Ultrazvučna ekstrakcija kurkumina
Kurkumin je farmakološki i nutritivni fitokemikal prisutan u rizomima biljke Curcuma longa. Da bi se postigli visoki prinosi kurkumina, ultrazvučni ekstraktori se koriste kao najefikasnija tehnika ekstrakcije. Ultrazvučna ekstrakcija daje kurkumin vrhunskog kvaliteta i vrlo visoke prinose. Istovremeno, ultrazvučna obrada (sonikacija) zahtijeva samo kratko vrijeme obrade rizoma kurkume.
Ultrazvučna izolacija kurkumina
Ultrazvučna ekstrakcija je vrlo efikasna alternativa konvencionalnim tehnikama ekstrakcije kao što su maceracija, ekstrakcija vrućim otapalom ili Soxhletova ekstrakcija.
Ultrazvučna izolacija kurkumina i kurkuminoida iz biljke kurkume (npr. Curcuma longa, Curcuma amada) je efikasan, brz i jednostavan proces. U poređenju sa Soxhletovom ekstrakcijom i konvencionalnom šaržnom ekstrakcijom, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija se ističe znatno povećanim prinosom kurkumina u kraćem vremenu ekstrakcije.
Za ultrazvučnu ekstrakciju fitokonstituenata mogu se koristiti različita otapala, kao što su voda, vodena otapala, etanol, metanol, glicerin itd. Za ekstrakciju kurkumina voda, etanol i triacilgliceroli su efikasna i sigurna otapala koja daju visok prinos ekstrakta.
- Visok prinos
- Brza ekstrakcija
- Potpuniji povrat
- Siguran rad
- Jednostavna implementacija
Ultrazvučni uređaj UIP1000hdT s protočnom ćelijom za ekstrakciju kurkumina
Proces ultrazvučne ekstrakcije
Najsavremeniji sonikatori kompanije Hielscher omogućavaju potpunu kontrolu nad procesnim parametrima kao što su amplituda, temperatura, pritisak i unos energije.
Kod ultrazvučne ekstrakcije periferni parametri kao što su veličina čestica sirovine, vrsta otapala, omjer čvrste tvari i otapala te vrijeme ekstrakcije mogu se lako mijenjati i optimizirati za najbolje rezultate.
Budući da je ultrazvučna ekstrakcija netermička metoda ekstrakcije, izbjegava se termička razgradnja bioaktivnih sastojaka.
U cjelini, prednosti kao što su visok prinos, kratko vrijeme ekstrakcije, niska temperatura ekstrakcije i male količine otapala čine ultrazvučnu obradu (sonikaciju) vrhunskom metodom ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija kurkumina uređajem UP400ST i naknadno odvajanje bioaktivnih principa od otapala (rekuperacija otapala) putem rotacionog isparivača
Utvrđeno je da je ultrazvučna ekstrakcija kurkumina iz kurkume najefikasnija kada se ultrazvučna obrada primjenjuje u kontinuiranoj inline postavci, uz korištenje ultrazvučne protočne ćelije. Procesne temperature u rasponu od 60 do 80°C povoljne su za povećanje prinosa ekstrakta.
Vrhunska efikasnost procesa: Ultrazvučna ekstrakcija se ističe kao održiva tehnika koja zahtijeva samo umjerena ulaganja u ultrazvučnu opremu. Ultrazvučni proces se može linearno povećati do industrijske proizvodnje. Troškovi otapala i energije za ultrazvučni proces vrlo su niski. Dodatne važne prednosti su jednostavan i siguran rad, ekonomični troškovi i ponovljivost, koja je ključna za standardiziranu proizvodnju.
Ultrazvučna liposomska formulacija
Kurkumin je hidrofobna molekula topiva u mastima. To znači da se kurkumin mora formulirati u sistem nosača lijeka kao što su liposomi, nanoemulzije, nanosfere, polimerne nanočestice ili fitofosfolipidni kompleks. Vodene otopine kurkumina mogu se pripremiti dodavanjem surfaktanata, lipida, albumina, ciklodekstrina, biopolimera itd. Ultrazvučna priprema nanoemulzija i uniformnih suspenzija vrlo je efikasna tehnika za formuliranje kurkumina u komplekse nosača lijeka. Nosači lijeka poboljšavaju topivost, apsorpciju, farmakokinetiku i bioraspoloživost kurkumina. Formuliranjem kurkumina u nanokomplekse topivost u vodi povećava se približno 98.000 puta (u poređenju sa slobodnim kurkuminom u vodi). Nanokompleksiranje je znatno poboljšalo bioraspoloživost i stabilnost kurkumina pri skladištenju.
Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučnoj enkapsulaciji u liposome!
Oprema za ultrazvučnu ekstrakciju
Hielscher Ultrasonics je vaš partner za procese ekstrakcije iz biljnih materijala. Bez obzira na to želite li ekstrahirati male količine za istraživanje i analizu ili obrađivati velike volumene za komercijalnu proizvodnju, imamo odgovarajući ultrazvučni ekstraktor za vas. Naši ultrazvučni laboratorijski homogenizatori kao i naši stolni i industrijski ultrazvučni uređaji robusni su, jednostavni za upotrebu i izrađeni za rad 24/7 pod punim opterećenjem. Širok izbor dodatne opreme kao što su sonotrode (ultrazvučne sonde / rogovi) različitih veličina i oblika, protočne ćelije i reaktori te booster-i omogućavaju optimalnu postavku za vaš specifični proces ekstrakcije.
Svi digitalni ultrazvučni uređaji opremljeni su kolor ekranom osjetljivim na dodir, integriranom SD karticom za automatsko protokoliranje podataka i daljinskim upravljanjem putem preglednika za sveobuhvatan nadzor procesa. Sa sofisticiranim ultrazvučnim sistemima kompanije Hielscher visoka standardizacija procesa i kontrola kvaliteta postaju jednostavni.
Kontaktirajte nas danas da razgovaramo o zahtjevima vašeg procesa ekstrakcije! Rado ćemo vam pomoći uz naše dugogodišnje iskustvo u ekstrakciji iz biljnih materijala!
Sonikator UIP4000hdT za inline proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata kurkumina
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Industrijski sonikator UIP16000hdT za inline ekstrakciju fitokemikalija iz biljaka
Protokol: Ultrazvučna nanoenkapsulacija kurkumina
Priprema nanočestica napunjenih kurkuminom
Nanočestice napunjene kurkuminom sintetiziraju se tehnikom miniemulzifikacije i isparavanja. Postupak se razlikuje ovisno o korištenom enkapsulantu, kako je opisano u nastavku. Korištena formulacija bila je 22,400g vode, 0,180g lecitina, 11,500g diklormetana i 0,390g enkapsulanta (Poly(L-lactic acid) PLLA, 4.000g/gmol ili poly(methacylic acid-co-methyl methacrylate Eudragit S100, 125.000 g/gmol ili njihova mješavina koriste se kao enkapsulant). Nije potreban ko-stabilizator jer je poznato da su unaprijed formirani polimeri efikasni u sprječavanju degradacije emulzije difuzijom.
Kada se kao enkapsulant koristi PLLA, PLLA i lecitin su otopljeni u diklormetanu tokom 10 minuta, nakon čega se dodaje kurkumin i miješa 5 min (1, 3, 6, 18 wt% ukupne mase enkapsulanta). Ova otopina je dodana destiliranoj vodi uz blago miješanje. Nastala makroemulzija se podvrgava ultrazvučnoj obradi ultrazvučnim homogenizatorom kao što je UP100H tokom 180 sekundi u pulsnim ciklusima (30 s ultrazvučne obrade, 10 s pauze). Nakon toga se otapalo isparava tokom 18 sati na 40°C. Kada su se PLLA i Eudragit S100 zajedno koristili kao enkapsulant, Eudragit S100 se otapa u diklormetanu na 60°C tokom 20 minuta. Nakon toga je smjesa ohlađena i ispareno otapalo je ponovo dodano.
Literatura / Reference
- M. V. Bagal; Aamir Deshmukh, Nihar Thakur, Anmol Valiyare (2020): Curcumin Extraction using Ultra sonication: A Review. JETIR Volume 7, Issue 6, June 2020.
- Dang, Le Hang; Vu, Minh Thanh; Chen, Jun; Nguyen, Cuu Khoa; Bach, Long Giang; Tran, Ngoc Quyen; Le, Van Thu (2019): Effect of Ultrasonication on Self-Assembled Nanostructures Formed by Amphiphilic Positive-Charged Copolymers and Negative-Charged Drug. ACS Omega 4, 2019. 4540-4552.
- Thorat, Alpana; Dalvi, Sameer (2014): Particle Formation Pathways and Polymorphism of Curcumin Induced by Ultrasound and Additives During Liquid Antisolvent Precipitation. CrystEngComm. 16, 2014.
- Chen, F.-P. et al. (2015): Nanocomplexation between Curcumin and Soy Protein Isolate: Influence on Curcumin Stability/Bioaccessibility and in Vitro Protein Digestibility. J. Agric. Food Chem. 63, 2015. 3559−3569.
- Kimthet, Ch. et al. (2017): Extraction of curcumin from Curcuma longa L. using ultrasound assisted supercritical carbon dioxide. AIP Conference Proceedings 184, 2017.
Činjenice vrijedne znanja
Ultrazvuk i njegovi efekti ekstrakcije
Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija zasniva se na principu akustične kavitacije. Kada se ultrazvuk visoke snage (niske frekvencije, visokog intenziteta) uvede u tečni ili pastozni medij, talasi stvaraju naizmjenične cikluse visokog pritiska (kompresija) i niskog pritiska (razrjeđenje). Tokom ovih ciklusa visokog / niskog pritiska nastaju vakuumski mjehurići koji rastu kroz više ciklusa. U trenutku kada mjehurići ne mogu apsorbirati više energije, silovito implodiraju. Ova implozija mjehurića i njeni efekti poznati su kao akustična kavitacija. Kavitacija stvara mikromlazeve, smične sile, udarne talase / visoke razlike pritisaka, stvaranje radikala, ekstremne temperature i akustično strujanje. Ovi intenzivni uvjeti razaraju ćelijske stijenke i uzrokuju visok prijenos mase, tako da se intracelularni materijal prenosi u otapalo.
Blaga, netoksična otapala
Biljni ekstrakti koji se koriste u medicinske i nutritivne svrhe sve su više u fokusu interesovanja kao farmakološki lijekovi i kao dodaci prehrani (nutraceutici). Da bi se željena jedinjenja oslobodila iz biljnog materijala, on se mora otopiti u otapalu. Kada se ciljani ekstrakti uklone iz mase biljnog materijala i prenesu u otapalo, ekstrakt se može koncentrirati. Ultrazvučna ekstrakcija može se primijeniti kao metodologija bez otapala uz korištenje vode kao otapala. Ekstrakcije alkoholom i glicerinom također su netoksične i efikasne te se često koriste za ekstrakciju sastojaka za hranu, farmaceutsku i kozmetičku industriju.
Kada je riječ o proizvodnji vrlo potentnih, zdravih, netoksičnih ekstrakata, važno je koristiti efikasnu metodu ekstrakcije koja omogućava upotrebu blagih, netoksičnih otapala kao što su voda, triacilgliceroli ili alkohol.
Kliknite ovdje da pročitate više o otapalima koja se koriste u procesima ultrazvučne ekstrakcije!
Kurkumin
Kurkumin je oleoresin kurkume i prirodni pigment koji se nalazi u rizomima biljke kurkume. Ostala važna kurkuminoidna jedinjenja su demetoksikurkumin (DMC) i bisdemetoksikurkumin (BDMC).
Kurkumin (hemijska formula C21H20O6) može se ekstrahirati iz Curcuma longa, Curcuma amada, Curcuma ochrorhiza Val. ili sintetizirati hemijskim putem.
Kurkumin je zarobljen u polisaharidno-ligninskoj mreži u kurkumi. Stoga je za razaranje ćelijskih stijenki potrebna snažna tehnika ekstrakcije, kao što je ultrazvučna obrada (sonikacija), kako bi se bioaktivni fitokemikal oslobodio.
Studije su pokazale da aktivno jedinjenje piperin, koje se nalazi u crnom biberu, povećava bioraspoloživost kurkumina za više od 2.000%.
Kurkuma
Kurkuma (Curcuma longa) je zeljasta višegodišnja biljka iz porodice đumbira Zingiberaceae. Porijeklom je iz Indije i jugoistočne Azije. Rizomi biljke kurkume beru se da bi se koristili kao začin i lijek.
Kurkuma je začin koji kariju daje intenzivnu žutu boju i hiljadama godina se koristi u Indiji kao kulinarski začin, ali i kao ajurvedski lijek. Prah kurkume odlikuje topao, gorak okus nalik na biber i zemljast miris.
Prah ili pasta od kurkume koristi se za pripremu popularnog toplog napitka – takozvanog “turmeric latte” ili “zlatnog mlijeka” – koji se priprema s mlijekom ili biljnim alternativama mlijeku, kao što su sojino, bademovo ili kokosovo mlijeko.
Kurkuma se cijeni zbog svojih antioksidativnih, protuupalnih i analgetskih učinaka.
Pored kulinarske i medicinske upotrebe, kurkuma se koristi i kao prirodna boja.