استخلاص الكابسيسين من الفلفل الحار بالموجات فوق الصوتية
- الكابسيسين هو المركب الرئيسي المسؤول عن النكهة والطعم الحار في الفلفل الحار، المعروف أيضًا باسم الشطة.
- لإنتاج كابسيسين عالي الجودة بوصفه مكوّنًا للنكهة العطرية ومكوّنًا دوائيًا، يلزم استخدام تقنية استخلاص فعالة ولطيفة في الوقت نفسه لمنع التحلل.
- الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة استخلاص ميكانيكية لطيفة تحقق مردودًا مرتفعًا من الكابسيسين خلال وقت استخلاص قصير جدًا.
موجات فوق صوتية عالية الأداء للحصول على مستخلصات كابسيسين عالية الجودة
يحسّن استخلاص الكابسيسينويدات من الفلفل الحار (مثل Capsicum frutescens) بالموجات فوق الصوتية مردود الاستخلاص بصورة ملحوظة. تعزز الموجات فوق الصوتية عالية القدرة تثقيب جدران الخلايا وتفكيكها، وكذلك الانتفاخ والإماهة من خلال دفع المذيب إلى داخل الخلايا النباتية. ويؤدي ذلك إلى زيادة انتقال كتلة المواد الموجودة داخل الخلايا (بما فيها الكابسيسينويدات) من الخلايا النباتية إلى المذيب.
وبوصفه تقنية معالجة ميكانيكية بحتة وغير حرارية، يمنع الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية التحلل الحراري للمركبات الحساسة للحرارة. ويكثّف التجويف بالموجات فوق الصوتية عملية الاستخلاص، مما يؤدي إلى مردود مرتفع من مستخلصات فائقة الجودة. وتكاليف الاستثمار والتشغيل لمعدات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية منخفضة نسبيًا، وتتيح تحقيق عائد سريع على الاستثمار.
- مردود فائق
- استخلاص سريع – خلال دقائق
- مستخلصات عالية الجودة – استخلاص لطيف وغير حراري
- مذيبات صديقة للبيئة (مثل الماء/الإيثانول)
- فعّال من حيث التكلفة
- تشغيل سهل وآمن
- تكاليف استثمار وتشغيل منخفضة
- تشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاق
- طريقة خضراء وصديقة للبيئة
استخلاص المواد النباتية بالموجات فوق الصوتية على دفعات بحجم 120L باستخدام UIP2000hdT وجهاز تقليب
استخلاص الكابسيسينويدات بالموجات فوق الصوتية – بنمط الدفعات أو التدفق المستمر
الدفعات: يمكن تشغيل عمليات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بوصفها عمليات بسيطة على دفعات أو بوصفها معالجة ضمن خط الإنتاج، حيث يُغذّى الوسط باستمرار عبر مفاعل تدفق بالموجات فوق الصوتية.
المعالجة على دفعات إجراء سهل يُنفّذ فيه الاستخلاص دفعة تلو الأخرى. وتوفر Hielscher Ultrasonics أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية للدفعات الصغيرة والكبيرة، أي من 1L إلى 120L.
لمعالجة دفعات بحجم من 5 إلى 10L، نوصي باستخدام UP400ST مع السونوترود S24d22L2D. (انظر الصورة على اليسار)
لمعالجة دفعات بحجم يقارب 120L، نوصي باستخدام UIP2000hdT مع السونوترود RS4d40L4. (انظر الصورة أعلى اليمين)
التدفق عبر المفاعل: للأحجام الأكبر ولاستخلاص الكابسيسين تجاريًا على نطاق كامل، يُمرَّر تيار سائل مستمر يحتوي على رقائق الفلفل الحار عبر مفاعل بالموجات فوق الصوتية، حيث يخضع معلّق المذيب/المواد النباتية لمعالجة مكثفة بالموجات فوق الصوتية.
لحجم يقارب 8L/min.، نوصي باستخدام UIP4000hdT مع السونوترود RS4d40L3 وخلية التدفق القابلة للعمل تحت الضغط FC130L4-3G0.
دراسة حالة لاستخلاص الكابسيسين بالموجات فوق الصوتية
أفاد Olguín-Rojas وآخرون (2019) بعزل الكابسيسينويدات بمردود يزيد على 96% باستخدام ثلاثة أصناف من Capsicum chinense Jacq. (فلفل ‘Bode’ و‘Habanero’ و‘Habanero Roxo’). واستخدموا جهاز Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية ذي المسبار UP200S (200 W, 24 kHz) مع غمر العينة في حمام مائي مضبوط الحرارة. وُضعت عينة من Capsicum chinense بكتلة 0.25g في تماس مع 25mL من الميثانول لمدة 10 دقائق، ثم نُقلت إلى الحمام المائي عند 50ºC، وبسعة خرج قدرها 200 W، ودورة تشغيل قدرها 0.5sec. وبعد ذلك، رُشّحت المستخلصات باستخدام مرشح محقنة من النايلون وحُلّلت بواسطة الاستشراب. وكشف التحليل عن جميع الكابسيسينويدات الرئيسية الخمسة (n-DHC وC وDHC وh-C وh-DHC). ويتيح الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية الحصول على مستخلص كامل الطيف ذي نطاق واسع من النكهات.
وجد Sganzerla وآخرون (2014) أن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة ممتازة لاستخلاص الكابسيسينويدات من الفلفل الحار بصورة كمية وقابلة للتكرار باستخدام الميثانول كمذيب. وبفضل بساطته وكفاءته، يمكن استخدام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية للتحليل الروتيني السريع للكابسيسينويدات في الفلفل الحار.
معدات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
تتخصص Hielscher Ultrasonics في تصنيع أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج مستخلصات عالية الجودة من المواد النباتية.
تتراوح مجموعة المنتجات الواسعة من Hielscher Ultarsonics بين أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المختبرية المدمجة والقوية، والأنظمة المتينة التي توضع على طاولة المختبر والأنظمة الصناعية بالكامل، والتي توفر موجات فوق صوتية عالية الشدة لاستخلاص المواد النشطة حيويًا وعزلها بكفاءة (مثل الكيرسيتين والكافيين والكركمين والتربينات وغيرها). وتتميز جميع أجهزة المعالجة الرقمية بالموجات فوق الصوتية، من 200W إلى 16,000W، بقائمة سهلة الاستخدام ذات إعدادات قابلة للبرمجة، وشاشة لمس ملونة للتحكم الرقمي، وبطاقة SD مدمجة لتسجيل البيانات تلقائيًا، وإمكانية التحكم عن بُعد عبر المتصفح، والعديد من الميزات الأخرى سهلة الاستخدام. ويمكن تعقيم السونوترودات وخلايا التدفق (الأجزاء التي تلامس الوسط) في الأوتوكلاف، كما يسهل تنظيفها. وجميع أجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية مصممة للتشغيل على مدار 24/7، وتتطلب قدرًا قليلًا من الصيانة، ويتميز تشغيلها بالسهولة والأمان.
تتيح شاشة رقمية ملونة التحكم بسهولة في جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وتستطيع أنظمتنا توفير سعات تتراوح من منخفضة إلى مرتفعة جدًا. ولاستخلاص البوليفينولات وغيرها من المواد الكيميائية النباتية النشطة حيويًا، مثل الكابسيسينويدات، نوفر سونوترودات خاصة بالموجات فوق الصوتية (تُعرف أيضًا باسم المسابير أو الأبواق فوق الصوتية) مُحسّنة للعزل اللطيف للمواد الفعالة عالية الجودة. وتتيح متانة معدات Hielscher للموجات فوق الصوتية التشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات المتطلبة.
ويضمن التحكم الدقيق في معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية قابلية التكرار وتوحيد معايير العملية.
يوضح الجدول أدناه القدرة التقريبية على المعالجة لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
تواصلوا معنا! / اسألونا!
جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP200Ht الخفيف الوزن والقوي في الوقت نفسه مثالي لاستخلاص الكابسيسين في الكؤوس المخبرية
المؤلفات / المراجع
- Barbero G.F., Liazid A., Palma M., Barroso C.G. (2008): Ultrasound-assisted extraction of capsaicinoids from peppers. Talanta 75, 2008. 1332-1337.
- Boonkird S.; Phisalaphong C.; Phisalaphong M. (2008): Ultrasound-assisted extraction of capsaicinoids from Capsicum frutescens on a lab- and pilot-plant scale. Ultrasonic Sonochemistry, 15, 2008. 1075-1079.
- Lu M.; Ho Ch.-T.; Huang Q. (2017): Extraction, bioavailability, and bioefficacy of capsaicinoids. Journal of Food and Drug Analysis Vol. 25, Issue 1, Jan. 2017. 27-36.
- Olguín-Rojas J.A.; Fayos O.; Vázquez-León L.A.; Ferreiro-González M.; del Carmen Rodríguez-Jimenes G.; Palma M.; Garcés-Claver A.; Barbero G.F. (2019): Progression of the Total and Individual Capsaicinoids Content in the Fruits of Three Different Cultivars of Capsicum chinense Jacq. Agronomy 2019, 9, 141.
- Sganzerla M.; Pereira Coutinho J.; Tavaresde Melo A.M.; Teixeira Godoy H. (2014): Fast method for capsaicinoids analysis from Capsicum chinense fruits. Food Research International, Vol. 64, October 2014. 718-725.
حقائق جديرة بالمعرفة
الكابسيسينويدات
يحظى الفلفل بشعبية في أنحاء العالم، وغالبًا ما يُستخدم كمضاف غذائي لإضفاء مذاق حار ولاذع. والكابسيسينويدات هي مركبات النكهة في الفلفل الأحمر الحار، وتتكون أساسًا من الكابسيسين (trans-8 methyl-N-vanillyl-6-nonenamide) وثنائي هيدروكابسيسين (8 methyl-N-vanillylnonanamide)، ونورثنائي هيدروكابسيسين، وهوموكابسيسين، وهوموثنائي هيدروكابسيسين. والكابسيسين وثنائي هيدروكابسيسين هما أكثر الكابسيسينويدات وفرة، وهما مسؤولان عن نحو 90% من الطعم الحار. وإجمالًا، جرى تمييز أكثر من 20 مركبًا من الكابسيسينويدات في أنواع مختلفة من الفلفل.
الكابسيسينويدات هي أبرز أنواع المواد الكيميائية النباتية في الفلفل. وهي قلويدات غير متطايرة، تُعد كيميائيًا أميدات حمضية لأحماض دهنية متفرعة السلسلة من C9–C11 وللفانيليل أمين. والكابسيسينويدات مسؤولة عن النكهة اللاذعة والحارة في الفلفل الحار، وهي مكوّن شائع في التوابل. وإلى جانب استخدامها كمكوّن غذائي، تُعرف الكابسيسينويدات بخصائصها الدوائية، التي تشمل دورها كعوامل وقاية كيميائية من حدوث الطفرات أو تكوّن الأورام، وكعوامل مضادة للميكروبات، وكمضادات للأكسدة، وتأثيرها المضاد للسرطان، وتأثيراتها المسكنة، وتأثيرها في الخلايا العصبية المسؤولة عن نقل الألم والالتهاب العصبي المنشأ. ومن الاستخدامات الشائعة الأخرى للكابسيسينويدات إدخالها في المسكنات الموضعية لتخفيف الألم، وفي المراهم المضادة لالتهاب المفاصل والالتهاب، واستخدامها كمثبط طبيعي للكائنات الحية الدقيقة الممرضة.
وفي صناعة الأغذية، تُضاف الكابسيسينويدات أحيانًا كمادة حافظة طبيعية بسبب خصائصها المضادة للميكروبات.
تُزرع ثمار الفلفل الحار من الأنواع Capsicum annuum L. وCapsicum frutescens L. وCapsicum baccatum L. وCapsicum pubescens Ruiz & Pav. وCapsicum chinense في أنحاء العالم، ولذلك فهي معروفة على نطاق واسع.