loro contenuto viene rilasciato.

L’aloe vera ha guadagnato ampia popolarità ed è stata commercializzata come prodotto di bellezza, lassativo, fitoterapia ed è stata dimostrata la sua attività antibatterica. Tuttavia, ad eccezione di alcuni rapporti, l’attività antivirale dell’aloe vera non è stata ben dimostrata. Ad oggi, è consuetudine estrarre i composti dell'aloe vera utilizzando solventi organici, poiché i principi attivi possono essere estratti efficacemente in metanolo. In questo studio, abbiamo utilizzato un metodo di estrazione ad ultrasuoni di 5 minuti per estrarre efficacemente i composti di aloina e aloe-emodina dall'aloe vera in acqua. Questo rapido processo di estrazione in una sola pentola ha migliorato l'estrazione di flavonoidi e fenoli nell'estratto di acqua ad ultrasuoni e ha arricchito le frazioni di aloina e aloe-emodina. Gli estratti sono stati testati per la loro attività anti-influenzale e i risultati hanno mostrato che l'estrazione ad ultrasuoni ha permesso all'estratto acquoso di mostrare un'eccellente attività anti-influenzale paragonabile a quella dell'estratto metanolo. La citotossicità dell'estratto acquoso era pari a zero rispetto all'estratto metanolo, che presentava un'elevata citotossicità. La scansione spettrofotometrica degli estratti ha confermato l'arricchimento dei picchi di aloina e aloe-emodina nell'estratto ad ultrasuoni di aloe vera, indicando il loro lavoro manuale dietro l'attività anti-influenzale. Le tecniche dimostrate, se adeguatamente utilizzate, porteranno a soluzioni promettenti nella ricerca farmaceutica per combattere i virus dell'influenza.

Ad oggi, nel gel di aloe vera sono state trovate più di 200 sostanze chimiche bioattive ed è più probabile che la loro bioattività sia dovuta agli effetti sinergici dei composti piuttosto che ai singoli composti. Pertanto, una corretta estrazione dei composti bioattivi è fondamentale per sfruttare appieno tutti i principi attivi per le loro proprietà fisiologiche e medicinali.

È stato dimostrato che il gel di aloe vera è efficace contro i batteri Gram-positivi e Gram-negativi, nonché contro alcuni funghi e virus. Sono stati segnalati effetti inibitori del Bacillus versicolor contro il citomegalovirus umano, il virus dell’herpes simplex di tipo 2 (HSV-2) e il poliovirus. L’influenza è un’infezione respiratoria acuta causata da virus influenzali con un enorme impatto globale. Questo virus ha il potenziale di causare gravi pandemie e perdite economiche. Il suo genoma è altamente variabile con un alto tasso di mutazione, che lo rende resistente a molti farmaci. Attualmente, i farmaci e i metodi antivirali sintetici (inibitori delle nucleoproteine, inibitori della neuraminidasi, bloccanti dei canali ionici e tecnologia siRNA) hanno un'applicazione limitata a causa dell'emergere di ceppi resistenti ai farmaci, dei costi elevati e degli effetti collaterali dannosi. I medicinali a base di erbe hanno un basso costo, una bassa tossicità e spesso hanno effetti multi-bersaglio, che possono non solo agire come farmaci antivirali ma anche stimolare il sistema immunitario a combattere i virus. I meccanismi antivirali delle piante medicinali classicamente definiti comprendono l’inibizione della replicazione virale, il blocco dell’attaccamento virale, l’inattivazione dei virus e la prevenzione dell’infezione virale. L'interesse dei ricercatori e dei clienti nell'uso di questi medicinali è aumentato a causa della preferenza per le medicine naturali e delle preoccupazioni sugli effetti tossici dei materiali sintetici.

Gli ultrasuoni sono caratterizzati da alta frequenza (18 kHz-1 MHz), piccolo spostamento (meno di circa 50 mm), velocità moderata (ms-1), forte gradiente di velocità trasversale (fino a 4.000 s-1) e accelerazione molto elevata (fino a circa 80.000 g). Quando la potenza acustica assorbita è sufficientemente elevata, gli ultrasuoni producono cavitazione, consentendo la generazione di microbolle nel sito di nucleazione. Le bolle crescono durante la fase di rarefazione dell'onda sonora per poi collassare durante la fase di compressione. Durante il collasso, forti onde d'urto attraversano il mezzo. L'intero processo di nucleazione, crescita e rottura delle bolle sotto l'azione di forti onde sonore è chiamato cavitazione. In termini di estrazione, l'estrazione mediante ultrasuoni o rottura della membrana ultrasonica presenta il vantaggio di ridurre significativamente il tempo di estrazione e aumentare la resa di estrazione. L'applicazione degli ultrasuoni distrugge la struttura della parete cellulare e accelera la diffusione della membrana cellulare; pertanto, le cellule vengono lisate, favorendo così il rilascio del contenuto cellulare. Inoltre, è stato dimostrato che il miglioramento dell'idratazione del tessuto vegetale durante gli ultrasuoni coincide con la distruzione del tessuto vegetale e porta ad una maggiore estrazione durante gli ultrasuoni. Pertanto, l’applicazione della tecnologia ad ultrasuoni nell’estrazione dell’aloe ha buone prospettive.

Il lavoro attuale si concentra sull’estrazione di ricchi composti bioattivi dall’estratto di aloe utilizzando metodi basati sugli ultrasuoni. La frequenza di estrazione degli ultrasuoni è stata ottimizzata per ottenere l'effetto di estrazione desiderato. L'estrazione ad ultrasuoni ha prodotto nanopackaging di metaboliti attivi con maggiore solubilità in acqua. Per la prima volta, la tecnologia degli ultrasuoni si è dimostrata efficace nell'estrazione dei componenti di aloina e rabarbaro che erano i migliori estrattori di solventi organici in acqua.