Ултразвучна екстракција флавоноида из прополиса

Ултразвучна екстракција флавоноида из прополиса

Прополис је лепљива, желатинаста чврста супстанца формирана од смоле коју сакупљају пчеле и секрета из њихових жлезда. Пчеле га користе за поправку својих кошница, како за одбрану од нападачких непријатеља, тако и за спречавање раста микроорганизама у кошници. Састав прополиса је изузетно сложен, са преко 300 компоненти идентификованих у 20 главних категорија, првенствено укључујући флавоноиде, фенолне киселине, терпене, естре, стероиде, аминокиселине и витамине. Састав прополиса није статичан; одређују га фактори као што су географски регион, сезона сакупљања, биљне врсте и популација пчела. Прополис поседује широк спектар фармаколошких активности, укључујући антибактеријска, антифунгална, антиинфламаторна, антивирусна, антитуморска, антиоксидантна и имуномодулаторна дејства. 

Последњих година прополис се широко користи у прехрамбеној, козметичкој и фармацеутској индустрији. Флавоноиди су важне активне супстанце у прополису, испољавају различите биолошке активности као што су антиоксидативно, антимикробно, антиканцерогено и имуномодулаторно дејство. Стога, оптимизација процеса екстракције флавоноида прополиса и побољшање приноса прополисних флавоноида су од велике референтне вредности за развој и истраживање прополиса и од великог су значаја за индустријски и друштвени развој. 

Тренутно постоји много метода за екстракцију флавоноида прополиса, углавном укључујући методу мацерације, методу рефлукса загревања, методу екстракције у микроталасној пећници, методу ултразвучне екстракције, методу екстракције ултра високог притиска и методу екстракритичног ЦО2. Метода мацерације је једноставна за руковање, али траје дуго и захтева велику количину растварача; метода рефлукса загревања користи мање растварача, али је проблематична за рад, потребно је много времена за екстракцију и има високу температуру екстракције, која може лако уништити активне састојке; метода екстракције у микроталасној пећници је једноставна за руковање и има кратко време екстракције, али висока температура екстракције може лако уништити активне састојке; Метода екстракције ултра-високог притиска и метода екстракције са суперкритичним ЦО2 су кратки за рад, имају ниску потрошњу енергије и без загађења, али је цена опреме висока. У поређењу са горњим методама екстракције, метода ултразвучне екстракције има једноставну опрему, једноставан рад, кратко време, високу ефикасност, ниску потрошњу енергије и малу количину растварача. Ултразвучни таласи смањују величину честица сировина механичким деловањем и ефектом кавитације, ефикасно уништавају ћелијску структуру, повећавају брзину преноса масе растворених супстанци и тиме побољшавају принос[4].

Анализа коришћењем софтвера Десигн Екперт 8.0.6 показала је оптималне услове екстракције: ултразвучна снага од 163,38 В, време ултразвучне екстракције од 15,89 мин и концентрација етанола од 85,67%. Под овим условима, предвиђени принос екстракције био је 21,11%. Да би се даље проверила поузданост и тачност регресионог модела, спроведен је валидациони експеримент коришћењем горе наведених оптималних услова. С обзиром на практичну оперативност, оптимални услови су модификовани на: ултразвучну снагу од 150 В, време ултразвучне екстракције 16 мин и концентрацију етанола од 86%. У овим условима, принос екстракције флавоноида прополиса био је 21,10% ± 0,075% (н=3 покушаја), близу предвиђеној вредности модела, чиме је потврђена тачност и поузданост модела.

Компаративна анализа метода ултразвучне екстракције

Генерално, квалитет прополиса се оцењује на основу садржаја флавоноида; садржај изнад 5% сматра се квалификованим, а садржај изнад 15% супериорним. Принос прополиса екстракције флавоноида у овом експерименту достигао је 21,10% у оптималним условима ултразвучне екстракције, стога је прополис коришћен у овом експерименту из Ксиаогана, провинција Хубеи, врхунског квалитета. Садржај флавоноида у прополису је директно повезан са географским пореклом прополиса, са значајним разликама између различитих региона. Прополис коришћен у овом експерименту није пријављен у постојећој литератури и његов извор се разликује од оног у постојећој литератури. Стога је процена квалитета ултразвучног процеса само на основу приноса флавоноида неприкладна; упоређивани су само услови екстракције. Цао Ксиаоиан и др. користио ултразвук за екстракцију флавоноида из Схаанки прополиса и добио оптимални процес екстракције на следећи начин: време ултразвука од 20 мин, температура екстракције од 50 ℃, однос материјал-течност 1:30, концентрација етанола од 80%, и принос флавоноида од 9,60%; Ли Схуаи [6] је оптимизовао процес ултразвучне екстракције флавоноида Јилин прополиса користећи методологију површине одговора и добио оптималне услове екстракције на следећи начин: време ултразвука од 27 мин, температура екстракције од 66 ℃, снага ултразвука од 220 В, концентрација етанола од 73%, и принос флавоноида од 23,38%; Ан Ианбо ет ал. Експериментима су добијени оптимални параметри процеса ултразвучне екстракције флавоноида прополиса Схандонг: време ултразвука од 25 мин, концентрација етанола од 72%, снага ултразвука од 82% и стварни принос флавоноида од 13,07%. У поређењу са постојећим пријављеним процесима ултразвучне екстракције флавоноида прополиса, метода ултразвучне екстракције у овом експерименту има предности ниске температуре екстракције и кратког времена екстракције. 

Закључак

У овом раду је оптимизован процес ултразвучне екстракције флавоноида прополиса применом методологије површине одговора и извучени су следећи закључци:

(1) Принос екстракције флавоноида прополиса се прво повећава, а затим смањује са повећањем ултразвучне снаге и времена ултразвучне екстракције, и прво расте, а затим остаје константан са повећањем концентрације етанола.

(2) Анализом варијансе регресионе једначине, главни и секундарни фактори који утичу на принос екстракције флавоноида прополиса су, по реду, време ултразвучне екстракције, концентрација етанола и ултразвучна снага.

(3) Анализом применом методологије одзивне површине и с обзиром на изводљивост стварног рада, оптимални услови екстракције су: ултразвучна снага од 150 В, време ултразвучне екстракције 16 мин и концентрација етанола од 86%. Под овим условима, предвиђени принос екстракције флавоноида прополиса је 21,11%. Верификациони експерименти на горе наведеним условима екстракције показују да је принос екстракције флавоноида прополиса 21,10% ± 0,075% (н=3), што је близу предвиђеној вредности модела, чиме се потврђује тачност и поузданост модела.

Корисни ефекти овог проналаска: Традиционалне методе екстракције етанолом захтевају дуго време и имају ниску брзину екстракције. Сокхлет екстракција, са својом превисоком температуром екстракције, извлачи и друге компоненте, што утиче на процес екстракције и захтева значајна улагања у опрему. Ултразвучна екстракција, у поређењу са претходне две методе, значајно побољшава време и ефикасност екстракције, издвајајући већину супстанци растворљивих у алкохолу из прополиса за само 25 минута, пружајући ефикасан метод за екстракцију функционалних компоненти из прополиса.

Очигледно је да ултразвук нуди значајне предности у времену и ефикасности екстракције, што га чини веома ефикасним за убрзавање екстракције прополиса. Ово показује велики потенцијал ултразвучне екстракције и његову погодност за индустријску примену.

Ултразвук убрзава пренос масе, постижући добре резултате на нижим температурама, ефикасно чувајући природни укус, боју и материје осетљиве на топлоту сировине. Штавише, појачавајући ефекат ултразвука на прополис је континуиран; чак и након што ултразвучни третман престане, његов убрзани процес екстракције се наставља неко време. Због тога има широке перспективе развоја у прехрамбеној индустрији.