Antosianinlərin ultrasəslə ekstraksiyası

Antosianinlər qida məhsullarında təbii rəngləndirici və qidalandırıcı əlavə kimi geniş istifadə olunur. Ultrasəslə ekstraksiya yüksək keyfiyyətli antosianinlər əldə etmək üçün yüksək səmərəli və sadə üsuldur. Zond tipli sonikatorların istifadəsi yüksək keyfiyyətli antosianinlərin bitkilərdən ayrılmasını təşviq edir, nəticədə daha yüksək çıxım və sürətli proses təmin olunur. Eyni zamanda, ultrasəslə emal qida və əczaçılıq keyfiyyətli antosianinlərin sənaye istehsalı üçün yumşaq, ekoloji və səmərəli üsuldur.

Antosianinlər – sonikatordan istifadə edərək yüksək keyfiyyətli antosianinləri necə ekstraksiya etmək olar

Antosianinlər qida sənayesində təbii rəngləndiricilər kimi geniş istifadə olunur. Molekulyar quruluşdan və pH dəyərindən asılı olaraq, onların narıncıdan qırmızıya, bənövşəyiyə və maviyə qədər geniş rəng çalarları spektri var. Antosianinlərə maraq yalnız onların rəngləndirici təsirinə deyil, həm də sağlamlıq üçün faydalı xüsusiyyətlərinə əsaslanır. Sintetik boyalarla bağlı ekoloji və sağlamlıq narahatlıqlarının artması səbəbindən təbii boyalar qida və dərman sənayesi üçün ətraf mühitə zərər verməyən rəngləndirici kimi əla alternativdir.

Ultrasəslə təkmilləşdirilmiş antosianin ekstraksiyası

Antosianinləri ultrasəslə necə ekstraksiya etmək olar? – Tədqiqat nümunələri

Bənövşəyi Oryza Sativa L. düyüsündən antosianinlərin ultrasəslə ekstraksiyası

Oryza Sativa ştammına aid bənövşəyi düyü (Violet Nori və ya bənövşəyi düyü kimi də tanınır) antosianinlərin flavonoid qrupu kimi fenol birləşmələri ilə olduqca zəngindir. Turrini et al. (2018) antosianinlər və antioksidantlar kimi polifenol birləşmələrini bənövşəyi düyünün dənmeyvəsindən (bütöv, qəhvəyi və buxarla ilkin emal olunmuş formada) və yarpaqlarından ayırmaq üçün ultrasəslə ekstraksiyadan istifadə etmişlər. Ultrasəslə ekstraksiya üçün Hielscher UP200St (200W, 26kHz, soldakı şəkil) cihazından və həlledici kimi 60% etanoldan istifadə edilmişdir.
Antosianinlərin bütövlüyünü qorumaq üçün ultrasəslə alınmış ekstraktlar −20°C temperaturda saxlanmışdır; bu, onları ən azı üç aya qədər saxlamağa imkan vermişdir.
Turrini et al. tədqiqatında araşdırılan ‘Violet Nori’, ‘Artemide’ və ‘Nerone’ sortlarında aşkar edilmiş antosianinlər arasında sianidin-3 qlükozid (xrizantemin kimi də tanınır) böyük fərqlə əsas antosianin olmuşdur, peonidin-3-qlükozid və sianidin-3-rutinozid (həmçinin antirrinin) isə daha az miqdarda tapılmışdır.
Oryza Sativa bitkisinin bənövşəyi yarpaqları antosianinlərin və ümumi fenol tərkibinin (TPC) əla mənbəyidir. Miqdar düyü və undakından təxminən 2–3 dəfə yüksək olduğundan, Oryza yarpaqları antosianinlərin ekstraksiyası üçün ucuz xammaldır. Təzə yarpaqlardan təxminən 4 kg antosianin/t hesablanan çıxım, düyüdən 1 kg antosianin/t çıxımdan əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir; sonuncu göstərici 100 kg çəltikdən təxminən 68 kg düyü çıxımı üçün ‘Violet Nori’ düyüsündə aşkar edilmiş orta antosianin miqdarları (sianidin-3-qlükozid olaraq 1300 µg/g düyü) əsasında hesablanmışdır.

Qırmızı kələmdən antosianinlərin ultrasəslə ekstraksiyası

Ravanfar et al. (2015) qırmızı kələmdən antosianinlərin ultrasəslə ekstraksiyasının səmərəliliyini araşdırmışlar. Ultrasəslə ekstraksiya təcrübələri aşağıdakı ultrasəs sistemindən istifadə etməklə aparılmışdır: UP100H (Hielscher Ultrasonics, 30 kHz, 100 W). MS10 sonotrodu (ucunun diametri 10mm) temperaturu tənzimlənən, gödəkçəli şüşə stəkanın mərkəzinə yerləşdirilmişdir.

Bu təcrübə üçün ölçüsü 5mm (kub şəklində) və rütubət miqdarı 92,11 ± 0,45 % olan təzə doğranmış qırmızı kələm parçalarından istifadə edilmişdir. Gödəkçəli şüşə stəkana (həcmi: 200ml) 100ml distillə edilmiş su və 2g qırmızı kələm parçaları doldurulmuşdur. Proses zamanı həlledicinin (suyun) buxarlanaraq itirilməsinin qarşısını almaq üçün stəkan alüminium folqa ilə örtülmüşdür. Bütün təcrübələrdə stəkandakı temperatur termostatik tənzimləyici ilə sabit saxlanmışdır. Sonda nümunələr toplanmış, süzülmüş və 4000rpm sürətində sentrifuqalanmış, antosianin çıxımını müəyyən etmək üçün isə çöküntüüstü mayelərdən istifadə edilmişdir. Nəzarət təcrübəsi kimi su hamamında ekstraksiya aparılmışdır.
Qırmızı kələmdən optimal antosianin çıxımı 100 W gücdə, 30 min müddətində və 15°C temperaturda müəyyən edilmişdir; bu şəraitdə antosianin çıxımı təxminən 21 mg/L olmuşdur.
pH dəyərindən asılı olaraq rənginin dəyişməsi və intensiv rəngləndirici təsiri səbəbindən qırmızı kələm boyası əczaçılıq formulalarında pH indikatoru, qida sistemlərində isə antioksidant və rəngləndirici kimi istifadə edilmişdir.

Ultrasəs bitki materialından antosianinlərin ekstraksiyasını əhəmiyyətli dərəcədə intensivləşdirir.
mənbə: Ravanfar et al. 2015

 
Digər tədqiqatlar, başqa mənbələrlə yanaşı, qaragilədən, böyürtkəndən, üzümdən, gilasdan, çiyələkdən və bənövşəyi şirin kartofdan antosianinlərin ultrasəslə uğurlu ekstraksiyasını nümayiş etdirir.

Yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs ekstraktorları

Hielscher Ultrasonics bitki materiallarından yüksək keyfiyyətli ekstraktların istehsalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs prosessorlarının hazırlanması üzrə ixtisaslaşmışdır.
Hielscher sonikatorlarının geniş çeşidi kiçik, güclü laboratoriya ultrasəs cihazlarından möhkəm masaüstü və tam sənaye sistemlərinə qədər uzanır; bu sistemlər bioaktiv maddələrin səmərəli ekstraksiyası və ayrılması üçün yüksək intensivlikli ultrasəs təmin edir (məsələn, antosianinlər, gingerol, piperin, kurkumin və s.).
Bütün ultrasəs cihazları 200W ilə 16.000W arasındakı güc diapazonunda rəqəmsal idarəetmə üçün rəngli sensor ekran, məlumatların avtomatik qeydə alınması üçün daxili SD kart, brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə və istifadəçi üçün rahat olan bir çox digər funksiyalarla təchiz edilmişdir. Sonotrodlar və axın hüceyrələri (mühitlə təmasda olan hissələr) avtoklavda sterilizasiya edilə bilər və asan təmizlənir.
Hielscher sonikatorları çox möhkəmdir və tam yük altında 24/7 işləmək üçün hazırlanmışdır; eyni zamanda az texniki xidmət tələb edir, asan və təhlükəsiz istismar olunur. Rəqəmsal rəngli ekran ultrasəs cihazını rahat idarə etməyə imkan verir.
Sistemlərimiz aşağı səviyyədən çox yüksək səviyyəyə qədər amplitudalar təmin edə bilir. Kannabinoidlərin və terpenlərin ekstraksiyası üçün yüksək keyfiyyətli aktiv maddələrin yumşaq şəkildə ayrılmasına uyğunlaşdırılmış xüsusi ultrasəs sonotrodları (ultrasəs zondları və ya buynuzları kimi də tanınır) təklif edirik. Bütün sistemlərimiz kannabinoidlərin ekstraksiyası və sonrakı emulsiyalaşdırılması üçün istifadə edilə bilər. Hielscher sonikatorlarının möhkəmliyi ağır iş rejimində və tələbkar mühitlərdə fasiləsiz işləməyə (24/7) imkan verir.

Ultrasəs prosesinin parametrlərinə dəqiq nəzarət təkrarlana bilən nəticələri və prosesin standartlaşdırılmasını təmin edir.
 

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:

Ədəbiyyat / İstinadlar

• 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.

Bilməyə dəyər faktlar

Ultrasəsin köməyi ilə ekstraksiya necə işləyir?

İntensiv ultrasəs dalğalarının maye mühitə tətbiqi kavitasiya yaradır. Kavitasiya hadisəsi mühitdə lokal olaraq ifrat temperatur və təzyiqlərə, ifrat qızma/soyuma sürətlərinə, təzyiq fərqlərinə və yüksək kəsmə qüvvələrinə səbəb olur. Kavitasiya qabarcıqları bərk cisimlərin (məsələn, hissəciklər, bitki hüceyrələri, toxumalar və s.) səthində içəriyə doğru çökdükdə, mikroşırnaqlar və hissəciklərarası toqquşmalar səthin soyulması, eroziya və hissəciklərin parçalanması kimi təsirlər yaradır. Bundan əlavə, maye mühitlərdə kavitasiya qabarcıqlarının içəriyə doğru çökməsi makroturbulentlik və mikroqarışma yaradır.
Bitki materialına ultrasəs təsiri bitki hüceyrələrinin matrisini parçalayır və onun hidratasiyasını artırır. Chemat et al (2015) belə nəticəyə gəlirlər ki, bitki materiallarından bioaktiv birləşmələrin ultrasəslə ekstraksiyası parçalanma, eroziya, kapilyarlıq, strukturun pozulması və sonoporasiya daxil olmaqla müxtəlif müstəqil və ya birgə mexanizmlərin nəticəsidir. Bu təsirlər hüceyrə divarını dağıdır, həlledicini hüceyrəyə daxil edib bitki birləşmələri ilə yüklənmiş həlledicini hüceyrədən çıxararaq kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır və mikroqarışma vasitəsilə mayenin hərəkətini təmin edir.

Ultrasəslə ekstraksiya akustik kavitasiyaya və onun hidrodinamik kəsmə qüvvələrinə əsaslanır

Bitki materialına ultrasəs təsiri bitki hüceyrələrinin matrisini parçalayır və onun hidratasiyasını artırır. Chemat et al. (2015) belə nəticəyə gəlirlər ki, bitki materiallarından bioaktiv birləşmələrin ultrasəslə ekstraksiyası parçalanma, eroziya, kapilyarlıq, strukturun pozulması və sonoporasiya daxil olmaqla müxtəlif müstəqil və ya birgə mexanizmlərin nəticəsidir. Bu təsirlər hüceyrə divarını dağıdır, həlledicini hüceyrəyə daxil edib bitki birləşmələri ilə yüklənmiş həlledicini hüceyrədən çıxararaq kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır və mikroqarışma vasitəsilə mayenin hərəkətini təmin edir.
Ultrasəslə ekstraksiya birləşmələrin çox sürətli ayrılmasını təmin edir – daha qısa proses müddəti, daha yüksək çıxım və daha aşağı temperatur baxımından ənənəvi ekstraksiya üsullarını üstələyir. Yumşaq mexaniki emal kimi ultrasəsin köməyi ilə ekstraksiya bioaktiv komponentlərin termik parçalanmasının qarşısını alır və istiliyə həssas molekulları parçaladığı məlum olan ənənəvi həlledici ekstraksiyası, hidrodistillə və ya Soxhlet ekstraksiyası kimi digər üsullarla müqayisədə üstünlük göstərir. Bu üstünlüklərə görə ultrasəslə ekstraksiya temperatura həssas bioaktiv birləşmələrin bitki materiallarından ayrılması üçün üstünlük verilən üsuldur.

Bitki hüceyrələrindən ultrasəslə ekstraksiya: mikroskopik eninə kəsik (TS) hüceyrələrdən ultrasəslə ekstraksiya zamanı təsir mexanizmini göstərir (böyütmə 2000x) [mənbə: Vilkhu et al. 2011]

Antosianin – qiymətli bitki piqmenti

Antosianinlər qırmızı, bənövşəyi, mavi və ya qara rəngdə görünə bilən vakuol bitki piqmentləridir. Suda həll olan antosianin piqmentlərinin rəng təzahürü onların pH dəyərindən asılıdır. Antosianinlər hüceyrə vakuolunda, əsasən çiçəklərdə və meyvələrdə, həmçinin yarpaqlarda, gövdələrdə və köklərdə yerləşir; bu orqanlarda onlar daha çox epidermis və periferik mezofil hüceyrələri kimi xarici hüceyrə qatlarında olur.
Təbiətdə ən çox sianidin, delfinidin, malvidin, pelarqonidin, peonidin və petunidin qlikozidlərinə rast gəlinir.
Antosianinlərlə zəngin bitkilərin tanınmış nümunələrinə qaragilə, mərcanı və meşə qaragiləsi kimi vaccinium növləri; qara moruq, qırmızı moruq və böyürtkən daxil olmaqla Rubus giləmeyvələri; qara qarağat, gilas, badımcan, qara düyü, ube, Okinava şirin kartofu, Concord üzümü, muskadın üzümü, qırmızı kələm və bənövşə ləçəkləri daxildir. Ləti qırmızı olan şaftalılar və almalar antosianinlər ehtiva edir. Antosianinlər bananda, qulançarda, noxudda, razyanada, armudda və kartofda daha azdır və yaşıl firəng üzümünün müəyyən sortlarında tamamilə olmaya bilər.

Əsas antosianinlərin quruluşu

Antosianinlər qida məhsullarında sintetik rəngləndirici maddələri əvəz etmək üçün əla alternativdir. Antosianinlərin Avropa İttifaqında, Avstraliyada və Yeni Zelandiyada E163 rəngləndirici kodu ilə qida rəngləndiriciləri kimi istifadəsinə icazə verilmişdir. Antosianinlər meyvə və tərəvəzlərdə mövcuddur və suda həll olan bitki piqmentlərinin bir növü kimi təsvir edilə bilər. Kimyəvi baxımdan antosianinlər 2-phenylbenzophyrylium (flavylium) quruluşuna əsaslanan antosianidinlərin qlikozidləridir. Antosianinlər kateqoriyasına daxil olan 200-dən çox fərqli fitokimyəvi maddə vardır. Yabanı meyvə və giləmeyvələrdə əsas rəng piqmenti olduqları üçün antosianinlərin ekstraksiya edilə biləcəyi çoxlu mənbə var. Antosianinlərin mühüm mənbələrindən biri üzüm qabığıdır. Üzüm qabığındakı antosianin piqmentləri əsasən peonidin, malvidin, sianidin, petunidin və delfinidinin diqlükozidlərindən, monoqlükozidindən, asilləşdirilmiş monoqlükozidlərindən, eləcə də asilləşdirilmiş diqlükozidlərindən ibarətdir. Üzümdə antosianin miqdarı 30–750mg/100g arasında dəyişir.
Ən tanınmış antosianinlər sianidin, delfinidin, pelarqonidin, peonidin, malvidin və petunidindir.
Məsələn, bənövşəyi şirin kartoflarda peonidin-3-kafeoil-p-hidroksibenzoil soforozid-5-qlükozid, peonidin-3-(6″-kafeoil-6‴-feruloil soforozid)-5-qlükozid və sianidin-3-kafeoil-p-hidroksibenzoil soforozid-5-qlükozid antosianinləri mövcuddur.

Antosianinlər – sağlamlıq üçün faydaları

Təbii qida rəngləndiricisi kimi fəaliyyət göstərmək üçün böyük qabiliyyətləri ilə yanaşı, antosianinlər antioksidant təsirlərinə görə də yüksək qiymətləndirilir. Buna görə antosianinlər sağlamlığa bir çox müsbət təsir göstərir. Tədqiqatlar göstərmişdir ki, antosianinlər xərçəng hüceyrələrində DNT zədələnməsini və həzm fermentlərini inhibə edə, təcrid edilmiş mədəaltı vəzi hüceyrələrində insulin istehsalını stimullaşdıra, iltihabi reaksiyaları azalda, beyin funksiyasının yaşla bağlı zəifləməsindən qoruya, kapilyar qan damarlarının sızdırmazlığını yaxşılaşdıra və trombositlərin aqreqasiyasının qarşısını ala bilər.