Ekstraksi Fenilethanoid Glikosida Dari Cistanche Tubulosa Dengan Ekstraksi Homogenisasi Geser Berkecepatan Tinggi

Kontak: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Email:{0}}

Wenjing Pei dan Ruili Guo

Latar belakang:

Cistanche tubulosaadalah obat tradisional Cina terkenal yang berasal dari Xinjiang. Ini didistribusikan secara luas di Afrika utara, India, dll. Tujuan: Komponen bioaktif utama dariC. tubulosaadalah glikosida fenilethanoid (PhGs). Echincoside dan acteoside adalah komponen indikatif untuk penentuan PhG dan terutama digunakan untuk perlindungan hati, perlindungan kekebalan, dll. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengekstrak PhG dari C. tubulosa. Metode: Dalam penelitian ini, metode ekstraksi berbantuan ultrasound (UAE), ekstraksi berbantuan gelombang mikro (MAE), dan ekstraksi homogenisasi geser berkecepatan tinggi (HSHE). Selanjutnya, kondisi ekstraksi metode HSHE dioptimalkan. Hasil: Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode HSHE lebih baik daripada metode UAE dan MAE, dan parameter ekstraksi HSHE yang optimal adalah konsentrasi etanol 50 persen , suhu ekstraksi 70 derajat , kecepatan putaran 16000 rpm, waktu ekstraksi 2 menit, rasio padat-cair 1:9, dan satu siklus ekstraksi. Hasil echinacoside dan acteoside adalah masing-masing 1,366 dan 0,519 persen, dan tingkat transfer echinacosida dan acteoside mencapai 87 dan 94 persen, masing-masing. Kesimpulan: Dapat disimpulkan bahwa metode HSHE merupakan teknik yang sederhana, cepat, dan efisien untuk mengekstraksi PhGs dari C. tubulosa. Sorotan: Metode HSHE yang efisien dan ramah lingkungan telah diselidiki untuk ekstraksi PhGs dari C. tubulosa. Kondisi optimum metode HSHE untuk ekstraksi PhGs dari C. tubulosa diperoleh. Penelitian ini memberikan metode baru untuk ekstraksi industri PhGs dariC.tubulus.

Cistanche tubulosa

Cistanche tubulosaadalah obat tradisional Cina umum yang berasal dari Xinjiang. Ini didistribusikan secara luas di Afrika utara, Semenanjung Arab, Pakistan, dan India dan secara resmi dicatat di Farmakope Cina pada tahun 2010. Komponen bioaktif utama dariC. tubulosaadalah glikosida fenilethanoid (PhGs), kelas produk alami yang larut dalam air termasuk echinacoside, acteoside, isoacteoside, dan 2-acetylacteoside (1, 2). Struktur PhGs terdiri dari asam sinamat dan gugus hidroksifeniletil, keduanya terikat pada -glukopiranosa melalui ikatan ester dan glikosidik, masing-masing (3). Studi farmakologis telah menunjukkan bahwa PhGs dari C. tubulosa memiliki banyak fungsi obat, seperti antifatigue (4), neuroprotektif (5-7), pelindung hati (8-10), dan efek imunoprotektif (11). Oleh karena itu, ekstraksi efektif PhGs dari C. tubulosa sangat penting untuk pengembangan dan pemanfaatan produk alami.

Metode ekstraksi tradisional PhGs saat ini adalah ekstraksi refluks panas, ekstraksi berbantuan ultrasound (UEA), dan ekstraksi berbantuan gelombang mikro (MAE; 12-16). Metode ini memiliki kelemahan yang berbeda, seperti efisiensi yang rendah, waktu ekstraksi yang lama, dan biaya yang tinggi. Dibandingkan dengan metode tradisional, metode ekstraksi homogenisasi geser berkecepatan tinggi (HSHE) adalah metode ekstraksi baru yang muncul dan memiliki keunggulan waktu ekstraksi yang lebih cepat, limbah pelarut yang lebih sedikit, hasil yang lebih tinggi, perangkat yang lebih sederhana, dan pengoperasian yang lebih mudah (17). Prinsip kerja metode HSHE didasarkan pada pemotong bagian dalam yang berputar yang digerakkan oleh motor berkecepatan tinggi. Gaya geser yang kuat dihasilkan oleh pemotong dalam dan luar untuk mengganggu dan mencampur sampel. Sementara itu, pemotong dengan putaran kecepatan tinggi menyebabkan perbedaan tekanan antara rongga dalam dan luar pemotong, sehingga terjadi perpindahan massa antara sampel dan pelarut. Dengan kombinasi gaya geser yang tinggi, gaya tumbukan, tekanan, dan gaya lainnya, keseimbangan yang dapat larut antara sampel padat dan pelarut dapat dicapai dengan cepat (18). Dengan demikian, proses ekstraksi HSHE dapat diselesaikan dalam beberapa menit, dan bahkan secepat puluhan detik (19–22).

Baru-baru ini, HSHE telah dieksplorasi dalam ekstraksi komponen bioaktif dari berbagai produk alami (23-25). Cheng dkk. menggunakan HSHE untuk mengekstrak lima lignan dari buah Schisandra Chinensis (26). Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimal adalah konsentrasi etanol 75 persen, waktu ekstraksi 1 menit, rasio padat-cair 1:19, tegangan ekstraksi 180 V, dan partikel sampel ukuran 120 mata jaring. Hasil total dari lima lignan adalah 13,89 ± 0,014 mg/g dalam kondisi optimal. Tang dkk. menggunakan HSHE untuk mendapatkan minyak bioaktif dari biji perilla (27). Kondisi optimal adalah waktu ekstraksi 2 menit, rasio padat-cair 1:10, tegangan ekstraksi 150 V, dan dua siklus ekstraksi. Rendemen minyak biji perilla mencapai 59,3 persen. Hasil di atas menunjukkan bahwa HSHE memiliki keunggulan waktu ekstraksi yang singkat, biaya yang rendah, dan hasil yang tinggi. Namun, ada kekurangan penelitian tentang ekstraksi PhGs oleh HSHE.

Dalam penelitian ini, HSHE digunakan untuk mengeksplorasi aplikasi potensialnya dalam ekstraksi PhGs dariC. tubulosa. Hasil PhGs ditentukan oleh HPLC. Tiga metode ekstraksi, HSHE, UEA, dan MAE, dibandingkan dalam kondisi yang sama. Pengaruh konsentrasi etanol, suhu ekstraksi, kecepatan rotasi, waktu ekstraksi, rasio padat-cair, dan jumlah siklus ekstraksi hasil diselidiki. Keuntungan dan kerugian dari karya ini dan referensi dibandingkan dan dibahas.

Bahan dan metode

Bahan dan Reagen Kimia

C. tubulosadibeli dari Xinjiang Congrongtang Biological Technology Co., Ltd (Xinjiang, Cina). Standar echinacosida (kemurnian lebih besar atau sama dengan 98 persen) dan acteoside (kemurnian lebih besar atau sama dengan 98 persen) dibeli dari Shanghai Standard Biological Technology Co., Ltd (Shanghai, Cina). Asetonitril, metanol, dan asam asetat adalah kelas HPLC (Fisher Scientific, Fair Lawn, NJ). Etanol kelas analitis dibeli dari Tianjin Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd (Tianjin, China). Air deionisasi digunakan selama percobaan.

Analisis HPLC

Analisis HPLC dilakukan pada kromatografi cair Waters e2695 (Waters, Milford, MA) yang dilengkapi dengan 2489 UV/Visible Detector dan kolom Symmetry C18 (Waters), 250 × 4,6 mm, ukuran partikel 5 m. Konsentrasi echinacoside dan acteoside dianalisis dengan metode HPLC. Fase gerak terdiri dari (1) asetonitril dan (2) larutan asam asetat glasial 2 persen. Program elusi gradien disajikan pada Tabel 1.

Panjang gelombang yang terdeteksi adalah 330 nm, laju alir 1 mL/menit, volume injeksi 10 L, dan suhu oven diatur pada 30 derajat . Puncak kromatografi analit dikonfirmasi dengan membandingkan waktu retensinya dengan standar. Kuantifikasi dilakukan dengan mengintegrasikan puncak menggunakan metode standar eksternal.

Uji presisi dilakukan dengan menginjeksikan sampel ekstraksi yang sama sebanyak lima kali. Untuk uji stabilitas, sampel yang sama dianalisis secara bertahap 0, 1, 2, 4, 12, 24, dan 48 jam. Uji perolehan kembali echinacosida dan akteosida dilakukan dengan menambahkan standar ke dalam sampel ekstraksi. Semua area puncak dan waktu retensi echincoside dan acteoside dicatat. Hasil kurva kalibrasi untuk echinacoside dan acteoside tercantum pada Tabel 2.

Perhitungan Hasil

Echincoside dan acteoside digunakan sebagai komponen indikatif untuk penentuan PhGs. Rendemen echinacosida atau akteosida dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

Y=CV/P×100 persen (1)

dimana Y=hasil echincoside atau acteoside ( persen ); C=konsentrasi echinacoside atau acteoside (mg/mL); V=volume larutan ekstraksi (mL); dan W=berat bubuk C. tubulosa (mg).

Metode Ekstraksi PhGs

Batang C. tubulosa pertama kali digiling dengan penggiling listrik (JC-500g; Yongkang Kaiyuan Industry & Trade Co., Ltd, Yongkang, China) dan disaring dengan saringan saringan (sekitar 380 m). Kemudian serbuk C. tubulosa dikeringkan dalam oven pada suhu 70 derajat sampai beratnya konstan. Lima gram serbuk C. tubulosa dicampur dengan pelarut ekstraksi dan dimasukkan ke dalam botol ekstraksi. Setelah itu, campuran cairan dipanaskan terlebih dahulu (30–80 derajat) selama 5 menit dalam penangas air bersuhu konstan (DF-101S; Jintan Analytical Instrument Co., Ltd, Jintan, China).

(a) Metode HSHE.—HSHE dilakukan dengan sistem FA25 (FLUKO Co., Ltd, Shanghai, China), yang terdiri dari pemotong berputar, motor berkecepatan tinggi, dan pengontrol. Kecepatan rotasi pemotong bagian dalam diatur dalam kisaran 10000-28000 rpm, dan waktu ekstraksi disesuaikan dalam kisaran 2-15 menit.

(b) Metode UEA.—Lima gram sampel kering dan 300 mL metanol ditimbang secara akurat dan ditambahkan ke dalam botol ekstraksi. Botol ekstraksi dicelupkan ke dalam penangas ultrasonik dan dilakukan pada daya ultrasonik 300 W selama 10 menit. Suhu ekstraksi diatur pada 30 derajat.

(c) Metode MAE.—Lima gram sampel kering dan 300 mL metanol ditimbang secara akurat dan ditambahkan ke dalam botol ekstraksi. Botol ekstraksi dimasukkan ke dalam reaktor microwave dan dilakukan pada 180 W selama 10 menit. Suhu ekstraksi diatur pada 30 derajat.

Metode HSHE dibandingkan dengan metode UEA dan MAE dengan pelarut ekstraksi yang sama, waktu ekstraksi, suhu ekstraksi, rasio padat-cair, dan nomor siklus ekstraksi yang sama. Larutan ekstraksi disaring dengan membran 0.22 m dan dianalisis melalui HPLC untuk menentukan konsentrasi echinacosida dan akteosida. Semua proses ekstraksi diulang tiga kali

Penetapan Tarif Transfer

Berdasarkan metode standar dalam 2015 China Pharmacopoeia, kandungan echinacoside dan acteoside dalam bubuk C. tubulosa ditentukan (28). Satu gram bubuk C. tubulosa dan 50 mL 50 persen metanol ditimbang secara akurat dan ditambahkan ke dalam labu takar 50 mL berwarna coklat. Campuran cair ditimbang dan direndam selama 30 menit. Kemudian labu ukur berwarna coklat direndam dalam ultrasonic bath dan dilakukan pada daya ultrasonik 250 W dan frekuensi 35 kHz selama 40 menit. Campuran cair ditimbang kembali, dan 50 persen metanol ditambahkan untuk memasok kehilangan pelarut. Larutan ekstraksi disaring dengan membran 0,22 m dan dianalisis menggunakan HPLC untuk menentukan konsentrasi echinacosida dan akteosida. Proses ekstraksi dilakukan sebanyak tiga kali.

Laju transfer echinacosida atau akteosida dihitung menggunakan persamaan berikut:

X= M1/M2 ×100 persen (2)

di mana X=kecepatan transfer echincoside atau acteoside ( persen ); M1=kualitas echincoside atau acteoside dalam ekstrak (mg); dan M2=kualitas echinacosida atau akteosida dalam bubuk C. tubulosa (mg).

Hasil dan Diskusi

Validasi Metode HPLC

Profil HPLC echinacoside dan acteoside dari C. tubulosa menggunakan HSHE ditunjukkan pada Gambar 1. RSD area puncak echinacosida dan acteoside masing-masing adalah 1,89 dan 1,40 persen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode HPLC memiliki presisi yang baik dalam analisis kuantitatif echinacosida dan akteosida. Pada waktu yang berbeda (0–48 jam), RSD dari area puncak echincoside dan acteoside masing-masing adalah 1,71 dan 1,70 persen, menunjukkan bahwa sampel stabil dalam 48 jam. Pemulihan echinacoside dan acteoside adalah 99,3 dan 99,1 persen, masing-masing, dan RSD mereka masing-masing adalah 0,70 dan 0,67 persen, yang mengkonfirmasi keandalan metode HPLC.

Perbandingan Metode Ekstraksi yang Berbeda

Telah dilakukan perbandingan metode HSHE dengan metode MAE dan UEA mengenai rendemen echinacosida dan akteosida yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 2. Terlihat bahwa rendemen echinacoside dan akteosida yang diperoleh HSHE lebih tinggi dari yang diperoleh oleh MAE dan UEA. Dibandingkan dengan MAE, rendemen echinacoside dan acteoside yang diperoleh HSHE masing-masing lebih besar 20,5 dan 20,8 persen . Dan dibandingkan dengan UEA, rendemen echinacoside dan acteoside yang diperoleh HSHE masing-masing lebih besar sebesar 6,6 dan 7,4 persen . Hasil ini menunjukkan bahwa HSHE secara signifikan dapat meningkatkan hasil PhGs.

Optimalisasi Metode HSHE

Parameter ekstraksi PhGs oleh HSHE meliputi konsentrasi etanol, suhu ekstraksi, kecepatan rotasi, waktu ekstraksi, rasio padat-cair, dan jumlah siklus ekstraksi (26, 29).

Pengaruh Konsentrasi Etanol Terhadap Ekstraksi PhGs

Konsentrasi etanol merupakan faktor penting yang mempengaruhi hasil PhGs. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, hasil echinacosida dan acteoside dari C. tubulosa di bawah konsentrasi etanol yang berbeda diselidiki. Ini mengungkapkan bahwa hasil echinacosida meningkat dari 0 menjadi 30 persen dan kemudian menurun dari 30 menjadi 90 persen dengan meningkatnya konsentrasi etanol. Hasil acteoside meningkat dari 0 menjadi 70 persen dan kemudian menurun dari 70 menjadi 90 persen dengan meningkatnya konsentrasi etanol. Ketika konsentrasi etanol adalah 50 persen , jumlah hasil echinacosida dan akteosida maksimum. Konsentrasi etanol yang berbeda memiliki polaritas yang berbeda, yang menyebabkan kelarutan yang berbeda dari echinacoside dan acteoside. Dengan demikian, konsentrasi etanol yang optimal adalah 50 persen .

Pengaruh Kecepatan Rotasi pada Ekstraksi PhGs

Gambar 5 menunjukkan efek dari kecepatan rotasi yang berbeda pada hasil PhGs. Hasil echinacoside dan acteoside meningkat dengan meningkatnya kecepatan rotasi. Peningkatan kecepatan rotasi dapat meningkatkan gaya geser pemotong dalam dan luar, sehingga meningkatkan hasil PhGs. Kecepatan putaran optimal adalah 16000 rpm.

Pengaruh Waktu Ekstraksi terhadap Ekstraksi PhGs

Hasil echinacoside dan acteoside di bawah waktu ekstraksi yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 6. Hasil echincoside dan acteoside stabil dengan meningkatnya waktu ekstraksi. Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa PhGs dapat sepenuhnya diekstraksi dari C. tubulosa dalam 2 menit, dan waktu ekstraksi optimal adalah 2 menit.

Pengaruh Rasio Padat-cair pada Ekstraksi PhGs

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7, hasil echincoside dan acteoside di bawah rasio padat-cair yang berbeda dibahas. Hasil echinacoside dan acteoside meningkat dari 1:3 menjadi 1:9 dan menjadi stabil dari 1:9 menjadi 1:24. Karena sejumlah kecil pelarut ekstraksi tidak dapat sepenuhnya melarutkan echinacosida dan akteosida, laju perpindahan massa berkurang. Ekstraksi pelarut yang berlebihan menyebabkan pemborosan yang tidak perlu. Oleh karena itu, rasio solid-to-liquid yang optimal adalah 1:9.

Pengaruh Jumlah Siklus Ekstraksi pada Ekstraksi PhGs

Gambar 8 menunjukkan bahwa efek dari sejumlah siklus ekstraksi pada hasil PhGs. Rendemen echinacosida dan akteosida meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah siklus ekstraksi. Namun, waktu ekstraksi sangat meningkat dengan meningkatnya siklus ekstraksi, dan lebih banyak energi yang dikonsumsi. Jumlah siklus ekstraksi yang optimal adalah satu.

Membandingkan Metode HSHE dengan Metode Ekstraksi Lain untuk Mengekstraksi PhGs

Hasil metode HSHE dibandingkan dengan metode ekstraksi lain untuk mengekstraksi PhGs dari C. tubulosa tercantum dalam Tabel 3. HSHE lebih sederhana dan lebih mudah daripada metode kopling seperti ekstraksi dua fase berair berbantuan ultrasound dan teknologi ekstraksi gelombang mikro ultrasonik metode. Selain itu, tekanan ekstraksi HSHE lebih rendah daripada metode ekstraksi cair bertekanan, dan kondisi operasi yang pertama lebih aman. Lebih penting lagi, dapat dilihat dari Tabel 3 bahwa HSHE menunjukkan waktu ekstraksi terpendek dan konsumsi pelarut paling sedikit di antara semua metode ekstraksi. Dapat disimpulkan bahwa metode HSHE memiliki banyak keunggulan seperti efisiensi tinggi, kondisi operasi ringan, tingkat konsumsi rendah, peralatan sederhana, dan pengoperasian yang mudah untuk ekstraksi produk alam.

Kesimpulan

Dalam penelitian ini, metode HSHE yang efisien dan ramah lingkungan telah diselidiki untuk ekstraksi PhGs dari C. tubulosa. Dibandingkan dengan metode UEA dan MAE, metode HSHE baru menghasilkan hasil PhG yang lebih tinggi dalam kondisi yang sama. Dibandingkan dengan metode MAE, hasil echinacoside dan acteoside meningkat masing-masing sebesar 20.5 dan 20,8 persen . Dan dibandingkan dengan UEA, hasil echinacoside dan acteoside meningkat masing-masing sebesar 6,6 dan 7,4 persen . Parameter ekstraksi HSHE PhGs dari C. tubulosa dioptimalkan. Di bawah parameter yang dioptimalkan, hasil echincoside dan acteoside masing-masing mencapai 1,366 dan 0,519 persen , dan kecepatan transfer echincoside dan acteoside masing-masing mencapai 87 dan 94 persen . Metode HSHE memiliki keunggulan efisiensi tinggi, kondisi pengoperasian ringan, tingkat konsumsi rendah, peralatan sederhana, pengoperasian mudah, dan biaya rendah. Penelitian ini memberikan metode baru untuk ekstraksi industri PhGs dari C. tubulosa.