Preview

Разработка и регистрация лекарственных средств

Расширенный поиск

Применение ультразвука в экстракции биологически активных соединений из растительного сырья, применяемого или перспективного для применения в медицине (обзор)

https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-4-96-116

Полный текст:

Аннотация

Введение. В настоящем обзоре рассмотрено современное состояние технологий ультразвукового выделения биологически активных компонентов из лекарственного растительного сырья и растительного сырья, перспективного для использования в медицинской и косметологической практике. Основной акцент сделан на «зеленые» технологии, интенсифицирующие процессы выделения таких компонентов, как флавоноиды.

Текст. Современные технологии подразумевают использование комбинированных методов, включающих помимо ультразвука существенное измельчение сырья перед процессом экстракции, применение сверхкритических растворителей (сжиженных газов) под избыточным давлением. Также было рассмотрено влияние мощности ультразвука и температуры на выход извлекаемых компонентов.

Заключение. 1. Для увеличения выхода биологически активных соединений из растительного сырья среди различных физических методов интенсификации экстракции, доминирует применение ультразвука. 2. Ультразвуковую экстракцию можно разделить на несколько основных типов: экстракция в ультразвуковой ванне, применение погружных ультразвуковых излучателей, а также совмещение ультразвуковой экстракции с дополнительными видами воздействия. 3. В литературных источниках наиболее полно представлены примеры использования ультразвуковой экстракции для выделения фенольных соединений, причем отмечено, что параметры необходимо подбирать индивидуально для каждого отдельного растительного объекта. 4. Мощность ультразвука и характер экстрагента могут влиять на протекания окислительных процессов в экстракте, причем такие явления характерны не только для слишком высоких мощностей, но и для низких. 5. Ультразвук может значительно повысить выход биологически активных соединений даже при водной экстракции свежего сырья. 6. Спектр выбора экстрагентов для проведения ультразвуковой экстракции растительного сырья достаточно велик. Могут применяться как органические растворители (этанол, метанол, этилацетат, ацетон), так и вода, а также смеси различных экстрагентов.

Об авторах

А. А. Елапов
ФГАОУ ВО Российский университет дружбы народов (РУДН)
Россия

Елапов Александр Александрович

117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6



Н. Н. Кузнецов
ФГБОУ ВО Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (МГТУ им. Баумана)
Россия

105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1



А. И. Марахова
ФГАОУ ВО Российский университет дружбы народов (РУДН)
Россия

117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6



Список литературы

1. Maroun R. G ., Rajha H. N ., Darra N. E ., Kantar S. E ., Chacar S., Debs E., Vorobiev E., Louka N. Emerging technologies for the extraction of polyphenols from natural sources. In: Polyphenols: Properties, Recovery, and Applications. Amsterdam: Elsevier; 2018. P. 265–293.

2. Zoumpoulakis P., Sinanoglou V. J., Siapi E., Heropoulos G., Proestos C. Evaluating Modern Techniques for the Extraction and Characterisation of Sunflower (Hellianthus annus L.) Seeds Phenolics. Antioxidants. 2017;6(3):46. DOI: 10.3390/antiox6030046.

3. Dzah C. S., Duan Y., Zhang H., Wen C., Zhang J., Chen G., Ma H. The effects of ultrasound assisted extraction on yield, antioxidant, anticancer and antimicrobial activity of polyphenol extracts: A review. Food Bioscience. 2020;35:100547. DOI: 10.1016/j.fbio.2020.100547.

4. Lavilla I., Bendicho C. Fundamentals of Ultrasound-Assisted Extraction. In: Water Extraction of Bioactive Compounds. Amsterdam: Elsevier; 2017. P. 291–316. DOI: 10.1016/B978-0-12-809380-1.00011-5.

5. Madhu B., Srinivas M. S., Srinivas G., Jain S. K. Ultrasonic Technology and Its Applications in Quality Control, Processing and Preservation of Food: A Review. Current Journal of Applied Science and Technology. 2019;32(5):1–11. DOI: 10.9734/CJAST/2019/46909.

6. Petkova N., Ivanov I., Vrancheva R., Denev P., Pavlov A. Ultrasound and Microwave-Assisted Extraction of Elecampane (Inula helenium) Roots. Natural Product Communications. 2017;12(2):1934578X1701200. DOI: 10.1177/1934578X1701200207.

7. Rodsamran P., Sothornvit R. Extraction of phenolic compounds from lime peel waste using ultrasonic-assisted and microwave-as-sisted extractions. Food Bioscience. 2019;28:66–73. DOI: 10.1016/j.fbio.2019.01.017.

8. Maran J. P., Manikandan S., Nivetha C. V., Dinesh R. Ultrasound as-sisted extraction of bioactive compounds from Nephelium lappaceum L. fruit peel using central composite face centered response surface design. Arabian Journal of Chemistry. 2017;10(1):S1145– S1157. DOI: 10.1016/j.arabjc.2013.02.007.

9. Da Porto C., Porretto E., Decorti D. Comparison of ultrasound-as-sisted extraction with conventional extraction methods of oil and polyphenols from grape (Vitis vinifera L.) seeds. Ultrasonics Sonochemistry. 2013;20(4):1076–1080. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2012.12.002.

10. Van Man P., Vu T. A., Hai T. C. Effect of ultrasound on extraction of polyphenol from the old tea leaves. Annals. Food Science and Technology. 2017;18(1):44–50.

11. Yang X., Li Yu., Li S., Oladejo A.O., Ruan S., Wang Yu., Huang Sh., Ma H. Effects of ultrasound pretreatment with different frequencies and working modes on the enzymolysis and the struc-ture characterization of rice protein. Ultrasonics Sonochemistry. 2017;38:19–28. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2017.02.026.

12. Fernando C. D., Soysa P. Extraction Kinetics of phytochemicals and antioxidant activity during black tea (Camellia sinensis L.) brewing. Nutrition Journal. 2015;14(1):74. DOI: 10.1186/s12937-015-0060-x.

13. Carciochi R. A., Manrique G. D., Dimitrov K. Optimization of antioxidant phenolic compounds extraction from quinoa (Chenopodium quinoa) seeds. Journal of Food Science and Technology. 2015;52(7):4396–4404. DOI: 10.1007/s13197-014-1514-4.

14. Altemimi A., Watson D. G ., Choudhary R., Dasari M. R ., Lightfoot D. A. Ultrasound Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Peaches and Pumpkins. PLOS ONE. 2016;11(2):e0148758. DOI: 10.1371/journal.pone.0148758.

15. Zou T.-B., Xia E.-Q., He T.-P., Huang M.-Y., Jia Q., Li H.-W. Ultrasound-Assisted Extraction of Mangiferin from Mango (Mangifera indica L.) Leaves Using Response Surface Methodology. Molecules. 2014;19(2):1411–1421. DOI: 10.3390/molecules19021411.

16. Vankar P. S., Srivastava J. Ultrasound-Assisted Extraction in Diffe-rent Solvents for Phytochemical Study of Canna indica. International Journal of Food Engineering. 2010;6(3). DOI: 10.2202/1556-3758.1599.

17. Dzah C. S. Influence of fruit maturity on antioxidant potential and chilling injury resistance of peach fruit (Prunus persica) during cold storage. African J Food, Agric Nutr Dev. 2014;14(7):9578–9591.

18. Zengin G., Cvetanović A., Gašić U., Stupar A., Bulut G., Şenkar-des I., Dogan A., Sinan K. I., Uysal S., Aumeeruddy-Elalfi Z., Aktumsek A., Mahomoodally M. F . Modern and traditional extraction techniques affect chemical composition and bioactivity of Tana-cetum parthenium (L.) Sch.Bip. Industrial Crops and Products. 2020;146:112202. DOI: 10.1016/j.indcrop.2020.112202.

19. Сульман М. Г., Анкудинова Т. В., Пирог Д. Н., Сульман Э. М., Семагина Н. В. Способ экстракции из твердого растительного сырья. Патент РФ на изобретение № 2104733. 06.11.1996. Доступно по: https://yandex.ru/patents/doc/RU2104733C1_19980220. Ссылка активна на 28.09.2021.

20. Зуев Н. М., Сизова Н. М., Спивак В. Л. Способ получения сухого водорастворимого экстракта из растительного сырья. Патент РФ на изобретение № 2005124561. 02.08.2005. Бюл. № 4. Доступно по: https://yandex.ru/patents/doc/RU2005124561A_20070210. Ссылка активна на 28.09.2021.

21. Литвинец С. Г., Мартинсон Е. А., Злобин А. А. Способ выделения пектиновых веществ в нативном состоянии из плодовых оболочек шиповника. Патент РФ на изобретение № 2485804. 16.03.2010. Бюл. № 27. Доступно по: https://yandex.ru/patents/ doc/RU2485804C2_20130627. Ссылка активна на 28.09.2021.

22. Живописцев В. С . Установка для экстракции биологического сырья сжиженными газами. Патент РФ на изобретение № 96121. 17.03.2010. Доступно по: https://yandex.ru/patents/doc/RU96121U1_20100720. Ссылка активна на 28.09.2021.

23. Шубенкова Е. Г., Чжу О. П., Лобова Ю. Ю., Лутаева И. А. Исследование влияния условий экстракции на извлечение биологически активных веществ с антиоксидантными свойствами. Вестник Новосибирского государственного педагогического университета. 2013;5(15):144–148.

24. Valeeva A. R., Makarova N. V., Valiulina D. F. Optimisation of condi-tions for extracting bioactive compounds exhibiting antioxidant properties from hawthorn fruit (Crataegus). Proceedings of Uni-versities Applied Chemistry and Biotechnology. 2019;9(2):239–249. DOI: 10.21285/2227-2925-2019-9-2-239-249.

25. Ставрианиди А. Н., Родин И. А., Браун А. В., Шпигун О. А. Быстрый способ ультразвуковой экстракции Гинсенозидов из растительного сырья и продуктов на основе женьшеня для ВЭЖХ-МС/МС анализа. Аналитика и контроль. 2013;17(4):459–464.

26. Макарова Н. В., Еремеева Н. Б. Сравнительное изучение влияния ультразвуковых воздействий на экстракцию антиоксидантных соединений ягод черники (Vaccinium myrtillus L.). Химия растительного сырья. 2020;1:167–177. DOI: 10.14258/jcprm.2020014425.

27. Макарова Н. В., Валиулина Д. Ф ., Еремеева Н. Б . Сравнительные исследования методов извлечения биологически активных веществ с антиоксидантными свойствами из косточек винограда (Vitis vinifera L.). Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(1):140–148. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-1-140-148.

28. Еремеева Н. Б ., Макарова Н. В . Влияние технологии экстракции на антиоксидантную активность экстрактов плодов черноплодной рябины. Вестник МГТУ. 2017;20(3):600–608. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-3-600-608.

29. Апаева А. В., Ямансарова Э. Т., Куковинец О. С., Зворыгина О. Б. Влияние ультразвукового облучения на извлечение флавоноидов из зеленой массы гречихи. Вестник Башкирского университета. 2016;21(1):69–72.

30. Белокуров С. С., Флисюк Е. В., Смехова И. Е. Выбор метода экстрагирования для получения извлечений из семян пажитника сенного с высоким содержанием биологически активных веществ. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019;8(3):35–39. DOI: 10.33380/2305-2066-2019-8-3-35-39.

31. Белокуров С. С ., Флисюк Е. В ., Наркевич И. А ., Лужанин В. Г ., Шилов С. В ., Новикова К. О . Сравнительный анализ перспективных методов экстрагирования для получения из-влечений из семян пажитника сенного. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019;8(3):49–55. DOI: 10.33380/2305-2066-2019-8-3-49-55.

32. Жилякова Е. Т., Цветкова З. Е., Писарев Д. И., Бойко Н. Н., Тимошенко Е. Ю. Интенсификация процесса производства густого экстракта плодов расторопши пятнистой с использованием ультразвуковой обработки сырья. Фармация и фармакология. 2018;6(5):475–487. DOI: 10.19163/2307-9266-2018-6-5-475-487.

33. Рудометова Н. В., Ким И. С. Исследование экстракции капсаицина из плодов острого перца рода Capsicum. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2019;1:62–73.

34. Попова Н. В., Потороко И. Ю. Повышение эффективности экстракции биологически активных веществ из растительного сырья методом ультразвукового воздействия. Вестника ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». 2018;6(1):14–22. DOI: 10.14529/food180102.

35. Загорулько Е. Ю ., Теслев А. А ., Ожигова М. Г. Разработка и оптимизация технологии ультразвукового экстрагирования ромашки аптечной цветков (Chamomillae Recutita flores). Фармация и фармакология. 2018;6(2):151–166. DOI: 10.19163/2307-9266-2018-6-2-151-166.

36. Милевская В. В., Статкус М. А., Темердашев З. А., Киселева Н. В., Бутыльская Т. С., Шилько Е. А. Экстракция и определение био-логически активных компонентов зверобоя и препаратов на его основе. Журнал аналитической химии. 2016;71(7):768–774.

37. Подолина Е. А., Ханина М. А., Рудаков О. Б., Небольсин А. Е. Ультразвуковая экстракция и УФ-спектрофотометрическое определение суммы флавоноидов и дубильных веществ в надземной части василька синего. Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2018;2:28–35.

38. Tiwari B. K. Ultrasound: A clean, green extraction technology. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2015;71:100–109. DOI: 10.1016/j.trac.2015.04.013.

39. Segovia F. J ., Corral-Pérez J. J ., Almajano M. P . Avocado seed: Modeling extraction of bioactive compounds. Industrial Crops and Products. 2016;85:213–220. DOI: 10.1016/j.indcrop.2016.03.005.

40. Sousa A. D ., Maia A. I . V ., Rodrigues T. H . S ., Canuto K. M ., Ribeiro P. R. V., de Cassia Alves Pereira R., Vieira R. F., de Brito E. S. Ultra-sound-assisted and pressurized liquid extraction of phenolic com-pounds from Phyllanthus amarus and its composition evaluation by UPLC-QTOF. Industrial Crops and Products. 2016;79:91–103. DOI: 10.1016/j.indcrop.2015.10.045.

41. Rodrigues D., Freitas A. C., Sousa S., Amorim M., Vasconcelos M. W., da Costa J. P ., Silva A. M . S ., Rocha-Santos T. A . P ., Duarte A. C ., Gomes A. M. P. Chemical and structural characterization of Pho-liota nameko extracts with biological properties. Food Chemistry. 2017;216:176–85. DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.08.030.

42. Khemakhem I., Ahmad-Qasem M. H., Catalán E. B., Micol V., García-Pérez J. V., Ayadi M. A., Bouaziz M. Kinetic improvement of olive leaves’ bioactive compounds extraction by using power ultra-sound in a wide temperature range. Ultrasonics Sonochemistry. 2017;34:466–473. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.06.010.

43. Kazemi M., Karim R., Mirhosseini H., Hamid A. A., Tamnak S. Pro-cessing of Parboiled Wheat Noodles Fortified with Pulsed Ultra-sound Pomegranate (Punica granatum L. var. Malas) Peel Extract. Food and Bioprocess Technology. 2017;10(2):379–393. DOI: 10.1007/s11947-016-1825-8.

44. Chan C.-H., See T.-Y., Yusoff R., Ngoh G.-C., Kow K.-W. Extrac-tion of bioactives from Orthosiphon stamineus using micro-wave and ultrasound-assisted techniques: Process optimization and scale up. Food Chemistry. 2017;221:1382–1387. DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.11.016.

45. Tomšik A., Pavlić B., Vladić J., Ramić M., Brindza J., Vidović S. Op-timization of ultrasound-assisted extraction of bioactive com-pounds from wild garlic (Allium ursinum L.). Ultrasonics Sonoche-mistry. 2016;29:502–511. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2015.11.005.

46. Al‐Suod H., Ratiu I.-A., Krakowska-Sieprawska A., Lahuta L., Górecki R., Buszewski B. Supercritical fluid extraction in isolation of cyclitols and sugars from chamomile flowers. Journal of Separa-tion Science. 2019;42(20):3243–3252. DOI: 10.1002/jssc.201900539.

47. Dzah C. S., Duan Yu., Zhang H., Wen C., Zhang J., Chen G., Ma H. The effects of ultrasound assisted extraction on yield, antioxi-dant, anticancer and antimicrobial activity of polyphenol ext-racts: A review. Food Bioscience. 2020;35:100547. DOI: 10.1016/j.fbio.2020.100547.

48. Llorent-Martínez E. J., Zengin G., Sinan K. I., Polat R., Canlı D., Picot-Allain M. C. N., Mahomoodally M. F. Impact of different extraction solvents and techniques on the biological activities of Cirsium yildizianum (Asteraceae: Cynareae). Industrial Crops and Products. 2020;144:112033. DOI: 10.1016/j.indcrop.2019.112033.

49. Zengin G., Cvetanović A., Gašić U., Stupar A., Bulut G., Şenkar-des I., Dogan A., Sinan K. I., Uysal S., Aumeeruddy-Elalfi Z., Aktumsek A., Mahomoodally M. F . Modern and traditional extrac-tion techniques affect chemical composition and bioactivity of Tanacetum parthenium (L.) Sch.Bip. Industrial Crops and Products. 2020;146:112202. DOI: 10.1016/j.indcrop.2020.112202.

50. Zoumpoulakis P., Sinanoglou V. J., Siapi E., Heropoulos G., Proes-tos C. Evaluating Modern Techniques for the Extraction and Characterisation of Sunflower (Hellianthus annus L.) Seeds Phenolics. Antioxidants. 2017;6(3):46. DOI: 10.3390/antiox6030046.

51. Chen G., Fang C., Chen X., Wang Z., Liu M., Kan J. High-pressure ultrasonic-assisted extraction of polysaccharides from Mentha haplocalyx: Structure, functional and biological activities. Industrial Crops and Products. 2019;130:273–284. DOI: 10.1016/j.indcrop.2018.12.086.

52. Seukep A. J., Zhang Y.-L., Xu Y.-B., Guo M.-Q. In Vitro Antibacterial and Antiproliferative Potential of Echinops lanceolatus Mattf. (Asteraceae) and Identification of Potential Bioactive Compounds. Pharmaceuticals. 2020;13(4):59. DOI: 10.3390/ph13040059.

53. Moczkowska M., Karp S., Niu Y., Kurek M. A. Enzymatic, enzyma-tic-ultrasonic and alkaline extraction of soluble dietary fibre from flaxseed – A physicochemical approach. Food Hydrocolloids. 2019;90:105–112. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2018.12.018.

54. Rodsamran P., Sothornvit R. Extraction of phenolic compounds from lime peel waste using ultrasonic-assisted and microwave-assisted extractions. Food Bioscience. 2019;28:66–73. DOI: 10.1016/j.fbio.2019.01.017.

55. Santos K. A., Gonçalves J. E., Cardozo-Filho L., da Silva E. A. Pressu-rized liquid and ultrasound-assisted extraction of α-bisabolol from candeia (Eremanthus erythropappus) wood. Industrial Crops and Products. 2019;130:428–435. DOI: 10.1016/j.indcrop.2019.01.013.

56. Sharayei P., Azarpazhooh E., Zomorodi S., Ramaswamy H. S. Ult-rasound assisted extraction of bioactive compounds from pomegranate (Punica granatum L.) peel. LWT. 2019;101:342–350. DOI: 10.1016/j.lwt.2018.11.031.

57. Sut S., Dall’Acqua S., Zengin G., Senkardes I., Bulut G., Cvetano-vić A., Stupar A., Mandić A., Picot-Allain C., Dogan A., Sinan K. I., Mahomoodally F. Influence of different extraction techniques on the chemical profile and biological properties of Anthemis cotula L.: Multifunctional aspects for potential pharmaceutical applications. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2019;173:75–85. DOI: 10.1016/j.indcrop.2012.04.027.

58. St-Pierre F., Achim A., Stevanovic T. Composition of ethanolic extracts of wood and bark from Acer saccharum and Betula alleghaniensis trees of different vigor classes. Industrial Crops and Products. 2013;41:179–187. DOI: 10.1016/j.indcrop.2012.04.027.

59. Stroe, A.-C., Oancea S. Ultrasound-assisted and enzyme-assisted extraction of fructans and phenolics from parsnip (Pastinaca sativa L.). Current Trends in Natural Sciences. 2019;8(15):29–34.

60. Valachovic P., Pechova A., Mason T. J. Towards the industrial production of medicinal tincture by ultrasound assisted extrac-tion. Ultrasonics Sonochemistry. 2001;8(2):111–117. DOI: 10.1016/s1350-4177(00)00066-3.

61. Hromádková Z., Ebringerová A., Valachovič P. Ultrasound-assisted extraction of water-soluble polysaccharides from the roots of valerian (Valeriana officinalis L.). Ultrasonics Sonochemistry. 2002;9(1):37–44. DOI: 10.1016/s1350-4177(01)00093-1.

62. Zhang X., Ban Q., Wang X., Wang Z. Green and Efficient PEG-Based Ultrasonic-Assisted Extraction of Polysaccharides from Tree Peony Pods and the Evaluation of Their Antioxidant Acti-vity In Vitro. BioMed Research International. 2018;2018:1–7. DOI: 10.1155/2018/2121385.

63. Bimakr M., Rahman R. A., Taip F. S., Adzahan N. M., Sarker Md. Z. I., Ganjloo A. Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Mo-lecules. 2012;17(10):11748–11762. DOI: 10.3390/molecules171011748.

64. Cares M. G., Vargas Y., Gaete L., Sainz J., Alarcon J. Ultrasonical-ly assisted Extraction of bioactive principles from Quillaja Sapo-naria Molina. Physics Procedia. 2010;3(1):169–178. DOI: 10.1016/j.phpro.2010.01.024.

65. Mansoori S., Bahmanyar H., Ozumchelouei E. J., Najafipour I. In-vestigation and optimisation of the extraction of carvone and limonene from the Iranian Mentha spicata through the ultra-sound-assisted extraction method. Indian Chemical Engineer. 2020:1–10. DOI: 10.1080/00194506.2020.1831407.

66. Думитраш П. Г ., Болога М. К ., Шемякова Т. Д . Ультразвуковая экстракция биологически активных соединений из семян томатов. Электронная обработка материалов. 2016;52(3):47–52.


Дополнительные файлы

1. Графический абстракт
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (210KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Елапов А.А., Кузнецов Н.Н., Марахова А.И. Применение ультразвука в экстракции биологически активных соединений из растительного сырья, применяемого или перспективного для применения в медицине (обзор). Разработка и регистрация лекарственных средств. 2021;10(4):96-116. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-4-96-116

For citation:


Elapov A.A., Kuznetsov N.N., Marakhova A.I. The Use of Ultrasound in the Extraction of Biologically Active Compounds from Plant Raw Materials, Used or promising for Use in Medicine (Review). Drug development & registration. 2021;10(4):96-116. (In Russ.) https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-4-96-116

Просмотров: 133


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2305-2066 (Print)
ISSN 2658-5049 (Online)