Ултразвукова екстракция на пиперин от пипер

• Пиперинът е биоактивно вещество, което се съдържа в зърната на пипера и се цени заради фармакологичните си свойства.
• Ултразвуковата екстракция е ефективна, проста и бърза техника за изолиране на висококачествен пиперин.
• Ултразвуковата екстракция е надежден и доказан метод, който вече се използва широко във фармацевтичната и хранителната промишленост.

Екстракция на пиперин чрез високопроизводителен ултразвук

Пиперинът е ценно биоактивно съединение, известно с потенциала си да увеличава усвояването на куркумин, селен, витамин B12, бета-каротен и други съединения. Затова фармацевтичната промишленост и промишлеността за хранителни продукти проявяват силен интерес към бързата и проста екстракция на висококачествен пиперин.
Конвенционалната екстракция на пиперин и пиперидин се извършва чрез продължителна екстракция с разтворител, при която се използва токсичният DMC (дихлорометан). Ултразвуковата екстракция превъзхожда конвенционалната екстракция с разтворител благодарение на по-високите добиви, използването на нетоксични разтворители (напр. етанол) и бързия процес на екстракция. Високопроизводителният ултразвук създава кавитация в течности. Акустичната, или ултразвукова, кавитация генерира локално екстремни условия, като изключително големи разлики в температурата и налягането, течни струи и сили на срязване. Тези ултразвукови сили разрушават клетъчните стени и увеличават масопреноса между вътрешността на клетката и околния разтворител, така че биоактивните вещества се освобождават. Ултразвуковата екстракция е доказана техника за изолиране на целеви съединения, като пиперин, от смлян пипер (piper nigrum, piper longum).

Оптимални условия за екстракция чрез ултразвукова обработка

Едно от най-важните предимства на ултразвуковото изолиране е прецизният контрол на всички параметри на процеса. Ултразвуковият интензитет (амплитуда, мощност, работен цикъл), времето за екстракция, разтворителят, съотношението на твърдата фаза към разтворителя и температурата могат да бъдат настроени до оптимални условия, за да се получи най-високият добив на висококачествен пиперин.

Примерен протокол за ултразвукова екстракция на пиперин

При малка лабораторна постановка с бехерова чаша максималният добив на пиперин (5,8 mg/g) от смлян Piper longum се получава при оптимизирани условия за ултразвукова екстракция, за които е установено, че са следните:
Ултразвуков хомогенизатор UP200St или UP200Ht (200W, 26kHz)
ултразвукови параметри: 100% амплитуда, 80% работен цикъл
време за ултразвукова обработка: прибл. 18 min.
разтворител: етанол
съотношение на твърдата фаза към разтворителя: 1:10
температура: 50°C

Превъзходни резултати

Ултразвуковата екстракция има значителни предимства пред традиционната периодична екстракция и екстракцията с разтворител. Rathod (2014) показва, че времето за екстракция се намалява от 8h при периодична екстракция с разтворител и 4h при екстракция по Сокслет до 18 min. при ултразвукова екстракция. Освен това ултразвуковата екстракция осигурява по-висок добив на пиперин. Установено е, че добивите на пиперин при екстракция по Сокслет и при методи за периодична екстракция са съответно 1,67 mg/g и 0,98 mg/g, което е много по-ниско от получения чрез ултразвук добив от 5,8mg/g. Rathod (2014) заключава, че екстракцията с помощта на ултразвук на естествени растителни съставки, като пиперин, намалява проблема с ниската екстрахируемост и продължителното време за екстракция в сравнение с традиционните методи.

Ултразвукът се използва успешно и за екстракция на етерични масла от черен пипер. Щракнете тук, за да научите повече за ултразвуковата хидродестилация на етерични масла!

Намерете най-добрия ултразвуков хомогенизатор за екстракция на пиперин

Hielscher Ultrasonics е производител с дългогодишен опит във високопроизводителните системи за ултразвукова екстракция. Нашето продуктово портфолио се простира от малки, мощни лабораторни ултразвукови хомогенизатори до здрави настолни и промишлени системи, които осигуряват ултразвук с висок интензитет за ефективна екстракция и изолиране на биоактивни вещества (напр. пиперин, куркумин и др.).
Всички ултразвукови устройства от 200W до 16 000W разполагат с цветен дисплей за цифрово управление, вградена SD карта за автоматично записване на данни, дистанционно управление чрез браузър и много други удобни за потребителя функции. Сонотродите и проточните клетки (частите, които са в контакт със средата) могат да се автоклавират и се почистват лесно.
Всички наши ултразвукови хомогенизатори са създадени за работа 24/7, изискват малко поддръжка и са лесни и безопасни за работа.

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

Литература/Източници

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Антиоксидантен и антигликационен потенциал на зеления пипер (Piper nigrum): оптимизиране на екстракцията на основата на β-циклодекстрин чрез методологията на повърхнината на отклика. Food Chemistry, том 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Екстракция на пиперин от бял пипер с помощта на ултразвук на основата на йонна течност. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Екстракция на пиперин от Piper longum чрез ултразвук. Industrial Crops and Products, том 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Оптимизиране на екстракцията на фенолни съединения от хинап (Ziziphus Jujube) чрез метод за екстракция с помощта на ултразвук.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Екстракция и характеризиране на протеини от цвят на банан (Musa Sapientum L) и оценка на антимикробната активност. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Оптимизиране на параметрите за екстракция на епигалокатехин галат от зелен чай чрез конвенционални методи с гореща вода и методи с помощта на ултразвук. Преработка на храни и биопродукти 111 (2018). 37–44.

Полезни факти

Ултразвукова екстракция

Ултразвуковата екстракция на биоактивни вещества от растителни суровини се основава на принципа на акустичната кавитация. Акустична кавитация възниква, когато ултразвукови вълни с много висок интензитет (напр. високи амплитуди от 100µm, генерирани от ултразвук с честота 20–26kHz) се предават в течност. Кавитационните сили на срязване перфорират и разкъсват клетъчните стени на растителния материал и изтласкват и засмукват околния разтворител във и извън вътрешността на клетките. След процеса на екстракция разтворителят съдържа целевите молекули, които след това могат да бъдат отделени (напр. чрез центрофугиране). Ултразвуковата екстракция е добре известна с осигуряването на високи добиви на неповредени растителни екстракти.

Ултразвукова екстракция от клетки: микроскопският напречен срез (TS) на връхната част на стъбло на мента (Mentha piperita) показва механизма на действие при ултразвукова екстракция от клетки (увеличение 2000x) [източник: Vilkhu et al. 2011]

Пиперин

Пиперинът (1-piperyol-piperidine) е основното съединение, което придава лютивия вкус на пипера (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Вкусът на пипера, неговата лютивина и съответно качеството му са свързани с количеството пиперин. Този показател за качество може да бъде променен чрез хидролиза на пиперина, при която пиперидиновият пръстен се разцепва.
Пиперинът е известен с различни фармакологични ефекти, напр. противогъбично, антидиарийно и противовъзпалително действие, както и инхибираща активност спрямо 5-lipoxygenase и cyclooxygenase-1. Освен това пиперинът увеличава бионаличността на куркумина с 2000%. Затова пиперинът е популярно вещество, използвано във формулировки на хранителни добавки (напр. BioPerine®).
Пиперинът може да се екстрахира от Piper nigrum и Piper longum.
Пиперидинът е цикличен вторичен амин – молекулна структура, срещаща се в много растителни алкалоиди. Пиперидинът се получава при хидролиза на пиперин. Пиперидинът и неговите производни са широко разпространени градивни единици при синтеза на фармацевтични продукти и фини химикали.

Пипер

Piper nigrum, черният пипер, е цъфтящо увивно растение от семейство Piperaceae. Отглежда се заради плодовете си – пиперови зърна, които обикновено се изсушават и се използват като подправка и за овкусяване. Черните, зелените и белите пиперови зърна се получават от растението черен пипер. Различните цветове са резултат от обработката и подготовката на пиперовите зърна. Черните пиперови зърна се получават чрез варене на неузрелите костилкови плодове в гореща вода и последващото им изсушаване. Белият пипер се събира като напълно узрели плодове на пиперовото растение; след това тъмната обвивка на зрелия плод се отстранява чрез накисване. Зелените пиперови зърна се получават от неузрелите костилкови плодове чрез обработка със серен диоксид, консервиране или лиофилизация, за да се запазят зелените им пигменти.

Piper longum Linn, известен също като индийски дълъг пипер (пипли), е близък родственик на Piper nigrum и има сходен, но по-лют вкус от Piper nigrum.
Плодовете на Piper longum съдържат прибл. 1% летливи масла, смола, алкалоидите пиперин и пиперлонгуминин, восъкоподобния алкалоид Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide и терпеноидно вещество. Пиперидиновият алкалоид пиперин е отговорен за пикантния, лют вкус на пиперовите плодове. Пиперлонгуминът е фармакологично активно вещество, което проявява активност срещу много видове рак, включително рак на простатата, гърдата, белия дроб и дебелото черво, лимфом, левкемия, първични мозъчни тумори и рак на стомаха.
Освен това в пиперовите плодове се съдържат следните количества минерали: 1230mg/100g калций, 190mg/100g фосфор и 62,1mg/100g желязо. Корените съдържат пиперин, пиперлонгумин или пиплартин и дихидростигмастерол.