استخراج الأنثوسيانين بالموجات فوق الصوتية

يستخدم الأنثوسيانين على نطاق واسع كملون طبيعي ومضاف غذائي في المنتجات الغذائية. استخراج بالموجات فوق الصوتية هو تقنية عالية الكفاءة وبسيطة للحصول على الأنثوسيانين عالية الجودة. يعزز استخدام الصوتيات من نوع المسبار إطلاق الأنثوسيانين عالي الجودة من النباتات مما يؤدي إلى زيادة الغلة وعملية سريعة. في الوقت نفسه ، صوتنة هي تقنية خفيفة وخضراء وفعالة للإنتاج الصناعي للأنثوسيانين الغذاء والدواء.

الانثوسيانين – كيفية استخراج الأنثوسيانين عالي الجودة باستخدام سونيكاتور

يستخدم الأنثوسيانين على نطاق واسع كملونات طبيعية في صناعة المواد الغذائية. لديهم مجموعة واسعة من درجات الألوان ، تتراوح من البرتقالي إلى الأحمر ، إلى الأرجواني والأزرق ، اعتمادا على التركيب الجزيئي وقيمة الأس الهيدروجيني. لا يعتمد الاهتمام بالأنثوسيانين على تأثير تلوينها فحسب ، بل أيضا بسبب خصائصها المفيدة للصحة. نظرا للمخاوف البيئية والصحية المتزايدة فيما يتعلق بالأصباغ الاصطناعية ، تعد الأصباغ الطبيعية بديلا رائعا كملون صديق للبيئة لصناعة الأغذية والأدوية.

استخراج الأنثوسيانين المحسن بالموجات فوق الصوتية

كيفية استخراج أنثوسيانين بالموجات فوق الصوتية؟ – دراسات الحالة

استخراج الأنثوسيانين بالموجات فوق الصوتية من الأرز الأرجواني أوريزا ساتيفا L.

الأرز الأرجواني من سلالة Oryza Sativa (المعروف أيضا باسم Violet Nori أو الأرز البنفسجي) غني بشكل غير عادي بالفينولات مثل مجموعة favonoid من الأنثوسيانين. استخدم Turrini et al. (2018) الاستخراج بالموجات فوق الصوتية لعزل البوليفينول مثل الأنثوسيانين ومضادات الأكسدة من caryopsis (في شكل كامل ، بني ، ومسلوق) وأوراق الأرز الأرجواني. تم إجراء استخراج بالموجات فوق الصوتية باستخدام Hielscher UP200St (200 وات، 26 كيلو هرتز، صورة. اليسار) والإيثانول 60٪ كمذيب.
من أجل الحفاظ على سلامة الأنثوسيانين ، تم تخزين المستخلصات فوق الصوتية عند -20 درجة مئوية ، مما سمح بتخزينها لمدة تصل إلى ثلاثة أشهر على الأقل.
كان سيانيدين-3 غلوكوزيد (المعروف أيضا باسم الأقحوان) إلى حد بعيد الأنثوسيانين الرئيسي المكتشف في أصناف "فيوليت نوري" و "أرتيميد" و "نيرون" التي تم التحقيق فيها في دراسة Turrini et al. ، بينما تم العثور على peonidin-3-glucoside و cyanidin-3-rutinoside (أيضا antirrhinin) بكميات أقل.
تعتبر الأوراق البنفسجية ل Oryza Sativa مصدرا ممتازا للأنثوسيانين والمحتوى الفينولي الكلي (TPC). مع كمية أعلى بحوالي 2-3 أضعاف من تلك الموجودة في الأرز والدقيق ، تقدم أوراق Oryza مادة خام غير مكلفة لاستخراج الأنثوسيانين. ويقدر المحصول بحوالي 4 كغم من الأنثوسيانين / طن من الأوراق الطازجة أعلى بكثير من محصول 1 كجم من أرز الأنثوسيانين / طن ، محسوبا على أساس كميات الأنثوسيانين المتوسطة المكتشفة في أرز "فيوليت نوري" (1300 ميكروغرام / غرام من الأرز ، مثل السيانيدين -3 جلوكوزيد) لمحصول حوالي 68 كجم من الأرز من 100 كجم من الأرز.

استخراج الأنثوسيانين بالموجات فوق الصوتية من الملفوف الأحمر

Ravanfar et al. (2015) قاموا بالتحقيق في كفاءة استخراج الأنثوسيانين بالموجات فوق الصوتية من الملفوف الأحمر. تم إجراء تجارب الاستخراج بالموجات فوق الصوتية باستخدام نظام الموجات فوق الصوتية UP100H (الموجات فوق الصوتية Hielscher ، 30 كيلو هرتز ، 100 واط). تم إدخال سونوترودي MS10 (قطر طرف 10 مم) في وسط دورق زجاجي مغلف يتم التحكم في درجة حرارته.

تم استخدام قطع الملفوف الأحمر المقطعة حديثا ذات أبعاد 5 مم (شكل مكعب) ومحتوى رطوبة 92.11 ± 0.45٪ لهذه التجربة. تم ملء دورق زجاجي مغلف (الحجم: 200 مل) ب 100 مل من الماء المقطر و 2 جرام من قطع الملفوف الأحمر. تم تغطية الدورق بورق الألمنيوم لمنع فقدان المذيب (الماء) عن طريق التبخر أثناء العملية. في جميع التجارب تم الحفاظ على درجة الحرارة في الكأس باستخدام وحدة تحكم ثرموستاتي. تم جمع العينات أخيرا وتصفيتها وطردها مركزيا عند 4000 دورة في الدقيقة وتم استخدام المواد الطافية لتحديد محصول الأنثوسيانين. تم إجراء الاستخراج في حمام مائي كتجربة تحكم.
تم تحديد العائد الأمثل للأنثوسيانين من الملفوف الأحمر بقوة 100 واط ، ووقت 30 دقيقة ودرجة حرارة 15 درجة مئوية مما أدى إلى إنتاج الأنثوسيانين بحوالي 21 مجم / لتر.
نظرا لتغيرات اللون على قيمة الأس الهيدروجيني وتلوينه المكثف ، فقد تم استخدام صبغة الملفوف الأحمر كمؤشر لدرجة الحموضة في التركيبات الصيدلانية أو كمضادات للأكسدة والملونات في النظم الغذائية ، على التوالي.

الموجات فوق الصوتية يكثف استخراج الانثوسيانين من المواد النباتية بشكل كبير.
المصدر: رافانفار وآخرون 2015

 
تظهر دراسات أخرى الاستخراج الناجح بالموجات فوق الصوتية للأنثوسيانين من العنب البري والعليق والعنب والكرز والفراولة والبطاطا الحلوة الأرجواني وغيرها.

مستخلصات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء

Hielscher Ultrasonics متخصصة في تصنيع المعالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج مقتطفات عالية الجودة من النباتات.
مجموعة واسعة من sonicators Hielscher تتراوح من الموجات فوق الصوتية مختبر صغيرة, قوية إلى مقاعد البدلاء قوية والأنظمة الصناعية بالكامل, التي توفر الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة لاستخراج وعزل المواد النشطة بيولوجيا بكفاءة (مثل الانثوسيانين, جينجيرول, بيبيرين, كركم إلخ).
جميع الموجات فوق الصوتية من 200 واط ل 16000 واط تتميز بشاشة ملونة تعمل باللمس للتحكم الرقمي ، وبطاقة SD مدمجة لتسجيل البيانات تلقائيا ، وجهاز التحكم عن بعد في المتصفح والعديد من الميزات سهلة الاستخدام. يمكن تعقيم sonotrodes وخلايا التدفق (الأجزاء الملامسة للوسط) وسهلة التنظيف.
صوتيات Hielscher قوية جدا وبنيت لعملية 24/7 تحت الحمل الكامل، في حين تتطلب صيانة منخفضة وكونها سهلة وآمنة للعمل. شاشة ملونة رقمية تسمح لتحكم سهل الاستخدام من الموجات فوق الصوتية.
أنظمتنا قادرة على التوصيل من السعات المنخفضة إلى السعات العالية جدا. لاستخراج القنب والتربينات ، نحن نقدم sonotrodes الموجات فوق الصوتية الخاصة (المعروف أيضا باسم تحقيقات الموجات فوق الصوتية أو قرون) التي تم تحسينها للعزل المعقول للمواد الفعالة عالية الجودة. يمكن استخدام جميع أنظمتنا لاستخراج واستحلاب القنب بعد ذلك. متانة صوتيات Hielscher يسمح للتشغيل المستمر (24/7) في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.

يضمن التحكم الدقيق في معلمات العملية بالموجات فوق الصوتية قابلية التكاثر وتوحيد العملية.
 

يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:

الأدب / المراجع

• Chemat, Farid; Rombaut, Natacha; Sicaire, Anne-Gaëlle; Meullemiestre, Alice; Fabiano-Tixier, Anne-Sylvie; Abert-Vian, Maryline (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry 34 (2017) 540–560.
• Ravanfar, Raheleh; Tamadon, Ali Mohammad, Niakousari, Mehrdad (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of anthocyanins from red cabbage using Taguchi design method. J Food Sci Technol. 2015 Dec; 52(12): 8140–8147.
• Turrini, Federica; Boggia, Raffaella; Leardi, Riccardo; Borriello, Matilde; Zunin, Paola (2018): Optimization of the Ultrasonic-Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Oryza Sativa L. ‘Violet Nori’ and Determination of the Antioxidant Properties of its Caryopses and Leaves. Molecules 2018, 23, 844.

حقائق تستحق المعرفة

كيف يعمل الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية؟

يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية المكثفة على وسط سائل إلى التجويف. ظاهرة التجويف يؤدي محليا إلى درجات حرارة قصوى وضغوط ومعدلات تسخين / تبريد وفروق ضغط وقوى قص عالية في الوسط. عندما تنفجر فقاعات التجويف على سطح المواد الصلبة (مثل الجسيمات والخلايا النباتية والأنسجة وما إلى ذلك) ، تولد النفاثات الدقيقة والاصطدام بين الأجزاء تأثيرات مثل تقشير السطح والتآكل وانهيار الجسيمات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن انفجار فقاعات التجويف في الوسائط السائلة يخلق اضطرابات كبيرة وخلط دقيق.
التشعيع بالموجات فوق الصوتية للمواد النباتية يكسر مصفوفة الخلايا النباتية ويعزز ترطيب نفسه. خلص Chemat et al (2015) إلى أن الاستخراج بالموجات فوق الصوتية للمركبات النشطة بيولوجيا من النباتات هو نتيجة لآليات مستقلة أو مجتمعة مختلفة بما في ذلك التجزئة والتآكل والشعيرات الدموية وإزالة الأنسجة والصوت. هذه التأثيرات تعطل جدار الخلية ، وتحسن نقل الكتلة عن طريق دفع المذيب إلى الخلية وامتصاص المذيب المحمل بمركب نباتي ، وضمان حركة السائل عن طريق الخلط الدقيق.

يعتمد الاستخراج بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية

التشعيع بالموجات فوق الصوتية للمواد النباتية يكسر مصفوفة الخلايا النباتية ويعزز ترطيب نفسه. Chemat et al. (2015) خلص إلى أن الاستخراج بالموجات فوق الصوتية للمركبات النشطة بيولوجيا من النباتات هو نتيجة لآليات مختلفة مستقلة أو مجتمعة بما في ذلك التجزئة والتآكل والشعيرات الدموية وإزالة الأنسجة والصوت. هذه التأثيرات تعطل جدار الخلية ، وتحسن نقل الكتلة عن طريق دفع المذيب إلى الخلية وامتصاص المذيب المحمل بمركب نباتي ، وضمان حركة السائل عن طريق الخلط الدقيق.
يحقق الاستخراج بالموجات فوق الصوتية عزلا سريعا جدا للمركبات - متفوقا على طرق الاستخراج التقليدية في وقت معالجة أقصر ، وعائد أعلى ، وفي درجات حرارة منخفضة. كعلاج ميكانيكي معتدل ، يتجنب الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية التدهور الحراري للمكونات النشطة بيولوجيا ويتفوق بالمقارنة مع التقنيات الأخرى مثل استخراج المذيبات التقليدية أو التقطير المائي أو استخراج Soxhlet ، والتي من المعروف أنها تدمر الجزيئات الحساسة للحرارة. بسبب هذه المزايا ، فإن الاستخراج بالموجات فوق الصوتية هو التقنية المفضلة لإطلاق المركبات النشطة بيولوجيا الحساسة للحرارة من النباتات.

استخراج بالموجات فوق الصوتية من الخلايا النباتية: يظهر القسم المستعرض المجهري (TS) آلية الإجراءات أثناء الاستخراج بالموجات فوق الصوتية من الخلايا (التكبير 2000x) [المصدر: Vilkhu et al. 2011]

الانثوسيانين – صبغة نباتية قيمة

الأنثوسيانين عبارة عن أصباغ نباتية فراغية ، والتي يمكن أن تظهر باللون الأحمر أو الأرجواني أو الأزرق أو الأسود. يعتمد التعبير اللوني لأصباغ الأنثوسيانين القابلة للذوبان في الماء على قيمة الأس الهيدروجيني. يوجد الأنثوسيانين في الفجوة العصارية الخلوية، ومعظمها في الزهور والفواكه، ولكن أيضا في الأوراق والسيقان والجذور؛ حيث توجد في الغالب في طبقات الخلايا الخارجية مثل البشرة وخلايا النسيج المتوسط الطرفية.
الأكثر شيوعا في الطبيعة هي جليكوسيدات السيانيدين ، الدلفينيدين ، مالفيدين ، بيلارجونيدين ، الفاونيدين ، والبطونيدين.
تشمل الأمثلة البارزة للنباتات الغنية بالأنثوسيانين أنواع اللقاح ، مثل التوت الأزرق والتوت البري والتوت. التوت Rubus ، بما في ذلك التوت الأسود ، التوت الأحمر ، وبلاك بيري. عنب الثعلب ، الكرز ، الباذنجان ، الأرز الأسود ، أوبي ، البطاطا الحلوة في أوكيناوا ، عنب كونكورد ، عنب المسكدين ، الملفوف الأحمر ، وبتلات البنفسج. يحتوي الخوخ والتفاح ذو اللحم الأحمر على الأنثوسيانين. الأنثوسيانين أقل وفرة في الموز والهليون والبازلاء والشمر والكمثرى والبطاطس ، وقد يكون غائبا تماما في بعض أصناف عنب الثعلب الأخضر.

هيكل الأنثوسيانين الرئيسي

الأنثوسيانين بديل رائع ليحل محل عوامل التلوين الاصطناعية في المنتجات الغذائية. تمت الموافقة على استخدام الأنثوسيانين كملونات غذائية في الاتحاد الأوروبي وأستراليا ونيوزيلندا ، مع وجود رمز الملون E163. يوجد الأنثوسيانين في الفواكه والخضروات ويمكن وصفه بأنه نوع من الأصباغ النباتية القابلة للذوبان في الماء. كيميائيا ، الأنثوسيانين عبارة عن جليكوسيدات من الأنثوسيانيدين على أساس بنية 2-phenylbenzophyrylium (flavylium). هناك أكثر من 200 مادة كيميائية نباتية متميزة تندرج في فئة الأنثوسيانين. كصبغة لون رئيسية في الفواكه البرية والتوت ، هناك العديد من المصادر التي يمكن استخراج الأنثوسيانين منها. مصدر بارز للأنثوسيانين هو جلد العنب. تتكون أصباغ الأنثوسيانين في جلد العنب بشكل أساسي من ثنائي الجلوكوزيدات ، أحادي الجلوكوزيد ، أحادي الجلوكوزيد الأسيلي بالإضافة إلى ثنائي الجلوكوزيدات من الفاونيدين ، مالفيدين ، سيانيدين ، بيتونيدين ودلفينيدين. يختلف محتوى الأنثوسيانين في العنب من 30-750 مجم / 100 جم.
أبرز الأنثوسيانين هي السيانيدين ، الدلفينيدين ، البلارجونيدين ، الفاونيدين ، مالفيدين والبطونيدين.
على سبيل المثال ، تم العثور على الأنثوسيانين الفاونيدين-3-كافويل-p-هيدروكسي بنزويل سوفوروسايد-5-جلوكوزيد ، الفاونيدين-3- (6 "-كافويل-6''-فيرولويل سوفوروسيد) -5-جلوكوزيد ، وسيانيدين-3-كافويل-p-هيدروكسي بنزويل سوفوروسيد -5-جلوكوزيد في البطاطا الحلوة الأرجواني.

الانثوسيانين – الفوائد الصحية

إلى جانب قدرتها الكبيرة على العمل كملون غذائي طبيعي ، فإن الأنثوسيانين ذات قيمة عالية لآثارها المضادة للأكسدة. لذلك ، تظهر الأنثوسيانين العديد من الآثار الصحية الإيجابية. أظهرت الأبحاث أن الأنثوسيانين يمكن أن يمنع تلف الحمض النووي في الخلايا السرطانية ، ويمنع الإنزيمات الهضمية ، ويحفز إنتاج الأنسولين في خلايا البنكرياس المعزولة ، ويقلل من الاستجابات الالتهابية ، ويحمي من التدهور المرتبط بالعمر في وظائف المخ ، ويحسن ضيق الأوعية الدموية الشعرية ويمنع تراكم الصفيحات.