Ultrazvuková extrakce antokyanů
Antokyany jsou široce používány jako přírodní barviva a nutriční přísady v potravinářských výrobcích. Ultrazvuková extrakce je vysoce účinná a jednoduchá technika pro získání vysoce kvalitních antokyanů. Použití sonikátorů typu sondy podporuje uvolňování vysoce kvalitních antokyanů z rostlin, což vede k vyšším výnosům a rychlému procesu. Současně je sonikace mírnou, zelenou a účinnou technikou pro průmyslovou výrobu potravinářských a farmaceutických antokyanů.
antokyany – Jak extrahovat vysoce kvalitní antokyany pomocí sonikátoru
Antokyany jsou široce používány jako přírodní barviva v potravinářském průmyslu. Mají široké spektrum barevných tónů, od oranžové přes červenou až po fialovou a modrou, v závislosti na molekulární struktuře a hodnotě pH. Zájem o antokyany není založen pouze na jejich barvicím účinku, ale také na jejich zdraví prospěšných vlastnostech. Vzhledem k rostoucím obavám o životní prostředí a zdraví, pokud jde o syntetická barviva, jsou přírodní barviva skvělou alternativou jako barvivo šetrné k životnímu prostředí pro potravinářský a farmaceutický průmysl.
Ultrazvukem vylepšená extrakce antokyanů
- Vyšší výnosy
- Rychlý proces extrakce – během několika minut
- Vysoce kvalitní extrakty – mírná, netepelná extrakce
- Zelená rozpouštědla (voda, etanol, glycerin, rostlinné oleje atd.)
- Snadná a bezpečná obsluha
- Nízké investiční a provozní náklady
- Robustnost a nenáročná údržba
- Ekologická metoda

Ultrasonicator UP400St pro vysokorychlostní extrakci rostlinných látek v dávkách.
Jak extrahovat anthocyyaniny ultrazvukem? – Případové studie
Ultrazvuková extrakce antokyanů z fialové rýže Oryza Sativa L.
Fialová rýže kmene Oryza Sativa (známá také jako fialová rýže Nori nebo fialová rýže) je mimořádně bohatá na fenolické látky, jako je favonoidní skupina antokyanů. Turrini et al. (2018) použili ultrazvukovou extrakci k izolaci polyfenolických látek, jako jsou antokyany a antioxidanty z obilky (v celé, hnědé a předvařené formě) a listů fialové rýže. Ultrazvuková extrakce byla provedena pomocí Hielscher UP200St (200W, 26kHz, obrázek. vlevo) a ethanol 60 % jako rozpouštědlo.
Aby byla zachována integrita antokyanů, byly ultrazvukové extrakty skladovány při teplotě −20 °C, což umožnilo jejich skladování po dobu nejméně tří měsíců.
Kyanidin-3 glukosid (také známý jako chryzantémin) byl zdaleka hlavním detekovaným antokyanem v kultivarech "Violet Nori", "Artemide" a "Nerone", které byly zkoumány ve studii Turriniho a kol., zatímco peonidin-3-glukosid a kyanidin-3-rutinosid (také antirrhinin) byly nalezeny v nižších množstvích.
Fialové listy Oryza Sativa jsou vynikajícím zdrojem antokyanů a celkového obsahu fenolů (TPC). S přibližně 2–3krát vyšším množstvím než v rýži a mouce představují listy Oryzy levnou surovinu pro extrakci antokyanů. Odhadovaný výnos přibližně 4 kg antokyanů/t čerstvých listů je významně vyšší než výnos 1 kg antokyanů/t rýže, vypočtený na základě středních množství antokyanů zjištěných v rýži "Violet Nori" (1300 μg/g rýže ve formě kyanidin-3-glukosidu) pro výnos přibližně 68 kg rýže ze 100 kg neloupané rýže.

Nastavení ultrazvuku s UIP1000hdT pro extrakci bioaktivních sloučenin z rostlinných látek v šarži. [Petigny et al. 2013]
Ultrazvuková extrakce antokyanů z červeného zelí
Ravanfar et al. (2015) zkoumali účinnost ultrazvukové extrakce antokyanů z červeného zelí. Experimenty s ultrazvukovou extrakcí byly prováděny pomocí ultrazvukového systému UP100H (Hielscher Ultrazvuk, 30 kHz, 100 W). Sonotroda MS10 (průměr hrotu 10 mm) byla vložena do středu skleněné kádinky s řízenou teplotou a pláštěm.
Pro tento experiment byly použity čerstvě nakrájené kousky červeného zelí o rozměru 5 mm (krychlový tvar) a vlhkosti 92,11 ± 0,45 %. Skleněná kádinka s pláštěm (objem: 200 ml) byla naplněna 100 ml destilované vody a 2 g kousků červeného zelí. Kádinka byla pokryta hliníkovou fólií, aby se zabránilo ztrátě rozpouštědla (vody) odpařováním během procesu. Ve všech experimentech byla teplota v kádince udržována pomocí termostatického regulátoru. Vzorky byly nakonec odebrány, filtrovány a odstředěny při 4000 otáčkách za minutu a supernatanty byly použity ke stanovení výtěžku antokyanů. Extrakce ve vodní lázni byla provedena jako kontrolní experiment.
Optimální výtěžek antokyanu z červeného zelí byl stanoven při výkonu 100 W, čase 30 min a teplotě 15°C, což vedlo k výtěžku antokyanů cca 21 mg/l.
Díky svým barevným změnám hodnoty pH a intenzivnímu zbarvení se barvivo z červeného zelí používá jako indikátor pH ve farmaceutických přípravcích nebo jako antioxidanty a barviva v potravinových systémech.

Ultrazvuk výrazně zintenzivňuje extrakci antokyanů z rostlinného materiálu.
zdroj: Ravanfar et al. 2015
Jiné studie prokazují úspěšnou ultrazvukovou extrakci antokyanů mimo jiné z borůvek, ostružin, hroznů, třešní, jahod a fialových sladkých brambor.
Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory
Hielscher Ultrasonics se specializuje na výrobu vysoce výkonných ultrazvukových procesorů pro výrobu vysoce kvalitních extraktů z botanických látek.
Široké portfolio sonikátorů Hielscher sahá od malých, výkonných laboratorních ultrazvukových zařízení až po robustní stolní a plně průmyslové systémy, které poskytují ultrazvuk s vysokou intenzitou pro účinnou extrakci a izolaci bioaktivních látek (např. antokyany, gingerol, Piperine, Kurkumin atd.).
Všechny ultrasonicators od 200W k 16 000 W jsou vybaveny barevným dotykovým displejem pro digitální ovládání, integrovanou SD kartou pro automatické nahrávání dat, dálkovým ovládáním prohlížeče a mnoha dalšími uživatelsky přívětivými funkcemi. Sonotrody a průtočné cely (části, které jsou v kontaktu s médiem) lze autoklávovat a snadno se čistí.
Hielscher sonikátory jsou velmi robustní a postavené pro provoz 24/7 při plném zatížení, přičemž vyžadují nízkou údržbu a jsou snadno a bezpečně ovladatelné. Digitální barevný displej umožňuje uživatelsky přívětivé ovládání ultrasonicatoru.
Naše systémy jsou schopny dodávat od nízkých až po velmi vysoké amplitudy. Pro extrakci kanabinoidů a terpenů nabízíme speciální ultrazvukové sonotrody (známé také jako ultrazvukové sondy nebo rohy), které jsou optimalizovány pro citlivou izolaci vysoce kvalitních účinných látek. Všechny naše systémy lze použít pro extrakci a následnou emulgaci kanabinoidů. Robustnost sonikátorů Hielscher umožňuje nepřetržitý provoz (24/7) v náročném provozu a v náročných prostředích.
Přesné řízení ultrazvukových procesních parametrů zajišťuje reprodukovatelnost a standardizaci procesu.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
---|---|---|
1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Literatura / Reference
- 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.
Fakta, která stojí za to vědět
Jak funguje extrakce za pomoci ultrazvuku?
Aplikace intenzivních ultrazvukových vln na kapalné médium má za následek kavitaci. Fenomén kavitace Lokálně vede k extrémním teplotám, tlakům, rychlostem ohřevu/chlazení, tlakovým rozdílům a vysokým smykovým silám v médiu. Když kavitační bubliny implodují na povrchu pevných látek (jako jsou částice, rostlinné buňky, tkáně atd.), mikrotrysky a interpartikulární srážky generují efekty, jako je odlupování povrchu, eroze a rozpad částic. Imploze kavitačních bublin v kapalných médiích navíc vytváří makroturbulence a mikromíchání.
Ultrazvuková iradice rostlinného materiálu fragmentuje matrici rostlinných buněk a zvyšuje její hydrataci. Chemat a kol. (2015) dospěli k závěru, že ultrazvuková extrakce bioaktivních sloučenin z rostlin je výsledkem různých nezávislých nebo kombinovaných mechanismů, včetně fragmentace, eroze, kapilarity, detexturace a sonoporace. Tyto účinky narušují buněčnou stěnu, zlepšují přenos hmoty tím, že tlačí rozpouštědlo do buňky a odsávají rozpouštědlo naložené fytosloučeninami, a zajišťují pohyb kapaliny mikromícháním.
Ultrazvuková iradice rostlinného materiálu fragmentuje matrici rostlinných buněk a zvyšuje její hydrataci. Chemat et al. (2015) dospěli k závěru, že ultrazvuková extrakce bioaktivních sloučenin z rostlin je výsledkem různých nezávislých nebo kombinovaných mechanismů, včetně fragmentace, eroze, kapiláry, detexturace a sonoporace. Tyto účinky narušují buněčnou stěnu, zlepšují přenos hmoty tím, že tlačí rozpouštědlo do buňky a odsávají rozpouštědlo naložené fytosloučeninami, a zajišťují pohyb kapaliny mikromícháním.
Ultrazvuková extrakce dosahuje velmi rychlé izolace sloučenin - překonává konvenční metody extrakce v kratší době procesu, vyšším výtěžku a při nižších teplotách. Jako mírné mechanické ošetření se ultrazvukem asistovaná extrakce vyhýbá tepelné degradaci bioaktivních složek a vyniká ve srovnání s jinými technikami, jako je konvenční extrakce rozpouštědlem, hydrodestilace nebo Soxhletova extrakce, o kterých je známo, že ničí molekuly citlivé na teplo. Vzhledem k těmto výhodám je ultrazvuková extrakce preferovanou technikou pro uvolňování bioaktivních sloučenin citlivých na teplotu z botanických látek.

Ultrazvuková extrakce z rostlinných buněk: mikroskopický příčný řez (TS) ukazuje mechanismus účinku při ultrazvukové extrakci z buněk (zvětšení 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
antokyanů – Cenný rostlinný pigment
Antokyany jsou vakuolární rostlinné pigmenty, které se mohou objevit červeně, fialově, modře nebo černě. Barevný projev ve vodě rozpustných antokyanových pigmentů závisí na jejich hodnotě pH. Antokyany se nacházejí v buněčné vakuole, většinou v květech a plodech, ale také v listech, stoncích a kořenech, kde se nacházejí většinou ve vnějších buněčných vrstvách, jako je epidermis a periferní mezofylové buňky.
V přírodě se nejčastěji vyskytují glykosidy kyanidin, delfinidin, malvidin, pelargonidin, peonidin a petunidin.
Mezi významné příklady rostlin bohatých na antokyany patří druhy rodu Vacciium, jako jsou borůvky, brusinky a borůvky; Bobule Rubus, včetně černé maliny, červené maliny a ostružiny; černý rybíz, třešeň, lilek, černá rýže, ube, okinawské sladké brambory, hrozny Concord, muškátové hrozny, červené zelí a okvětní lístky fialek. Broskve a jablka s červenou dužinou obsahují antokyany. Antokyany jsou méně zastoupené v banánech, chřestu, hrachu, fenyklu, hruškách a bramborách a mohou zcela chybět v některých kultivarech zeleného angreštu.
Antokyany jsou skvělou alternativou k nahrazení syntetických barviv v potravinářských výrobcích. Antokyany jsou schváleny pro použití jako potravinářská barviva v Evropské unii, Austrálii a na Novém Zélandu a mají kód barviva E163. Antokyany se nacházejí v ovoci a zelenině a lze je popsat jako typ rostlinných pigmentů rozpustných ve vodě. Chemicky jsou antokyany glykosidy antokyanidinů na bázi struktury 2-fenylbenzofylium (flavylium). Existuje více než 200 různých fytochemikálií, které spadají do kategorie antokyanů. Jako hlavní barevný pigment v divokém ovoci a bobulích existuje mnoho zdrojů, ze kterých lze antokyany extrahovat. Významným zdrojem antokyanů je slupka hroznů. Antokyaninové pigmenty ve slupce hroznů se skládají převážně z di-glukosidů, mono-glukosidů, acylovaných monoglukosidů a také z acylovaných di-glukosidů peonidinu, malvidinu, kyanidinu, petunidinu a delfinidinu. Obsah antokyanů v hroznech se pohybuje od 30-750 mg/100 g.
Nejvýznamnějšími antokyany jsou kyanidin, delfinidin, pelargonidin, peonidin, malvidin a petunidin.
Například antokyany peonidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophorosid-5-glukosid, peonidin-3-(6"-caffeoyl-6'''-feruloyl sophorosid)-5-glukosid a kyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophorosid-5-glukosid se nacházejí ve fialových sladkých bramborách.
antokyany – Přínosy pro zdraví
Kromě své skvělé schopnosti fungovat jako přírodní potravinářské barvivo jsou antokyany vysoce ceněny pro své antioxidační účinky. Antokyany proto vykazují mnoho pozitivních účinků na zdraví. Výzkum ukázal, že antokyany mohou inhibovat poškození DNA v rakovinných buňkách, inhibovat trávicí enzymy, indukovat produkci inzulínu v izolovaných buňkách slinivky břišní, snižovat zánětlivé reakce, chránit před poklesem mozkových funkcí souvisejícím s věkem, zlepšovat těsnost kapilárních cév a zabránit agregaci trombocytů.

Vysoce výkonné ultrazvukové procesory od laboratoř k pilotu a Průmyslové měřítko.