Ultrazvuková extrakce piperinu z pepře

• Piperin je bioaktivní látka, která se nachází v zrnech pepře a je ceněna pro své farmakologické vlastnosti.
• Ultrazvuk představuje účinnou, jednoduchou a rychlou extrakční techniku k izolaci vysoce kvalitního piperinu.
• Ultrazvuková extrakce je spolehlivá a osvědčená metoda, která se již široce používá ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu.

Extrakce piperinu pomocí vysoce výkonného ultrazvuku

Piperin je ceněná bioaktivní sloučenina známá svým potenciálem zvyšovat vstřebávání kurkuminu, selenu, vitaminu B12, beta-karotenu a dalších sloučenin. Proto má farmaceutický a nutriční průmysl velký zájem o rychlou a jednoduchou extrakci vysoce kvalitního piperinu.
Konvenční extrakce piperinu a piperidinu se provádí časově náročnou extrakcí rozpouštědlem s použitím toxického DMC (dichlormethanu). Ultrazvuková extrakce předčí konvenční extrakci rozpouštědlem vyššími výtěžky, použitím netoxických rozpouštědel (např. ethanolu) a rychlým průběhem extrakce. Vysoce výkonný ultrazvuk vytváří v kapalinách kavitaci. Akustická neboli ultrazvuková kavitace vytváří lokálně extrémní podmínky, jako jsou extrémně vysoké teplotní a tlakové rozdíly, proudy kapaliny a smykové síly. Tyto ultrazvukové síly narušují buněčné stěny a zvyšují přenos hmoty mezi vnitřkem buňky a okolním rozpouštědlem, takže se bioaktivní látky uvolňují. Ultrazvuková extrakce je osvědčená technika k izolaci cílových sloučenin, jako je piperin, z mletého pepře (piper nigrum, piper longum).

Optimální podmínky extrakce při sonikaci

Jednou z nejdůležitějších výhod ultrazvukové izolace je přesné řízení všech procesních parametrů. Intenzitu ultrazvuku (amplitudu, výkon, pracovní cyklus), dobu extrakce, rozpouštědlo, poměr pevné látky k rozpouštědlu a teplotu lze nastavit na optimální podmínky, aby se dosáhlo nejvyššího výtěžku vysoce kvalitního piperinu.

Příkladový protokol ultrazvukové extrakce piperinu

V maloobjemovém uspořádání s kádinkou se maximálního výtěžku piperinu (5,8 mg/g) z mletého Piper longum dosahuje při optimalizovaných podmínkách ultrazvukové extrakce, které byly stanoveny takto:
Sonikátor UP200St nebo UP200Ht (200W, 26kHz)
ultrazvukové parametry: 100% amplituda, 80% pracovní cyklus
doba sonikace: přibl. 18 min.
rozpouštědlo: ethanol
poměr pevné látky k rozpouštědlu: 1:10
teplota: 50°C

Vynikající výsledky

Ultrazvuková extrakce má oproti tradiční vsádkové extrakci a extrakci rozpouštědlem významné výhody. Rathod (2014) ukazuje, že doba extrakce se zkracuje z 8h u vsádkové extrakce rozpouštědlem a 4h u Soxhletovy extrakce na 18 min. u ultrazvukové extrakce. Ultrazvuková extrakce navíc poskytuje vyšší výtěžek extrakce piperinu. Výtěžky piperinu získané Soxhletovou extrakcí a vsádkovou extrakcí činily 1,67 mg/g, resp. 0,98 mg/g, což bylo mnohem méně než výtěžek 5,8mg/g získaný pomocí ultrazvuku. Rathod (2014) uzavírá, že ultrazvukem asistovaná extrakce přírodních fytokonstituentů, jako je piperin, ve srovnání s tradičními metodami zmírňuje problém nízké extrahovatelnosti a dlouhých dob extrakce.

Ultrazvuk se úspěšně používá také k extrakci esenciálních olejů z černého pepře. Klikněte zde a dozvíte se více o ultrazvukové hydrodestilaci esenciálních olejů!

Najděte nejlepší sonikátor pro extrakci piperinu

Hielscher Ultrasonics je dlouholetým výrobcem vysoce výkonných ultrazvukových extrakčních systémů. Naše produktové portfolio sahá od malých, výkonných laboratorních sonikátorů až po robustní stolní a průmyslové systémy, které dodávají ultrazvuk vysoké intenzity pro účinnou extrakci a izolaci bioaktivních látek (např. piperinu, kurkuminu atd.).
Všechna ultrazvuková zařízení od 200W do 16 000W jsou vybavena barevným displejem pro digitální ovládání, integrovanou SD kartou pro automatický záznam dat, dálkovým ovládáním přes prohlížeč a mnoha dalšími uživatelsky přívětivými funkcemi. Sonotrody a průtokové cely (části, které jsou v kontaktu s médiem) lze autoklávovat a snadno se čistí.
Všechny naše sonikátory jsou konstruovány pro provoz 24/7, vyžadují nízkou údržbu a jejich obsluha je snadná a bezpečná.

Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů:

Literatura/reference

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioxidační a antiglykační potenciál zeleného pepře (Piper nigrum): Optimalizace extrakce na bázi β-cyklodextrinu pomocí metodiky povrchu odezvy. Food Chemistry, ročník 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultrazvukem asistovaná extrakce piperinu z bílého pepře na bázi iontové kapaliny. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extrakce piperinu z Piper longum pomocí ultrazvuku. Industrial Crops and Products roč. 58, 2014. 259-264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimalizovat extrakci fenolických sloučenin jujuby (Ziziphus Jujube) pomocí ultrazvukem asistované extrakční metody.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extrakce a charakterizace proteinů z květu banánu (Musa Sapientum L) a hodnocení antimikrobiálních aktivit. 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): Optimalizace extrakčních parametrů epigalokatechin galátu pomocí konvenčních metod za pomoci horké vody a ultrazvuku ze zeleného čaje. Zpracování potravin a bioproduktů 111 (2018). 37–44.

Fakta, která stojí za to znát

Ultrazvuková extrakce

Ultrazvuková extrakce bioaktivních látek z rostlinných materiálů je založena na principu akustické kavitace. Akustická kavitace vzniká, když se do kapaliny přenášejí ultrazvukové vlny vysoké intenzity (např. vysoké amplitudy 100µm generované ultrazvukem o frekvenci 20–26kHz). Kavitační smykové síly perforují a trhají buněčné stěny rostlinného materiálu a vtlačují okolní rozpouštědlo do vnitřku buňky a vytahují je ven. Po extrakčním procesu nese rozpouštědlo cílové molekuly, které lze následně oddělit (např. odstřeďováním). Ultrazvuková extrakce je dobře známá tím, že poskytuje vysoké výtěžky intaktních rostlinných extraktů.

Ultrazvuková extrakce z buněk: mikroskopický příčný řez (TS) apikálním stonkem máty (Mentha piperita) ukazuje mechanismus působení během ultrazvukové extrakce z buněk (zvětšení 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]

Piperin

Piperin (1-piperyol-piperidine) je hlavní štiplavou sloučeninou pepře (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Chuť pepře, jeho štiplavost, a tím i jeho kvalita korelují s množstvím piperinu. Tento kvalitativní znak lze změnit hydrolýzou piperinu, při níž dochází ke štěpení piperidinového kruhu.
Piperin je známý různými farmakologickými účinky, např. antifungálními, antidiaroickými, protizánětlivými a inhibičními účinky na 5-lipoxygenázu a cyklooxygenázu-1. Piperin navíc zvyšuje biologickou dostupnost kurkuminu o 2000%. Proto je piperin oblíbenou látkou používanou ve formulacích doplňků stravy (např. BioPerine®).
Piperin lze extrahovat z Piper nigrum a Piper longum.
Piperidin je cyklický sekundární amin, což je molekulární struktura vyskytující se v mnoha rostlinných alkaloidech. Piperidin vzniká hydrolýzou piperinu. Piperidin a jeho deriváty jsou všudypřítomnými stavebními bloky při syntéze léčiv a jemných chemikálií.

Pepř

Piper nigrum, pepř černý, je kvetoucí liána z čeledi Piperaceae. Pěstuje se pro své plody, pepřová zrna, která se obvykle suší a používají jako koření a ochucovadlo. Černá, zelená i bílá pepřová zrna se získávají z rostliny pepře černého. Rozdílné barvy jsou výsledkem zpracování a úpravy pepřových zrn. Černá pepřová zrna se získávají povařením nezralých peckovic v horké vodě a jejich následným sušením. Bílý pepř se sklízí jako plně zralé bobule pepřovníku; poté se odstraní tmavá slupka zralého plodu (máčení). Zelená pepřová zrna se vyrábějí z nezralých peckovic jejich ošetřením oxidem siřičitým, konzervováním nebo lyofilizací, aby si zachovala zelená barviva.

Piper longum Linn, známý také jako indický dlouhý pepř (pipli), je blízkým příbuzným druhu Piper nigrum a má podobnou, ale pálivější chuť než Piper nigrum.
Plody Piper longum obsahují přibl. 1% těkavých olejů, pryskyřice, alkaloidů piperinu a piperlongumininu, voskového alkaloidu Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide a terpenoidní látky. Za kořeněnou, štiplavou chuť pepřových bobulí odpovídá piperidinový alkaloid piperin. Piperlongumin je farmakologicky účinná látka, která vykazuje aktivitu proti mnoha druhům rakoviny, včetně rakoviny prostaty, prsu, plic, tlustého střeva, lymfomu, leukemie, primárních nádorů mozku a rakoviny žaludku.
V pepřových bobulích lze dále nalézt následující množství minerálních látek: 1230mg/100g vápníku, 190mg/100g fosforu a 62,1mg/100g železa. Kořeny obsahují piperin, piperlongumin neboli piplartin a dihydrostigmasterol.