Extracția cu ultrasunete poate crește activitatea antigripală a Aloe Vera?

1 Principiul extracției cu ultrasunete

Ultrasunetele sunt definite ca o undă sonoră cu o frecvență mai mare de 20 kHz, care depășește limita de detectare a auzului uman. Ultrasunetele este o undă mecanică cu o densitate mare de energie. Sursa sa de ieșire a energiei sonore este de obicei un obiect care vibrează, care poate face ca mediul înconjurător să vibreze și apoi să transfere energie către alte particule adiacente. Când ultrasunetele trece prin mediu, provoacă deplasarea longitudinală a particulelor. Aceste efecte moleculare dense cauzează deteriorarea peretelui celular și accelerează rata de transfer de masă a substanțelor eficiente în mediu, atingând astfel scopul de a îmbunătăți viteza de extracție. Extracția cu ultrasunete nu se bazează pe un singur mecanism de acțiune, ci funcționează continuu sau simultan prin mai multe mecanisme fizice, cum ar fi fragmentarea mecanică, efectul termic și efectul de cavitație. În omogenatul amestecului solid-lichid, micro-fasciurile și micro-turbulențele generate de cavitația acustică în mediul lichid vor provoca perturbări mecanice puternice, intensificând astfel ciocnirea dintre particule, ceea ce poate duce cu ușurință la descompunerea și ruperea locală a unor materiale fragile. Pe de altă parte, datorită reducerii dimensiunii particulelor, viteza de transfer de masă a particulelor solide și aria de contact dintre fazele solide și lichide sunt crescute, ceea ce conduce la accelerarea dizolvării conținutului din matricea probei.

Efectul de cavitație este un fenomen fizic unic și complex cauzat de propagarea și vibrația ultrasunetelor în lichid. În general, se referă la procesul de formare, expansiune și ruperea bulelor de cavitație în lichid. Mai simplu spus, atunci când se aplică ultrasunete de mare intensitate, atracția dintre moleculele medii poate depăși valoarea critică, generând astfel stres de forfecare mare în lichid și, ulterior, formând bule de cavitație. 1 Bulă de cavitație se formează lângă suprafața matricei. După ce a suferit cicluri continue de compresie-rarefacție, bula de cavitație se va rupe în timpul ciclului de compresie și va genera energie termică pe termen scurt, formând astfel fluid microjet de mare viteză pe suprafața matricei și generând unde de șoc puternice. Acest proces poate face ca temperatura locală din jur să ajungă la aproximativ 5.000 K, iar presiunea instantanee poate ajunge la 50 ~ 1000 atm. Mediul de înaltă presiune și temperatură înaltă format va distruge peretele celular al matricei plantei, eliberând astfel substanțe intracelulare în soluție. Din imaginile cu microscopul electronic cu scanare ale frunzelor de busuioc luate de CHEMAT și altele înainte și după extracția uleiului, se poate observa mai viu: înainte de extracție, glandele de pe frunze sunt netede și pline; după extracție, încep să se micșoreze, dar structura glandei rămâne intactă; iar după extracția asistată cu ultrasunete, glandele sunt complet rupte și tot conținutul lor este eliberat.

Aloe vera a câștigat o popularitate largă și a fost comercializată ca produs de frumusețe, laxativ, medicament pe bază de plante, iar activitatea sa antibacteriană a fost demonstrată. Cu toate acestea, cu excepția câtorva rapoarte, activitatea antivirală a aloe vera nu a fost bine demonstrată. Până în prezent, este obișnuit să se extragă compușii de aloe vera folosind solvenți organici, deoarece ingredientele active pot fi extrase eficient în metanol. În acest studiu, am folosit o metodă de extracție cu ultrasunete de 5 minute pentru a extrage în mod eficient compușii de aloină și aloe-emodină din aloe vera în apă. Acest proces rapid de extracție într-un singur vas a îmbunătățit extracția de flavonoide și fenolici din extractul de apă cu ultrasunete și a îmbogățit fracțiile de aloină și aloe-emodină. Extractele au fost testate pentru activitatea lor antigripală, iar rezultatele au arătat că extracția cu ultrasunete a permis extractului de apă să prezinte o activitate antigripală excelentă, comparabilă cu cea a extractului cu metanol. Citotoxicitatea extractului de apă a fost zero în comparație cu extractul de metanol, care a avut o citotoxicitate ridicată. Scanarea spectrofotometrică a extractelor a confirmat îmbogățirea vârfurilor de aloină și aloe-emodină în extractul ultrasonic de aloe vera, indicând lucrarea lor în spatele activității antigripală. Tehnicile demonstrate, dacă sunt implicate în mod corespunzător, vor duce la soluții promițătoare în căutarea farmaceutică pentru combaterea virusurilor gripale.

Până în prezent, în gelul de aloe vera s-au găsit peste 200 de substanțe chimice bioactive, iar bioactivitatea lor este mai probabil să se datoreze efectelor sinergice ale compușilor, mai degrabă decât compușilor individuali. Prin urmare, extracția corectă a compușilor bioactivi este crucială pentru a exploata pe deplin toate ingredientele active pentru proprietățile lor fiziologice și medicinale.

Gelul de aloe vera s-a dovedit a fi eficient atât împotriva bacteriilor Gram-pozitive, cât și împotriva bacteriilor Gram-negative, precum și împotriva anumitor ciuperci și viruși. Au fost raportate efecte inhibitoare ale Bacillus versicolor împotriva citomegalovirusului uman, virusului herpes simplex tip 2 (HSV-2) și poliovirusului. Gripa este o infecție respiratorie acută cauzată de virusuri gripale cu un impact global uriaș. Acest virus are potențialul de a provoca pandemii grave și pierderi economice. Genomul său este foarte variabil, cu o rată mare de mutație, ceea ce îl face rezistent la multe medicamente. În prezent, medicamentele și metodele antivirale sintetice (inhibitori de nucleoproteine, inhibitori de neuraminidază, blocanți ai canalelor ionice și tehnologia siRNA) au o aplicare limitată din cauza apariției tulpinilor rezistente la medicamente, a costurilor ridicate și a efectelor secundare dăunătoare. Medicamentele pe bază de plante au un cost scăzut, toxicitate scăzută și au adesea efecte multi-țintă, care nu numai că pot acționa ca medicamente antivirale, ci și stimulează sistemul imunitar pentru a lupta împotriva virușilor. Mecanismele antivirale definite clasic ale plantelor medicinale includ inhibarea replicării virale, blocarea atașării virale, inactivarea virusurilor și prevenirea infecției virale. Interesul anchetatorilor și clienților pentru utilizarea acestor medicamente a crescut din cauza preferinței pentru medicamentele naturale și a preocupărilor legate de efectele toxice ale materialelor sintetice.

Ultrasunetele se caracterizează prin frecvență înaltă (18 kHz-1 MHz), deplasare mică (mai puțin de aproximativ 50 mm), viteză moderată (ms-1), gradient de viteză transversal abrupt (până la 4.000 s-1) și accelerație foarte mare (până la aproximativ 80.000 g). Când puterea acustică de intrare este suficient de mare, ultrasunetele produc cavitație, permițând generarea de microbule la locul de nucleare. Bulele cresc în timpul fazei de rarefacție a undei sonore și apoi se prăbușesc în timpul fazei de compresie. În timpul prăbușirii, undele de șoc puternice trec prin mediu. Întregul proces de nucleare, creștere și ruptură a bulelor sub acțiunea undelor sonore puternice se numește cavitație. În ceea ce privește extracția, extracția folosind ultrasunete sau ruperea membranei cu ultrasunete are avantajele de a scurta semnificativ timpul de extracție și de a crește randamentul de extracție. Aplicarea ultrasunetelor distruge structura peretelui celular și accelerează difuzia membranei celulare; prin urmare, celulele sunt lizate, promovând astfel eliberarea conținutului celular. Mai mult, s-a demonstrat că îmbunătățirea hidratării țesutului vegetal în timpul ultrasunetelor coincide cu perturbarea țesutului vegetal și duce la o extracție îmbunătățită în timpul ultrasunetelor. Prin urmare, aplicarea tehnologiei ultrasunetelor în extracția de aloe are perspective bune.

Lucrarea actuală se concentrează pe extracția de compuși bioactivi bogați din extractul de aloe folosind metode bazate pe ultrasunete. Frecvența de extracție cu ultrasunete a fost optimizată pentru a obține efectul de extracție dorit. Extracția cu ultrasunete a produs nano-ambalarea metaboliților activi cu solubilitate îmbunătățită în apă. Pentru prima dată, tehnologia cu ultrasunete a fost demonstrată a fi eficientă în extragerea componentelor de aloină și rubarbă care erau cele mai bune extractoare în solvenți organici în apă.