Ultrazvučna ekstrakcija piperina iz papra

• Piperin je bioaktivna supstanca koja se nalazi u zrnima papra i cijenjena je zbog svojih farmakoloških svojstava.
• Ultrazvuk je efikasna, jednostavna i brza tehnika ekstrakcije za izolaciju piperina visokog kvaliteta.
• Ultrazvučna ekstrakcija je pouzdana i provjerena metoda, koja se već široko koristi u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji.

Ekstrakcija piperina visokoučinkovitim ultrazvukom

Piperin je cijenjeno bioaktivno jedinjenje poznato po potencijalu da poveća apsorpciju kurkumina, selena, vitamina B12, beta-karotena i drugih jedinjenja. Zbog toga farmaceutska i nutricionistička industrija pokazuju veliko zanimanje za brzu i jednostavnu ekstrakciju piperina visokog kvaliteta.
Konvencionalna ekstrakcija piperina i piperidina izvodi se dugotrajnom ekstrakcijom rastvaračima uz upotrebu toksičnog DMC (diklormetan). Ultrazvučna ekstrakcija nadmašuje konvencionalnu ekstrakciju rastvaračima višim prinosima, upotrebom netoksičnih rastvarača (npr. etanola) i brzim procesom ekstrakcije. Visokoučinkoviti ultrazvuk stvara kavitaciju u tečnostima. Akustična ili ultrazvučna kavitacija stvara lokalno ekstremne uslove kao što su veoma visoke temperature i razlike u pritisku, tečni mlazevi i smične sile. Ove ultrazvučne sile razaraju ćelijske zidove i povećavaju prijenos mase između unutrašnjosti ćelije i okolnog rastvarača, tako da se bioaktivne supstance oslobađaju. Ultrazvučna ekstrakcija je provjerena tehnika za izolaciju ciljanih jedinjenja kao što je piperin iz mljevenog papra (piper nigrum, piper longum).

Optimalni uslovi ekstrakcije primjenom sonikacije

Jedna od najvažnijih prednosti ultrazvučne izolacije je precizna kontrola svih procesnih parametara. Ultrazvučni intenzitet (amplituda, snaga, radni ciklus), vrijeme ekstrakcije, rastvarač, odnos čvrste tvari i rastvarača te temperatura mogu se podesiti na optimalne uslove kako bi se dobio najviši prinos piperina visokog kvaliteta.

Primjer protokola za ultrazvučnu ekstrakciju piperina

U laboratorijskoj postavci s čašom malog obujma, maksimalni prinos piperina (5,8 mg/g) iz mljevenog Piper longum postiže se pri optimiziranim uslovima ultrazvučne ekstrakcije, za koje je utvrđeno da su sljedeći:
Sonikator UP200St ili UP200Ht (200W, 26kHz)
ultrazvučni parametri: amplituda 100%, radni ciklus 80%
vrijeme sonikacije: oko 18 min.
rastvarač: etanol
odnos čvrste tvari i rastvarača: 1:10
temperatura: 50°C

Vrhunski rezultati

Ultrazvučna ekstrakcija ima značajne prednosti u odnosu na tradicionalnu šaržnu ekstrakciju i ekstrakciju rastvaračima. Rathod (2014) pokazuje da se vrijeme ekstrakcije smanjuje s 8h šaržne ekstrakcije rastvaračem i 4h Soxhletove ekstrakcije na 18 min. ultrazvučne ekstrakcije. Osim toga, ultrazvučna ekstrakcija daje viši prinos piperina. Utvrđeno je da prinosi piperina dobiveni Soxhletovom ekstrakcijom i šaržnom ekstrakcijom iznose 1,67 mg/g, odnosno 0,98 mg/g, što je bilo mnogo manje od prinosa dobivenog ultrazvukom od 5,8mg/g. Rathod (2014) zaključuje da ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija prirodnih fitokonstituenata kao što je piperin ublažava problem niske ekstrahovljivosti i dugih vremena ekstrakcije u odnosu na tradicionalne metode.

Ultrazvuk se uspješno koristi i za ekstrakciju eteričnih ulja iz crnog papra. Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučnoj hidrodestilaciji eteričnih ulja!

Pronađite najbolji sonikator za ekstrakciju piperina

Hielscher Ultrasonics je dugogodišnji proizvođač visokoučinkovitih sistema za ultrazvučnu ekstrakciju. Naš asortiman proizvoda kreće se od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i industrijskih sistema, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za efikasnu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih supstanci (npr. piperina, kurkumina itd.).
Svi ultrazvučni uređaji od 200W do 16.000W imaju kolor displej za digitalnu kontrolu, integriranu SD karticu za automatsko bilježenje podataka, daljinsko upravljanje putem preglednika i mnoge druge funkcije prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste.
Svi naši ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja te su jednostavni i sigurni za upotrebu.

Tabela ispod daje orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Literatura/reference

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioksidativni i antiglikacijski potencijal zelenog papra (Piper nigrum): Optimizacija ekstrakcije na bazi β-ciklodekstrina metodom odzivne površine. Food Chemistry, Volume 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija piperina iz bijelog papra na bazi jonske tečnosti. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Ekstrakcija piperina iz vrste Piper longum primjenom ultrazvuka. Industrijske kulture i proizvodi Vol. 58, 2014. 259-264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimizacija ekstrakcije fenolnih jedinjenja iz jujube (Ziziphus Jujube) metodom ultrazvučno potpomognute ekstrakcije.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Ekstrakcija i karakterizacija proteina iz cvijeta banane (Musa Sapientum L) i procjena antimikrobne aktivnosti. 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): Optimizacija parametara ekstrakcije epigalokatehin galata konvencionalnim metodama s vrućom vodom i ultrazvučno potpomognutim metodama iz zelenog čaja. Prerada hrane i bioproizvoda 111 (2018). 37–44.

Činjenice koje vrijedi znati

Ultrazvučna ekstrakcija

Ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih supstanci iz biljnog materijala zasniva se na principu akustične kavitacije. Akustična kavitacija nastaje kada se ultrazvučni talasi vrlo visokog intenziteta (npr. visoke amplitude od 100µm, generirane ultrazvukom od 20-26kHz) uvode u tečnost. Kavitacijske smične sile perforiraju i razaraju ćelijske zidove biljnog materijala te guraju i vuku okolni rastvarač u unutrašnjost ćelije i iz nje. Nakon procesa ekstrakcije rastvarač nosi ciljane molekule, koji se zatim mogu odvojiti (npr. centrifugiranjem). Poznato je da ultrazvučna ekstrakcija daje visoke prinose neoštećenih fitoekstrakata.

Ultrazvučna ekstrakcija iz ćelija: mikroskopski poprečni presjek (TS) apikalne stabljike metvice (Mentha piperita) prikazuje mehanizam djelovanja tokom ultrazvučne ekstrakcije iz ćelija (uvećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]

Piperin

Piperin (1-piperyol-piperidine) je glavno ljuto jedinjenje papra (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Aroma papra, njegova ljutina, a time i njegov kvalitet, povezani su s količinom piperina. Ovo svojstvo kvaliteta može se promijeniti hidrolizom piperina, tako da se piperidinski prsten cijepa.
Piperin je poznat po različitim farmakološkim učincima, npr. antifungalnim, antidijaroičnim, protuupalnim te inhibitornim aktivnostima prema 5-lipoksigenazi i ciklooksigenazi-1. Nadalje, piperin povećava bioraspoloživost kurkumina za 2000%. Zbog toga je piperin popularna supstanca koja se koristi u formulacijama dodataka prehrani (npr. BioPerine®).
Piperin se može ekstrahovati iz vrsta Piper nigrum i Piper longum.
Piperidin je ciklični sekundarni amin, molekularna struktura koja se nalazi u mnogim biljnim alkaloidima. Piperidin nastaje hidrolizom piperina. Piperidin i njegovi derivati su sveprisutni gradivni blokovi u sintezi farmaceutskih proizvoda i finih hemikalija.

Papar

Piper nigrum, crni papar, je cvjetna povijuša iz porodice Piperaceae. Uzgaja se zbog plodova, zrna papra, koja se obično suše i koriste kao začin i dodatak jelima. Crna, zelena i bijela zrna papra dobivaju se sva od biljke crnog papra. Različite boje rezultat su obrade i pripreme zrna papra. Crna zrna papra dobivaju se kuhanjem nezrelih koštunica u vrućoj vodi i njihovim sušenjem nakon toga. Bijeli papar se bere kao potpuno zrele bobice biljke papra; zatim se tamna kožica zrelog ploda uklanja (močenjem). Zelena zrna papra prave se od nezrelih koštunica tako što se obrađuju sumpor-dioksidom, konzerviranjem ili liofilizacijom kako bi zadržala zelenu boju.

Piper longum Linn, poznat i kao indijski dugi papar (pipli), blizak je srodnik vrste Piper nigrum i ima sličan, ali ljući okus od vrste Piper nigrum.
Plodovi vrste Piper longum sadrže oko 1% isparljivih ulja, smolu, alkaloide piperin i piperlongumin, voštani alkaloid Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide i terpenoidnu supstancu. Piperidinski alkaloid piperin odgovoran je za začinski, ljut okus bobica papra. Piperlongumin je farmakološki aktivna supstanca koja pokazuje aktivnost protiv mnogih vrsta raka, uključujući rak prostate, dojke, pluća, debelog crijeva, limfom, leukemiju, primarne tumore mozga i rak želuca.
Nadalje, u bobicama papra mogu se naći sljedeće količine minerala: 1230mg/100g kalcija, 190mg/100g fosfora i 62,1mg/100g željeza. Korijenje sadrži piperin, piperlongumin ili piplartin i dihidrostigmasterol.