Extracția cu ultrasunete a flavonoidelor din propolis

Extracția cu ultrasunete a flavonoidelor din propolis

Propolisul este o substanță solidă lipicioasă, gelatinoasă, formată din rășină colectată de albine și secreții din glandele acestora. Albinele îl folosesc pentru a-și repara stupii, atât pentru a se apăra de inamicii invadatori, cât și pentru a inhiba creșterea microorganismelor în interiorul stupului. Compoziția propolisului este extrem de complexă, cu peste 300 de componente identificate în 20 de categorii majore, incluzând în primul rând flavonoide, acizi fenolici, terpene, esteri, steroizi, aminoacizi și vitamine. Compoziția propolisului nu este statică; este determinată de factori precum regiunea geografică, sezonul de colectare, speciile de plante și populația de albine. Propolisul posedă o gamă largă de activități farmacologice, inclusiv efecte antibacteriene, antifungice, antiinflamatorii, antivirale, antitumorale, antioxidante și imunomodulatoare. 

În ultimii ani, propolisul a fost utilizat pe scară largă în industria alimentară, cosmetică și farmaceutică. Flavonoidele sunt substanțe active importante din propolis, prezentând diverse activități biologice, cum ar fi efecte antioxidante, antimicrobiene, anticancerigene și imunomodulatoare. Prin urmare, optimizarea procesului de extracție a flavonoidelor de propolis și îmbunătățirea randamentului flavonoidelor de propolis sunt de mare valoare de referință pentru dezvoltarea și cercetarea propolisului și au o mare importanță pentru dezvoltarea industrială și socială. 

În prezent, există multe metode de extracție a flavonoidelor propolis, inclusiv metoda de macerare, metoda de reflux de încălzire, metoda de extracție cu microunde, metoda de extracție cu ultrasunete, metoda de extracție la presiune ultra-înaltă și metoda de extracție cu CO2 supercritic. Metoda de macerare este simplu de utilizat, dar durează mult timp și necesită o cantitate mare de solvent; metoda de reflux de încălzire folosește mai puțin solvent, dar este dificil de funcționat, durează mult timp pentru a extrage și are o temperatură de extracție ridicată, care poate distruge cu ușurință ingredientele active; metoda de extracție cu microunde este ușor de utilizat și are un timp de extracție scurt, dar temperatura ridicată de extracție poate distruge cu ușurință ingredientele active; metoda de extracție la presiune ultra-înaltă și metoda de extracție cu CO2 supercritic sunt scurte de funcționare, au un consum redus de energie și sunt lipsite de poluare, dar costul echipamentului este ridicat. În comparație cu metodele de extracție de mai sus, metoda de extracție cu ultrasunete are echipament simplu, funcționare simplă, timp scurt, eficiență ridicată, consum redus de energie și cantitate mică de solvent. Undele cu ultrasunete reduc dimensiunea particulelor materiilor prime prin acțiune mecanică și efect de cavitație, distrug în mod eficient structura celulară, îmbunătățesc rata de transfer de masă a substanțelor dizolvate și îmbunătățesc astfel randamentul[4].

Analiza cu ajutorul software-ului Design Expert 8.0.6 a relevat condițiile optime de extracție: putere ultrasonică de 163,38 W, timp de extracție ultrasonic de 15,89 min și concentrație de etanol de 85,67%. În aceste condiții, randamentul de extracție estimat a fost de 21,11%. Pentru a verifica în continuare fiabilitatea și acuratețea modelului de regresie, a fost efectuat un experiment de validare folosind condițiile optime menționate mai sus. Având în vedere operabilitatea practică, condițiile optime au fost modificate la: putere ultrasonică de 150 W, timp de extracție ultrasonică de 16 min și concentrație de etanol de 86%. În aceste condiții, randamentul de extracție al flavonoidelor propolis a fost de 21,10% ± 0,075% (n=3 încercări), apropiat de valoarea prezisă de model, confirmând astfel acuratețea și fiabilitatea modelului.

Analiza comparativă a metodelor de extracție cu ultrasunete

În general, calitatea propolisului este evaluată pe baza conținutului său de flavonoide; un conținut peste 5% este considerat calificat, iar un conținut peste 15% este considerat superior. Randamentul extracției de flavonoide a propolisului în acest experiment a atins 21,10% în condiții optime de extracție cu ultrasunete, prin urmare propolisul utilizat în acest experiment din Xiaogan, provincia Hubei, este de calitate superioară. Conținutul de flavonoizi al propolisului este direct legat de originea geografică a propolisului, cu diferențe semnificative între diferitele regiuni. Propolisul folosit în acest experiment nu a fost raportat în literatura existentă și sursa lui diferă de cea din literatura existentă. Prin urmare, aprecierea calității procesului cu ultrasunete bazată exclusiv pe randamentul de flavonoide este inadecvată; au fost comparate doar condiţiile de extracţie. Cao Xiaoyan și colab. a folosit ultrasunetele pentru a extrage flavonoidele din propolisul Shaanxi și a obținut procesul de extracție optim după cum urmează: timp de ultrasunete de 20 min, temperatura de extracție de 50 ℃, raport material-lichid de 1:30, concentrație de etanol de 80% și randament de flavonoide de 9,60%; Li Shuai [6] a optimizat procesul de extracție cu ultrasunete a flavonoidelor Jilin propolis folosind metodologia suprafeței de răspuns și a obținut condițiile optime de extracție după cum urmează: timp de ultrasunete de 27 min, temperatura de extracție de 66 ℃, putere ultrasunete de 220 W, concentrație de etanol de 73% și randament de flavonoide de 23,38%; Un Yanbo și colab. a obținut parametrii optimi ai procesului de extracție cu ultrasunete ai flavonoidelor Shandong propolis prin experimente după cum urmează: timp de ultrasunete de 25 min, concentrație de etanol de 72%, putere de ultrasunete de 82% și randament real de flavonoide de 13,07%. În comparație cu procesele de extracție cu ultrasunete raportate existente ale flavonoidelor cu propolis, metoda de extracție cu ultrasunete din acest experiment are avantajele unei temperaturi scăzute de extracție și a unui timp scurt de extracție. 

Concluzie

Această lucrare optimizează procesul de extracție cu ultrasunete a flavonoidelor din propolis folosind metodologia suprafeței de răspuns și se trag următoarele concluzii:

(1) Randamentul de extracție al flavonoidelor cu propolis crește mai întâi și apoi scade odată cu creșterea puterii ultrasonice și a timpului de extracție cu ultrasunete, iar mai întâi crește și apoi rămâne constant odată cu creșterea concentrației de etanol.

(2) Prin analiza de varianță a ecuației de regresie, factorii principali și secundari care afectează randamentul de extracție a flavonoidelor propolis sunt, în ordine, timpul de extracție cu ultrasunete, concentrația de etanol și puterea ultrasonică.

(3) Prin analiza folosind metodologia suprafeței de răspuns și având în vedere fezabilitatea funcționării efective, condițiile optime de extracție sunt: ​​puterea ultrasonică de 150 W, timpul de extracție cu ultrasunete de 16 min și concentrația de etanol de 86%. În aceste condiții, randamentul de extracție estimat al flavonoidelor propolis este de 21,11%. Experimentele de verificare asupra condițiilor de extracție de mai sus arată că randamentul de extracție al flavonoidelor propolis este de 21,10% ± 0,075% (n=3), ceea ce este aproape de valoarea prezisă a modelului, confirmând astfel acuratețea și fiabilitatea modelului.

Efecte benefice ale acestei invenții: Metodele tradiționale de extracție cu etanol necesită o perioadă lungă de timp și au o rată de extracție scăzută. Extracția Soxhlet, cu temperatura sa de extracție excesiv de ridicată, extrage și alte componente, afectând procesul de extracție și necesitând investiții semnificative în echipamente. Extracția cu ultrasunete, în comparație cu cele două metode anterioare, îmbunătățește semnificativ timpul și eficiența extracției, extragând majoritatea substanțelor solubile în alcool din propolis în doar 25 de minute, oferind o metodă eficientă de extragere a componentelor funcționale din propolis.

Este evident că ultrasunetele oferă avantaje substanțiale în timpul de extracție și eficiență, făcându-l extrem de eficient pentru accelerarea extracției propolisului. Acest lucru demonstrează potențialul mare al extracției cu ultrasunete și adecvarea acesteia pentru aplicații industriale.

Ultrasunetele accelerează transferul de masă, obținând rezultate bune la temperaturi mai scăzute, păstrând eficient aroma naturală, culoarea și substanțele sensibile la căldură ale materiei prime. În plus, efectul de îmbunătățire al ultrasunetelor asupra propolisului este continuu; chiar și după încetarea tratamentului cu ultrasunete, procesul de extracție accelerat al acestuia continuă pentru o perioadă. Prin urmare, are perspective largi de dezvoltare în industria alimentară.