Ultrazvučna ekstrakcija piperina iz bibera

• Piperin je bioaktivna tvar koja se nalazi u zrnu paprike i cijenjena je zbog svojih farmakoloških svojstava.
• Ultrazvuk je efikasna, jednostavna i brza tehnika ekstrakcije za izolaciju visokokvalitetnog piperina.
• Ultrazvučna ekstrakcija je pouzdana i dokazana metoda koja se već široko koristi u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji.

Ekstrakcija piperina ultrazvukom visokih performansi

Piperin je cijenjeno bioaktivno jedinjenje poznato po svom potencijalu da poveća apsorpciju kurkumina, selena, vitamina B12, beta-karotena i drugih jedinjenja. Stoga je farmaceutska i prehrambena industrija jako zainteresirana za brzu i jednostavnu ekstrakciju visokokvalitetnog piperina.
Konvencionalna ekstrakcija piperina i piperidina izvodi se dugotrajnom ekstrakcijom rastvaračem pomoću toksičnog DMC (dihlorometana). Ultrazvučna ekstrakcija nadmašuje konvencionalnu ekstrakciju rastvaračem većim prinosima, upotrebom netoksičnih rastvarača (npr. etanol) i brzim procesom ekstrakcije. Ultrazvuk visokih performansi stvara kavitaciju u tečnostima. Akustična ili ultrazvučna kavitacija stvara lokalno ekstremne uslove kao što su super-visoke razlike temperature i pritiska, mlaznice tečnosti i sile smicanja. Ove ultrazvučne sile razbijaju ćelijske zidove i povećavaju prenos mase između unutrašnjosti ćelije i okolnog rastvarača tako da se oslobađaju bioaktivne supstance. Ultrazvučna ekstrakcija je dokazana tehnika za izolovanje ciljanih jedinjenja kao što je piperin iz mlevene paprike (piper nigrum, piper longum).

Optimalni uvjeti ekstrakcije pomoću ultrazvučne obrade

Jedna od najvažnijih prednosti ultrazvučne izolacije je precizna kontrola svih parametara procesa. Intenzitet ultrazvuka (amplituda, snaga, radni ciklus), vrijeme ekstrakcije, rastvarač, omjer čvrstog i rastvarača i temperatura mogu se podesiti na optimalne uslove kako bi se dobio najveći prinos visokokvalitetnog piperina.

Primer protokola za ultrazvučnu ekstrakciju piperina

U postavci čaše malog obima, maksimalni prinos piperina (5,8 mg/g) iz zemlje piper longum se dobija pri optimizovanim ultrazvučnim uslovima ekstrakcije, za koje je utvrđeno da su sledeći:
sonicator UP200St ili UP200Ht (200W, 26kHz)
ultrazvučni parametri: 100% amplituda, 80% radni ciklus
vrijeme sonikacije: pribl. 18 min.
rastvarač: etanol
odnos čvrste materije i rastvarača: 1:10
temperatura: 50°C

Superior Results

Ultrazvučna ekstrakcija ima značajne prednosti u odnosu na tradicionalnu serijsku ekstrakciju i ekstrakciju rastvaračem. Rathod (2014) pokazuje da je vrijeme ekstrakcije smanjeno sa 8 h šaržne ekstrakcije rastvaračem i 4 h Soxhlet ekstrakcije je smanjeno na 18 min. ultrazvučna ekstrakcija. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija daje veći prinos piperina. Utvrđeno je da su ekstrakcioni prinosi piperina dobijenog Soxhlet ekstrakcijom 1,67 mg/g odnosno 0,98 mg/g, što je znatno niže od ultrazvučnog prinosa od 5,8 mg/g. Rathod (2014) zaključuje da ultrazvučna ekstrakcija prirodnih fitokonstituenata kao što je piperin umanjuje problem niske sposobnosti ekstrakcije i dugog vremena ekstrakcije u odnosu na tradicionalne metode.

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

Pronađite najbolji sonikator za ekstrakciju piperina

Hielscher Ultrasonics je dugogodišnji proizvođač ultrazvučnih sistema za ekstrakciju visokih performansi. Naš portfelj proizvoda se kreće od malih, moćnih laboratorijski ultrasonikatori da robustan stolni i industrijski sistemi, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za efikasnu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih supstanci (npr. piperin, kurkumin itd.).
Svi ultrazvučni uređaji od 200W do 16,000W imaju displej u boji za digitalnu kontrolu, integrisanu SD karticu za automatsko snimanje podataka, daljinsko upravljanje pretraživačem i mnoge druge funkcije prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu sa medijumom) mogu se autoklavirati i lako se čiste.
Svi naši ultrasonikatori su napravljeni za rad 24 sata dnevno, 7 dana u nedelji, zahtevaju nisko održavanje i laki su i sigurni za rad.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:

Literatura/Reference

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, Marija del Pilar Buera (2020.): Antioksidativni i antiglikacijski potencijal zelene paprike (Piper nigrum): Optimizacija ekstrakcije na bazi β-ciklodekstrina metodologijom površine odgovora. Hemija hrane, sveska 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultrazvučna ekstrakcija piperina iz bijelog bibera na bazi jonske tekućine. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod SS; Rathod VK (2014): Ekstrakcija piperina iz Piper longum ultrazvukom. 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): Optimizirajte ekstrakciju fenolnih spojeva žižule (Ziziphus Jujube) korištenjem metode ekstrakcije uz pomoć ultrazvuka.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, MB; Analni AK (2018): Ekstrakcija i karakterizacija proteina iz cvijeta banane (Musa Sapientum L) i procjena antimikrobnog djelovanja. J Food Sci Technol (februar 2018.) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Mi, Ahmet Abdulah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizacija parametara ekstrakcije epigalokatehin galata korištenjem konvencionalne tople vode i ultrazvučnih metoda iz zelenog čaja. Prerada hrane i bioproizvoda 111 (2018). 37–44.

Činjenice koje vrijedi znati

ultrazvučna ekstrakcija

Ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih supstanci iz biljaka zasniva se na principu akustična kavitacija. Akustična kavitacija nastaje kada su visoko intenzivni ultrazvučni talasi (npr. velike amplitude od 100 µm, generisani ultrazvukom od 20-26 kHz) spojeni u tečnost. Kavitacijske sile smicanja perforiraju i razbijaju ćelijske zidove biljnog materijala, te potiskuju i izvlače okolni rastvarač unutra i iz unutrašnjosti ćelije. Nakon procesa ekstrakcije, rastvarač nosi ciljane molekule, koji se zatim mogu razdvojiti (npr. centrifugiranjem). Poznato je da ultrazvučna ekstrakcija daje visoke prinose netaknutih fito ekstrakata.

Ultrazvučna ekstrakcija iz ćelija: mikroskopski poprečni presek (TS) apikalne stabljike mente (Mentha piperita) pokazuje mehanizam delovanja tokom ultrazvučne ekstrakcije iz ćelija (uvećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]

piperin

Piperin (1-piperyol-piperidin) je glavni ljuti spoj paprike (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Okus paprike, njena oporost, a time i kvalitet, u korelaciji su sa količinom piperina. Ovaj atribut kvaliteta može se promijeniti hidrolizacijom piperina, tako da se piperidinski prsten cijepa.
Piperin je poznat po različitim farmakološkim efektima, npr. antifungalnim, antidijarejskim, protuupalnim i inhibitornim aktivnostima 5-lipoksigenaze i ciklooksigenaze-1. Nadalje, piperin povećava bioraspoloživost kurkumin do 2000%. Stoga je piperin popularna supstanca koja se koristi u formulacijama dodataka (npr. BioPerine®).
Piperin se može ekstrahovati iz piper nigrum i piper longum.
Piperidin je ciklički sekundarni amin, koji je 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.

biber

piper nigrum, crni biber, je cvetna loza u porodici Piperaceae. Uzgaja se zbog plodova bibera koji se obično suše i koriste kao začin i začin. Crni, zeleni i bijeli biber u zrnu se dobijaju iz biljke crnog bibera. Različite boje su rezultat obrade i pripreme paprike u zrnu. Crni biber u zrnu se dobija tako što se nezrele koštice kuvaju u vrućoj vodi i nakon toga suše. Bijeli biber se bere kao potpuno zrele bobice biljke paprike; zatim se tamna kožica zrelog voća ukloni (retting). Zeleni biber u zrnu se proizvodi od nezrelih koštica tretiranjem sumpor-dioksidom, konzerviranjem ili sušenjem zamrzavanjem kako bi se zadržale zelene boje.

Piper longum Linn, također poznat kao indijska duga paprika (pipli), blizak je srodnik piper nigrum i ima sličan ukus, ali ljutiji od piper nigrum.
Plodovi piper longum sadrži cca. 1% hlapljivih ulja, smole, alkaloida piperina i piperlonguminina, voštanog alkaloida nisobutildeka-trans-2-trans-4-dienamida i terpenoidne supstance. Piperidin alkaloid piperin odgovoran je za pikantan, opor okus bobica paprike. Piperlongumin je farmakološki aktivna supstanca koja pokazuje aktivnost protiv mnogih karcinoma uključujući rak prostate, dojke, pluća, debelog crijeva, limfoma, leukemije, primarnih tumora mozga i raka želuca.
Nadalje, u bobicama paprike se mogu naći sljedeće količine minerala: 1230 mg/100 g kalcija, 190 mg/100 g fosfora i 62,1 mg/100 g željeza. Korijen sadrži piperin, piperlongumin ili piplartin i dihidrostigmasterol.