Може ли ултразвучна екстракција повећати активност Алое Вере против грипа?

1 Принцип ултразвучне екстракције

Ултразвук се дефинише као звучни талас са фреквенцијом већом од 20 кхз, која прелази границу детекције људског слуха. Ултразвук је механички талас са великом густином енергије. Његов извор звучне енергије је обично вибрирајући објекат, који може проузроковати вибрирање околног медијума, а затим пренети енергију на друге суседне честице. Када ултразвук пролази кроз медијум, изазива уздужно померање честица. Ови густи молекуларни ефекти изазивају оштећење ћелијског зида и убрзавају брзину преноса масе ефективних супстанци у медијуму, чиме се постиже сврха побољшања брзине екстракције. Ултразвучна екстракција се не ослања на један механизам деловања, већ ради континуирано или истовремено кроз више физичких механизама као што су механичка фрагментација, топлотни ефекат и ефекат кавитације. У хомогенату мешавине чврста и течна, микро-зраци и микро-турбуленција настали акустичном кавитацијом у течном медијуму ће изазвати јаке механичке поремећаје, чиме ће се интензивирати судар између честица, што може лако довести до распадања и локалног ломљења неких крхких материјала. С друге стране, услед смањења величине честица, повећава се брзина преноса масе чврстих честица и површина контакта између чврсте и течне фазе, што доприноси убрзању растварања садржаја у матрици узорка.

Ефекат кавитације је јединствен и сложен физички феномен узрокован ширењем и вибрацијом ултразвука у течности. Генерално се односи на процес формирања, ширења и пуцања кавитационих мехурића у течности. Једноставно речено, када се примењује ултразвук високог интензитета, привлачност између средњих молекула може премашити критичну вредност, чиме се стварају високи напони на смицање у течности и касније формирају мехурићи кавитације. 1 Кавитациони мехур се формира близу површине матрице. Након што се подвргне континуираним циклусима компресије-разређивања, кавитациони мехур ће пукнути током циклуса компресије и генерисати краткорочну топлотну енергију, на тај начин формирајући микромлазну течност велике брзине на површини матрице и генеришући јаке ударне таласе. Овај процес може учинити околну локалну температуру до око 5.000 К, а тренутни притисак може достићи 50 ~ 1000 атм. Формирано окружење под високим притиском и високом температуром ће уништити ћелијски зид биљног матрикса, ослобађајући на тај начин интрацелуларне супстанце у раствор. Са скенирајућих електронских микроскопских снимака листова босиљка које су снимили ЦХЕМАТ и други пре и после екстракције уља, може се видети сликовитије: пре екстракције, жлезде на листовима су глатке и пуне; након екстракције, почињу да се смањују, али структура жлезде остаје нетакнута; а после екстракције потпомогнуте ултразвуком, жлезде су потпуно разбијене и сав њихов садржај се ослобађа.

Алое вера је стекла широку популарност и комерцијализована је као козметички производ, лаксатив, биљни лек, а доказана је и њена антибактеријска активност. Међутим, осим неколико извештаја, антивирусна активност алое вере није добро доказана. До данас је уобичајено екстраховати једињења алое вере коришћењем органских растварача, јер се активни састојци могу ефикасно екстраховати у метанолу. У овој студији користили смо 5-минутну ултразвучну методу екстракције да ефикасно екстрахујемо једињења алоина и алое-емодина из алое вере у води. Овај брзи процес екстракције у једном лонцу побољшао је екстракцију флавоноида и фенола у ултразвучном воденом екстракту и обогатио фракције алоина и алое-емодина. Екстракти су тестирани на њихову анти-инфлуенцу активност, а резултати су показали да је ултразвучна екстракција омогућила воденом екстракту да покаже одличну анти-грипну активност упоредиву са метанолним екстрактом. Цитотоксичност воденог екстракта била је нула у поређењу са екстрактом метанола, који је имао високу цитотоксичност. Спектрофотометријско скенирање екстраката потврдило је обогаћивање врхова алоина и алое-емодина у ултразвучном екстракту алое вере, што указује на њихов рад иза анти-инфлуенце активности. Демонстриране технике, ако су правилно укључене, довешће до обећавајућих решења у фармацеутској потрази за сузбијањем вируса грипа.

До данас је више од 200 биоактивних хемикалија пронађено у гелу алое вере, а њихова биоактивност је вероватније последица синергистичких ефеката једињења, а не појединачних једињења. Стога је правилна екстракција биоактивних једињења кључна да би се у потпуности искористили сви активни састојци за њихова физиолошка и медицинска својства.

Утврђено је да је гел алое вере ефикасан против грам-позитивних и грам-негативних бактерија, као и одређених гљивица и вируса. Пријављени су инхибицијски ефекти Бациллус версицолор против хуманог цитомегаловируса, вируса херпес симплекса типа 2 (ХСВ-2) и полиовируса. Грип је акутна респираторна инфекција изазвана вирусима грипа са огромним глобалним утицајем. Овај вирус има потенцијал да изазове озбиљне пандемије и економске губитке. Његов геном је веома варијабилан са великом стопом мутација, што га чини отпорним на многе лекове. Тренутно, синтетички антивирусни лекови и методе (инхибитори нуклеопротеина, инхибитори неураминидазе, блокатори јонских канала и технологија сиРНА) имају ограничену примену због појаве сојева отпорних на лекове, високе цене и штетних нежељених ефеката. Биљни лекови су ниске цене, ниске токсичности и често имају вишециљне ефекте, који не само да могу деловати као антивирусни лекови, већ и стимулисати имуни систем да се бори против вируса. Класично дефинисани антивирусни механизми лековитих биљака укључују инхибицију репликације вируса, блокирање везивања вируса, инактивацију вируса и превенцију вирусне инфекције. Интересовање истраживача и купаца за коришћење ових лекова је порасло због преференције за природне лекове и забринутости због токсичних ефеката синтетичких материјала.

Ултразвук се одликује високом фреквенцијом (18 кХз-1 МХз), малим померањем (мање од око 50 мм), умереном брзином (мс-1), стрмим попречним градијентом брзине (до 4.000 с-1) и веома великим убрзањем (до око 80.000 г). Када је улазна акустична снага довољно висока, ултразвук производи кавитацију, омогућавајући стварање микромехурића на месту нуклеације. Мехурићи расту током фазе разређивања звучног таласа, а затим се колабирају током фазе компресије. Током колапса, јаки ударни таласи пролазе кроз медијум. Цео процес нуклеације, раста и пуцања мехурића под дејством јаких звучних таласа назива се кавитација. Што се тиче екстракције, екстракција коришћењем ултразвука или ултразвучног разарања мембране има предности значајног скраћивања времена екстракције и повећања приноса екстракције. Примена ултразвука уништава структуру ћелијског зида и убрзава дифузију ћелијске мембране; стога се ћелије лизирају, чиме се промовише ослобађање ћелијског садржаја. Штавише, показано је да се повећање хидратације биљног ткива током ултразвука поклапа са поремећајем биљног ткива и доводи до појачане екстракције током ултразвука. Стога, примена ултразвучне технологије у екстракцији алоје има добре изгледе.

Садашњи рад се фокусира на екстракцију богатих биоактивних једињења из екстракта алоје коришћењем метода заснованих на ултразвуку. Фреквенција ултразвучне екстракције је оптимизована да би се постигао жељени ефекат екстракције. Ултразвучна екстракција произвела је нанопаковање активних метаболита са повећаном растворљивошћу у води. По први пут се показало да је ултразвучна технологија ефикасна у екстракцији компоненти алоина и рабарбаре које су биле најбољи екстрактори органских растварача у води.