Ултразвукова екстракция на антоцианин

Антоцианините се използват широко като естествен оцветител и хранителна добавка в хранителните продукти. Ултразвуковата екстракция е високоефективна и проста техника за получаване на висококачествени антоцианини. Използването на сондови ултразвукови апарати насърчава освобождаването на висококачествени антоцианини от растенията, което води до по-високи добиви и бърз процес. В същото време ултразвукът е мека, зелена и ефективна техника за промишлено производство на хранителни и фармацевтични антоцианини.

антоцианини – Как да извлечем висококачествени антоцианини с помощта на соникатор

Антоцианините се използват широко като естествени оцветители в хранително-вкусовата промишленост. Те имат широк спектър от цветови тонове, вариращи от оранжево до червено, до лилаво и синьо, в зависимост от молекулярната структура и стойността на pH. Интересът към антоцианините се основава не само на оцветяващия им ефект, но и на полезните им за здравето свойства. Поради нарастващите опасения за околната среда и здравето по отношение на синтетичните багрила, естествените багрила са чудесна алтернатива като екологичен оцветител за хранително-вкусовата и лекарствената индустрия.

Ултразвуково подобрена екстракция на антоцианин

Как да извлечем антоцианини с ултразвук? – Казуси

Ултразвукова екстракция на антоцианин от лилав ориз Oryza Sativa L.

Лилавият ориз от щама Oryza Sativa (известен също като Violet Nori или виолетов ориз) е изключително богат на феноли като фавоноидната група на антоцианините. Turrini et al. (2018) използва ултразвукова екстракция за изолиране на полифеноли като антоцианини и антиоксиданти от кариопсиса (цяла, кафява и пропарена форма) и листата на лилав ориз. Ултразвуковата екстракция е извършена с помощта на Hielscher UP200St (200W, 26kHz, Снимка. вляво) и етанол 60% като разтворител.
За да се запази целостта на антоцианина, ултразвуковите екстракти се съхраняват при -20°C, което позволява да се съхраняват поне до три месеца.
Цианидин-3 глюкозидът (известен също като хризантемин) е най-големият открит антоцианин в сортовете "Violet Nori", "Artemide" и "Nerone", изследвани в проучването на Turrini et al., докато пеонидин-3-глюкозид и цианидин-3-рутинозид (също антиринин) са открити в по-малки количества.
Виолетовите листа на Oryza Sativa са отличен източник на антоцианини и общо фенолно съдържание (TPC). С количество, приблизително 2-3 пъти по-високо от тези в ориза и брашното, листата на Oryza представляват евтина суровина за извличане на антоцианини. Приблизителният добив от около 4 kg антоцианин/t пресни листа е значително по-висок от този на 1 kg антоцианин/т ориз, изчислен въз основа на средните количества антоцианини, открити в ориза "Violet Nori" (1300 μg/g ориз, като цианидин-3-глюкозид) за добив от около 68 kg ориз от 100 kg неолющена пала.

Ултразвукова екстракция на антоцианин от червено зеле

Ravanfar et al. (2015) са изследвали ефективността на ултразвуковата екстракция на антоцианини от червено зеле. Експериментите за ултразвукова екстракция са извършени с помощта на ултразвукова система UP100H (ултразвук на Hielscher, 30 kHz, 100 W). Сонотродът MS10 (диаметър на върха 10 мм) е поставен в центъра на стъклена чаша с контролирана температура.

За този експеримент са използвани прясно нарязани парчета червено зеле с размери 5 mm (кубична форма) и 92,11 ± 0,45 % съдържание на влага. Стъклена чаша с яке (обем: 200 мл) се пълни със 100 мл дестилирана вода и 2 г парчета червено зеле. Чашата е покрита с алуминиево фолио, за да се предотврати загубата на разтворител (вода) чрез изпаряване по време на процеса. Във всички експерименти температурата в чашата се поддържа с помощта на термостатичен контролер. Пробите най-накрая са събрани, филтрирани и центрофугирани при 4000 об/мин и са използвани супернатанти за определяне на добива на антоцианин. Екстракцията на водна баня е извършена като контролен експеримент.
Оптималният добив на антоцианин от червено зеле е определен при мощност 100 W, време от 30 минути и температура от 15°C, което води до добив на антоцианин от около 21 mg/L.
Поради промените в цвета на стойността на рН и интензивното си оцветяване, багрилото от червено зеле се използва като индикатор за рН във фармацевтичните формулировки или съответно като антиоксиданти и оцветители в хранителните системи.

Ултразвукът значително засилва извличането на антоцианини от растителен материал.
източник: Ravanfar et al. 2015

 
Други проучвания демонстрират успешната ултразвукова екстракция на антоцианини от боровинки, къпини, грозде, череши, ягоди и лилав сладък картоф.

Високоефективни ултразвукови екстрактори

Hielscher Ultrasonics е специализирана в производството на високопроизводителни ултразвукови процесори за производство на висококачествени екстракти от растителни продукти.
Широкото портфолио от ултразвукови уреди на Hielscher варира от малки, мощни лабораторни ултразвукови апарати до здрави настолни и напълно промишлени системи, които осигуряват ултразвук с висока интензивност за ефективно извличане и изолиране на биоактивни вещества (напр. антоцианини, гингерол, Пиперин, Куркумин и т.н.).
Всички ултразвукови апарати от 200W да 16 000 Вт разполагат с цветен сензорен дисплей за цифрово управление, вградена SD карта за автоматичен запис на данни, дистанционно управление на браузъра и много други удобни за потребителя функции. Сонотродите и поточните клетки (частите, които са в контакт със средата) могат да бъдат автоклавирани и лесни за почистване.
Ултразвуковите апарати Hielscher са много здрави и създадени за работа 24/7 при пълно натоварване, като същевременно изискват ниска поддръжка и са лесни и безопасни за работа. Цифровият цветен дисплей позволява удобно управление на ултразвука.
Нашите системи са в състояние да доставят от ниски до много високи амплитуди. За извличане на канабиноиди и терпени предлагаме специални ултразвукови сонотроди (известни също като ултразвукови сонди или рога), които са оптимизирани за разумно изолиране на висококачествени активни вещества. Всички наши системи могат да се използват за извличане и последваща емулгиране на канабиноиди. Здравината на ултразвуковите уреди Hielscher позволява непрекъсната работа (24/7) при тежки натоварвания и в тежки условия.

Прецизният контрол на параметрите на ултразвуковия процес гарантира възпроизводимост и стандартизация на процеса.
 

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:

Литература / Препратки

• 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.

Факти, които си струва да знаете

Как работи ултразвуковата екстракция?

Прилагането на интензивни ултразвукови вълни върху течна среда води до кавитация. Феноменът на Кавитация води локално до екстремни температури, налягания, скорости на нагряване/охлаждане, разлики в налягането и високи сили на срязване в средата. Когато кавитационните мехурчета имплодират върху повърхността на твърди вещества (като частици, растителни клетки, тъкани и т.н.), микроструите и междупартиклюларният сблъсък генерират ефекти като повърхностно отлепване, ерозия и разграждане на частиците. Освен това, имплозията на кавитационни мехурчета в течна среда създава макротурбуленции и микросмесване.
Ултразвуковата обработка на растителен материал фрагментира матрицата на растителните клетки и засилва хидратацията на същите. Chemat et al (2015) заключават, че ултразвуковата екстракция на биоактивни съединения от растителни продукти е резултат от различни независими или комбинирани механизми, включително фрагментация, ерозия, капилярност, детекстуриране и сонопорация. Тези ефекти нарушават клетъчната стена, подобряват масовия трансфер чрез изтласкване на разтворителя в клетката и изсмукване на разтворителя и осигуряват движение на течността чрез микросмесване.

Ултразвуковата екстракция се основава на акустична кавитация и нейните хидродинамични сили на срязване

Ултразвуковата обработка на растителен материал фрагментира матрицата на растителните клетки и засилва хидратацията на същите. Chemat et al. (2015) заключават, че ултразвуковата екстракция на биоактивни съединения от растителни продукти е резултат от различни независими или комбинирани механизми, включително фрагментация, ерозия, капилярност, детекстуриране и сонопорация. Тези ефекти нарушават клетъчната стена, подобряват масовия трансфер чрез изтласкване на разтворителя в клетката и изсмукване на разтворителя и осигуряват движение на течността чрез микросмесване.
Ултразвуковата екстракция постига много бързо изолиране на съединенията – превъзхождайки конвенционалните методи за екстракция с по-кратко време на процеса, по-висок добив и при по-ниски температури. Като лека механична обработка, ултразвуковата екстракция избягва термичното разграждане на биоактивните компоненти и се отличава в сравнение с други техники като конвенционална екстракция с разтворител, хидродестилация или екстракция на Soxhlet, за които е известно, че унищожават чувствителни към топлина молекули. Поради тези предимства, ултразвуковата екстракция е предпочитаната техника за освобождаване на чувствителни към температурата биоактивни съединения от растенията.

Ултразвукова екстракция от растителни клетки: микроскопичното напречно сечение (TS) показва механизма на действие по време на ултразвукова екстракция от клетки (увеличение 2000x) [ресурс: Vilkhu et al. 2011]

антоцианин – Ценен растителен пигмент

Антоцианините са вакуоларни растителни пигменти, които могат да изглеждат червени, лилави, сини или черни. Цветовото изразяване на водоразтворимите антоцианинови пигменти зависи от тяхната стойност на рН. Антоцианините се намират в клетъчната вакуола, най-вече в цветята и плодовете, но също така и в листата, стъблата и корените, където се намират най-вече във външните клетъчни слоеве като епидермиса и периферните мезофилни клетки.
Най-често срещащите се в природата са гликозидите на цианидин, делфинидин, малвидин, пеларгонидин, пеонидин и петунидин.
Видни примери за растения, богати на антоцианини, включват видове вакциниум, като боровинки, червена боровинка и боровинка; Rubus berries, включително черна малина, червена малина и къпина; касис, череша, патладжан, черен ориз, убе, окинавски сладък картоф, грозде Конкорд, мускатно грозде, червено зеле и виолетови листенца. Прасковите и ябълките с червено месо съдържат антоцианини. Антоцианините са по-малко разпространени в банани, аспержи, грах, копър, круша и картофи и може напълно да липсват в някои сортове зелено цариградско грозде.

Структура на основните антоцианини

Антоцианините са чудесна алтернатива за замяна на синтетичните оцветители в хранителните продукти. Антоцианините са одобрени за употреба като хранителни оцветители в Европейския съюз, Австралия и Нова Зеландия, като имат код на оцветител E163. Антоцианините се намират в плодовете и зеленчуците и могат да бъдат описани като вид водоразтворими растителни пигменти. Химически антоцианините са гликозиди на антоцианидини на базата на структурата на 2-фенилбензофирилиев (флавилий). Има повече от 200 различни фитохимикали, които попадат в категорията на антоцианините. Като основен цветен пигмент в дивите плодове и плодове има много източници, от които могат да се извличат антоцианини. Виден източник на антоцианини е кожата на гроздето. Антоцианиновите пигменти в гроздовата кожа се състоят главно от ди-глюкозиди, моноглюкозиди, ацилирани моноглюкозиди, както и ацилирани ди-глюкозиди на пеонидин, малвидин, цианидин, петунидин и делфинидин. Съдържанието на антоцианин в гроздето варира от 30-750 мг/100 г.
Най-известните антоцианини са цианидин, делфинидин, пеларгонидин, пеонидин, малвидин и петунидин.
Например антоцианините пеонидин-3-кафеоил-п-хидроксибензоил софорозид-5-глюкозид, пеонидин-3-(6"-кафеоил-6'''-ферулоил софорозид)-5-глюкозид и цианидин-3-кафеоил-п-хидроксибензоил софорозид-5-глюкозид се намират в лилавите сладки картофи.

антоцианини – Ползи за здравето

Освен голямата си способност да функционират като естествен хранителен оцветител, антоцианините са високо ценени заради антиоксидантните си ефекти. Следователно антоцианините показват много положителни ефекти върху здравето. Изследванията показват, че антоцианините могат да инхибират увреждането на ДНК в раковите клетки, да инхибират храносмилателните ензими, да индуцират производството на инсулин в изолирани клетки на панкреаса, да намалят възпалителните реакции, да предпазват от свързан с възрастта спад в мозъчната функция, да подобрят стегнатостта на капилярните кръвоносни съдове и да предотвратят агрегацията на тромбоцити.