Estrazione ad ultrasuoni dei flavonoidi dalla propoli

Estrazione ad ultrasuoni di flavonoidi dalla propoli

La propoli è una sostanza solida appiccicosa e gelatinosa formata dalla resina raccolta dalle api e dalle secrezioni delle loro ghiandole. Le api lo usano per riparare i loro alveari, sia per difendersi dai nemici invasori sia per inibire la crescita di microrganismi all'interno dell'alveare. La composizione della propoli è estremamente complessa, con oltre 300 componenti identificati in 20 categorie principali, tra cui principalmente flavonoidi, acidi fenolici, terpeni, esteri, steroidi, aminoacidi e vitamine. La composizione della propoli non è statica; è determinato da fattori quali la regione geografica, la stagione di raccolta, le specie vegetali e la popolazione di api. La propoli possiede una vasta gamma di attività farmacologiche, inclusi effetti antibatterici, antifungini, antinfiammatori, antivirali, antitumorali, antiossidanti e immunomodulatori. 

Negli ultimi anni la propoli è stata ampiamente utilizzata nell’industria alimentare, cosmetica e farmaceutica. I flavonoidi sono importanti sostanze attive nella propoli, che esibiscono varie attività biologiche come effetti antiossidanti, antimicrobici, antitumorali e immunomodulatori. Pertanto, l'ottimizzazione del processo di estrazione dei flavonoidi della propoli e il miglioramento della resa dei flavonoidi della propoli sono di grande valore di riferimento per lo sviluppo e la ricerca sulla propoli e sono di grande importanza per lo sviluppo industriale e sociale. 

Al momento, esistono molti metodi per estrarre i flavonoidi della propoli, tra cui principalmente il metodo di macerazione, il metodo di riscaldamento a riflusso, il metodo di estrazione a microonde, il metodo di estrazione ad ultrasuoni, il metodo di estrazione ad altissima pressione e il metodo di estrazione con CO2 supercritica. Il metodo della macerazione è semplice da utilizzare, ma richiede molto tempo e richiede una grande quantità di solvente; il metodo del riscaldamento a riflusso utilizza meno solvente, ma è problematico da utilizzare, richiede molto tempo per l'estrazione e ha un'elevata temperatura di estrazione, che può facilmente distruggere i principi attivi; il metodo di estrazione a microonde è semplice da utilizzare e ha un tempo di estrazione breve, ma l'elevata temperatura di estrazione può facilmente distruggere i principi attivi; il metodo di estrazione ad altissima pressione e il metodo di estrazione con CO2 supercritica sono di breve durata, hanno un basso consumo energetico e non inquinano, ma il costo dell'attrezzatura è elevato. Rispetto ai metodi di estrazione di cui sopra, il metodo di estrazione ad ultrasuoni presenta attrezzature semplici, funzionamento semplice, breve tempo, alta efficienza, basso consumo energetico e piccola quantità di solvente. Le onde ultrasoniche riducono la dimensione delle particelle delle materie prime attraverso l'azione meccanica e l'effetto di cavitazione, distruggono efficacemente la struttura cellulare, aumentano la velocità di trasferimento di massa delle sostanze disciolte e quindi migliorano la resa[4].

L'analisi utilizzando il software Design Expert 8.0.6 ha rivelato le condizioni di estrazione ottimali: potenza ultrasonica di 163,38 W, tempo di estrazione ultrasonica di 15,89 minuti e concentrazione di etanolo dell'85,67%. In queste condizioni, la resa di estrazione prevista era del 21,11%. Per verificare ulteriormente l'affidabilità e l'accuratezza del modello di regressione, è stato condotto un esperimento di validazione utilizzando le condizioni ottimali sopra menzionate. Considerando l'operabilità pratica, le condizioni ottimali sono state modificate in: potenza ultrasonica di 150 W, tempo di estrazione ultrasonica di 16 minuti e concentrazione di etanolo dell'86%. In queste condizioni, la resa di estrazione dei flavonoidi della propoli è stata del 21,10% ± 0,075% (n=3 prove), vicina al valore previsto dal modello, confermando così l'accuratezza e l'affidabilità del modello.

Analisi comparativa dei metodi di estrazione ad ultrasuoni

Generalmente la qualità della propoli viene giudicata in base al suo contenuto di flavonoidi; un contenuto superiore al 5% è considerato qualificato e un contenuto superiore al 15% è considerato superiore. La resa di estrazione dei flavonoidi della propoli in questo esperimento ha raggiunto il 21,10% in condizioni ottimali di estrazione ad ultrasuoni, quindi la propoli utilizzata in questo esperimento da Xiaogan, provincia di Hubei, è di qualità superiore. Il contenuto di flavonoidi della propoli è direttamente correlato all'origine geografica della propoli, con differenze significative tra le diverse regioni. La propoli utilizzata in questo esperimento non è stata riportata nella letteratura esistente e la sua fonte differisce da quella presente nella letteratura esistente. Pertanto, giudicare la qualità del processo ad ultrasuoni basandosi esclusivamente sulla resa in flavonoidi è inappropriato; sono state confrontate solo le condizioni di estrazione. Cao Xiaoyan et al. hanno utilizzato gli ultrasuoni per estrarre i flavonoidi dalla propoli dello Shaanxi e hanno ottenuto il processo di estrazione ottimale come segue: tempo degli ultrasuoni di 20 minuti, temperatura di estrazione di 50 ℃, rapporto materiale-liquido di 1:30, concentrazione di etanolo dell'80% e resa di flavonoidi del 9,60%; Li Shuai [6] ha ottimizzato il processo di estrazione ad ultrasuoni dei flavonoidi della propoli Jilin utilizzando la metodologia della superficie di risposta e ha ottenuto le condizioni di estrazione ottimali come segue: tempo di estrazione degli ultrasuoni di 27 minuti, temperatura di estrazione di 66 ℃, potenza degli ultrasuoni di 220 W, concentrazione di etanolo del 73% e resa in flavonoidi del 23,38%; An Yanbo et al. hanno ottenuto i parametri ottimali del processo di estrazione ad ultrasuoni dei flavonoidi della propoli dello Shandong attraverso esperimenti come segue: tempo di ultrasuoni di 25 minuti, concentrazione di etanolo del 72%, potenza degli ultrasuoni dell'82% e resa effettiva di flavonoidi del 13,07%. Rispetto ai processi di estrazione ad ultrasuoni esistenti dei flavonoidi della propoli, il metodo di estrazione ad ultrasuoni in questo esperimento presenta i vantaggi di una bassa temperatura di estrazione e un breve tempo di estrazione. 

Conclusione

Questo documento ottimizza il processo di estrazione ad ultrasuoni dei flavonoidi della propoli utilizzando la metodologia della superficie di risposta e vengono tratte le seguenti conclusioni:

(1) La resa di estrazione dei flavonoidi della propoli aumenta prima e poi diminuisce con l'aumentare della potenza ultrasonica e del tempo di estrazione ultrasonica, e prima aumenta e poi rimane costante con l'aumentare della concentrazione di etanolo.

(2) Attraverso l'analisi della varianza dell'equazione di regressione, i fattori principali e secondari che influenzano la resa di estrazione dei flavonoidi della propoli sono, nell'ordine, il tempo di estrazione ad ultrasuoni, la concentrazione di etanolo e la potenza ultrasonica.

(3) Attraverso l'analisi utilizzando la metodologia della superficie di risposta e considerando la fattibilità del funzionamento effettivo, le condizioni di estrazione ottimali sono: potenza ultrasonica di 150 W, tempo di estrazione ultrasonica di 16 minuti e concentrazione di etanolo dell'86%. In queste condizioni, la resa di estrazione prevista dei flavonoidi della propoli è del 21,11%. Esperimenti di verifica sulle condizioni di estrazione di cui sopra mostrano che la resa di estrazione dei flavonoidi della propoli è del 21,10% ± 0,075% (n=3), che è vicina al valore previsto del modello, confermando così l'accuratezza e l'affidabilità del modello.

Effetti benefici di questa invenzione: I metodi tradizionali di estrazione con etanolo richiedono molto tempo e hanno una bassa velocità di estrazione. L'estrazione Soxhlet, con la sua temperatura di estrazione eccessivamente elevata, estrae anche altri componenti, influenzando il processo di estrazione e richiedendo notevoli investimenti in attrezzature. L'estrazione ad ultrasuoni, rispetto ai due metodi precedenti, migliora significativamente i tempi e l'efficienza dell'estrazione, estraendo la maggior parte delle sostanze solubili in alcol dalla propoli in soli 25 minuti, fornendo un metodo efficace per estrarre componenti funzionali dalla propoli.

È evidente che gli ultrasuoni offrono vantaggi sostanziali in termini di tempo ed efficienza di estrazione, rendendoli altamente efficaci per accelerare l’estrazione della propoli. Ciò dimostra il grande potenziale dell'estrazione ad ultrasuoni e la sua idoneità per applicazioni industriali.

Gli ultrasuoni accelerano il trasferimento di massa, ottenendo buoni risultati a temperature più basse, preservando efficacemente il sapore naturale, il colore e le sostanze sensibili al calore della materia prima. Inoltre l'effetto potenziante degli ultrasuoni sulla propoli è continuo; anche dopo l'interruzione del trattamento con gli ultrasuoni, il suo processo di estrazione accelerata continua per un certo periodo. Pertanto ha ampie prospettive di sviluppo nel settore alimentare.