استخلاص البيبيرين من الفلفل بالموجات فوق الصوتية

• البيبيرين مادة نشطة حيويًا توجد في حبوب الفلفل وتحظى بالتقدير لخصائصها الدوائية.
• الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية فعالة وبسيطة وسريعة لعزل البيبيرين عالي الجودة.
• الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة موثوقة ومثبتة، تُستخدم بالفعل على نطاق واسع في الصناعات الدوائية والغذائية.

استخلاص البيبيرين بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء

البيبيرين مركب نشط حيويًا يحظى بالتقدير، ويُعرف بقدرته المحتملة على زيادة امتصاص الكركمين والسيلينيوم وفيتامين B12 وبيتا كاروتين ومركبات أخرى. لذلك، تهتم الصناعات الدوائية والتغذوية اهتمامًا كبيرًا بالاستخلاص السريع والبسيط للبيبيرين عالي الجودة.
يُجرى الاستخلاص التقليدي للبيبيرين والبيبيريدين باستخدام الاستخلاص بالمذيبات الذي يستغرق وقتًا طويلًا، مع استعمال DMC السام (ثنائي كلورو الميثان). يتفوق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على الاستخلاص التقليدي بالمذيبات من حيث ارتفاع المردود واستخدام مذيبات غير سامة (مثل الإيثانول) وسرعة عملية الاستخلاص. تُحدث الموجات فوق الصوتية عالية الأداء تجويفًا في السوائل. ويولّد التجويف الصوتي أو التجويف بالموجات فوق الصوتية ظروفًا موضعية شديدة، مثل درجات حرارة فائقة الارتفاع وفروق ضغط هائلة ونفاثات سائلة وقوى قص. تُحطّم هذه القوى فوق الصوتية جدران الخلايا وتزيد انتقال الكتلة بين داخل الخلية والمذيب المحيط، مما يؤدي إلى تحرير المواد النشطة حيويًا. ويُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية تقنية مثبتة لعزل المركبات المستهدفة، مثل البيبيرين، من الفلفل المطحون (piper nigrum, piper longum).

ظروف الاستخلاص المثلى باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية

من أهم مزايا العزل بالموجات فوق الصوتية التحكم الدقيق في جميع معلمات العملية. ويمكن ضبط شدة الموجات فوق الصوتية (السعة والقدرة ودورة التشغيل)، ومدة الاستخلاص، والمذيب، ونسبة المادة الصلبة إلى المذيب، ودرجة الحرارة للوصول إلى الظروف المثلى التي تتيح الحصول على أعلى مردود من البيبيرين عالي الجودة.

بروتوكول نموذجي لاستخلاص البيبيرين بالموجات فوق الصوتية

في تجهيز صغير النطاق باستخدام كأس مخبري، يُحصل على أقصى مردود من البيبيرين (5.8 mg/g) من مسحوق Piper longum في ظروف استخلاص محسّنة بالموجات فوق الصوتية، تبيّن أنها كما يلي:
جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UP200St أو UP200Ht (200W, 26kHz)
معلمات الموجات فوق الصوتية: سعة 100%، ودورة تشغيل 80%
مدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية: نحو 18 min.
المذيب: الإيثانول
نسبة المادة الصلبة إلى المذيب: 1:10
درجة الحرارة: 50°C

نتائج متفوقة

يتميز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بمزايا كبيرة مقارنة بالاستخلاص التقليدي بالدفعات وبالمذيبات. يوضح Rathod (2014) أن مدة الاستخلاص تنخفض من 8h للاستخلاص بالمذيبات على دفعات و4h لاستخلاص سوكسليت إلى 18 min. للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية. علاوة على ذلك، يحقق الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية مردودًا أعلى من البيبيرين. وقد تبيّن أن مردود استخلاص البيبيرين باستخدام استخلاص سوكسليت والاستخلاص بالدفعات بلغ 1.67 mg/g و0.98 mg/g، على التوالي، وهما أقل بكثير من المردود المحقق بالموجات فوق الصوتية، البالغ 5.8mg/g. ويخلص Rathod (2014) إلى أن الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية للمكونات النباتية الطبيعية، مثل البيبيرين، يحد من مشكلة انخفاض قابلية الاستخلاص وطول مدته مقارنة بالطرق التقليدية.

تُستخدم الموجات فوق الصوتية بنجاح أيضًا لاستخلاص الزيوت العطرية من الفلفل الأسود. انقر هنا لمعرفة المزيد عن التقطير المائي للزيوت العطرية بالموجات فوق الصوتية!

اعثر على أفضل جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية لاستخلاص البيبيرين

تتمتع Hielscher Ultrasonics بخبرة طويلة في تصنيع أنظمة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء. وتتراوح مجموعة منتجاتنا من أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المخبرية الصغيرة والقوية إلى الأنظمة المتينة المنضدية والصناعية، التي توفر موجات فوق صوتية عالية الشدة لاستخلاص المواد النشطة حيويًا وعزلها بكفاءة (مثل البيبيرين، و الكركمين ، وغيرها).
تتميز جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية، من 200W إلى 16,000W، بشاشة ملونة للتحكم الرقمي، وبطاقة SD مدمجة لتسجيل البيانات تلقائيًا، وإمكانية التحكم عن بُعد عبر المتصفح، والعديد من الميزات الأخرى السهلة الاستخدام. ويمكن تعقيم السونوترودات وخلايا التدفق (الأجزاء التي تلامس الوسط) في الأوتوكلاف، كما يسهل تنظيفها.
جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا مصممة للتشغيل 24/7، وتتطلب صيانة قليلة، وهي سهلة وآمنة التشغيل.

يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:

الأدبيات/المراجع

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): القدرة المضادة للأكسدة وللغلكزة في الفلفل الأخضر (Piper nigrum): تحسين الاستخلاص القائم على β-سيكلودكسترين باستخدام منهجية سطح الاستجابة. Food Chemistry، المجلد 316، 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): استخلاص البيبيرين من الفلفل الأبيض بمساعدة الموجات فوق الصوتية باستخدام سائل أيوني. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): استخلاص البيبيرين من Piper longum باستخدام الموجات فوق الصوتية. Industrial Crops and Products، المجلد 58، 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): تحسين استخلاص المركبات الفينولية من العناب (Ziziphus Jujube) باستخدام طريقة الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): استخلاص البروتينات من زهرة الموز (Musa Sapientum L) وتوصيفها وتقييم أنشطتها المضادة للميكروبات. J Food Sci Technol (فبراير 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): تحسين معلمات استخلاص غالات الإيبيغالوكاتيشين من الشاي الأخضر باستخدام طرق الماء الساخن التقليدية والطرق المدعومة بالموجات فوق الصوتية. تجهيز الأغذية والمنتجات الحيوية 111 (2018). 37–44.

حقائق جديرة بالمعرفة

الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية

يعتمد استخلاص المواد النشطة حيويًا من المواد النباتية بالموجات فوق الصوتية على مبدأ التجويف الصوتي. يحدث التجويف الصوتي عندما تُقرَن موجات فوق صوتية شديدة الكثافة بسائل (مثل السعات العالية البالغة 100µm، التي تولدها موجات فوق صوتية بتردد 20–26kHz). تثقب قوى القص الناتجة عن التجويف جدران خلايا المادة النباتية وتمزقها، وتدفع المذيب المحيط وتسحبه إلى داخل الخلايا وخارجها. وبعد عملية الاستخلاص، يحمل المذيب الجزيئات المستهدفة، التي يمكن فصلها بعد ذلك (مثلًا بالطرد المركزي). ويُعرف الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بأنه يحقق مردودًا مرتفعًا من المستخلصات النباتية السليمة.

الاستخلاص من الخلايا بالموجات فوق الصوتية: يُظهر المقطع العرضي المجهري (TS) للساق القمية للنعناع (Mentha piperita) آلية التأثير أثناء الاستخلاص من الخلايا بالموجات فوق الصوتية (تكبير 2000x) [المصدر: Vilkhu et al. 2011]

البيبيرين

البيبيرين (1-piperyol-piperidine) هو المركب الرئيسي المسؤول عن الطعم اللاذع للفلفل (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). ترتبط نكهة الفلفل وحدته، ومن ثم جودته، بكمية البيبيرين. ويمكن تغيير هذه السمة النوعية بإجراء التحلل المائي للبيبيرين، بحيث تنشطر حلقة البيبيريدين.
يُعرف البيبيرين بتأثيرات دوائية متنوعة، مثل التأثيرات المضادة للفطريات والإسهال والالتهاب، والأنشطة المثبطة لإنزيمي 5-ليبوأوكسيجيناز وسيكلوأوكسيجيناز-1. علاوة على ذلك، يزيد البيبيرين من التوافر الحيوي الذي يتمتع به الكركمين بنسبة 2000%. لذلك، يُعد البيبيرين مادة شائعة الاستخدام في تركيبات المكملات (مثل BioPerine®).
يمكن استخلاص البيبيرين من Piper nigrum و Piper longum.
البيبيريدين أمين ثانوي حلقي، وهو بنية جزيئية توجد في العديد من القلويدات النباتية. وينتج البيبيريدين عن التحلل المائي للبيبيرين. ويُعد البيبيريدين ومشتقاته وحدات بناء واسعة الانتشار في تخليق المستحضرات الدوائية والمواد الكيميائية الدقيقة.

الفلفل

Piper nigrum، أو الفلفل الأسود، نبات متسلق مزهر ينتمي إلى فصيلة Piperaceae. ويُزرع للحصول على ثماره، وهي حبوب الفلفل التي تُجفف عادة وتُستخدم كتابل ومنكّه. وتُستخرج حبوب الفلفل الأسود والأخضر والأبيض جميعها من نبات الفلفل الأسود. وتنتج الألوان المختلفة عن معالجة حبوب الفلفل وتحضيرها. وتُنتَج حبوب الفلفل الأسود بغلي الثمار الحَسَلية غير الناضجة في الماء الساخن ثم تجفيفها. ويُحصد الفلفل الأبيض على هيئة ثمار تامة النضج من نبات الفلفل؛ ثم تُزال القشرة الداكنة للثمار الناضجة بالنقع للتعطين. وتُنتَج حبوب الفلفل الأخضر من الثمار الحَسَلية غير الناضجة بمعالجتها بثاني أكسيد الكبريت أو بتعليبها أو بتجفيفها بالتجميد للحفاظ على أصباغها الخضراء.

Piper longum Linn، المعروف أيضًا باسم الفلفل الطويل الهندي (pipli)، نبات قريب الصلة ب Piper nigrum ، وله طعم مشابه، ولكنه أشد حدة من طعم Piper nigrum.
تحتوي ثمار Piper longum على نحو 1% من الزيوت الطيارة، وراتنج، وقلويدي البيبيرين والبيبيرلونغومينين، وقلويد شمعي هو Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide، ومادة تربينويدية. ويُعد البيبيرين، وهو قلويد بيبيريديني، مسؤولًا عن الطعم الحار واللاذع لثمار الفلفل. والبيبيرلونغومين مادة نشطة دوائيًا تُظهر نشاطًا ضد العديد من أنواع السرطان، بما فيها سرطان البروستاتا والثدي والرئة والقولون، واللمفوما، وابيضاض الدم، وأورام الدماغ الأولية، وسرطان المعدة.
علاوة على ذلك، توجد في ثمار الفلفل الكميات التالية من المعادن: 1230mg/100g من الكالسيوم، و190mg/100g من الفوسفور، و62.1mg/100g من الحديد. وتحتوي الجذور على البيبيرين، والبيبيرلونغومين أو البيبلارتين، وثنائي هيدرو ستيغماستيرول.