Ultralydsekstraktion af curcumin
Curcumin er et farmakologisk og ernæringsmæssigt fytokemikalie, der findes i jordstænglerne af Curcuma longa. For at opnå høje curcuminudbytter anvendes ultralydsekstraktorer som den mest effektive ekstraktionsteknik. Ultralydsekstraktion giver curcumin af overlegen kvalitet og meget høje udbytter. Samtidig kræver sonikering kun en kort behandlingstid af gurkemejens jordstængler.
Isolering af curcumin med ultralyd
Ultralydsekstraktion er et yderst effektivt alternativ til konventionelle ekstraktionsteknikker såsom maceration, ekstraktion med varmt opløsningsmiddel eller Soxhlet-ekstraktion.
Isolering af curcumin og curcuminoider fra curcuma-planten med ultralyd (f.eks. Curcuma longa, Curcuma amada) er en effektiv, hurtig og enkel proces. Sammenlignet med Soxhlet-ekstraktion og konventionel batchekstraktion udmærker ultralydsassisteret ekstraktion sig ved et betydeligt øget curcuminudbytte på kortere ekstraktionstid.
Til ultralydsekstraktion af plantebestanddele kan der anvendes forskellige opløsningsmidler såsom vand, vandige opløsningsmidler, ethanol, methanol, glycerin osv. Til ekstraktion af curcumin er vand, ethanol og triacylglyceroler effektive og sikre opløsningsmidler, der giver et højt ekstraktudbytte.
- Højt udbytte
- Hurtig ekstraktion
- Mere fuldstændig genvinding
- Sikker drift
- Nem implementering
Ultralydsapparat UIP1000hdT med flowcelle til ekstraktion af curcumin
Ultralydsekstraktionsprocessen
Hielschers avancerede sonikeringsapparater giver fuld kontrol over procesparametre såsom amplitude, temperatur, tryk og energitilførsel.
Ved ultralydsekstraktion kan øvrige parametre såsom råmaterialets partikelstørrelse, typen af opløsningsmiddel, forholdet mellem fast stof og opløsningsmiddel samt ekstraktionstiden nemt varieres og optimeres for at opnå de bedste resultater.
Da ultralydsekstraktion er en ikke-termisk ekstraktionsmetode, undgås termisk nedbrydning af de bioaktive indholdsstoffer.
Samlet set gør fordele såsom højt udbytte, kort ekstraktionstid, lav ekstraktionstemperatur og de små mængder opløsningsmiddel sonikering til den overlegne ekstraktionsmetode.
Ultralydsekstraktion af curcumin med UP400ST og efterfølgende adskillelse af bioaktive stoffer fra opløsningsmidlet (genvinding af opløsningsmiddel) ved hjælp af en rotationsfordamper
Ultralydsekstraktion af curcumin fra gurkemeje har vist sig at være mest effektiv, når sonikering anvendes i en kontinuerlig inline-opstilling med en ultralydsflowcelle. Procestemperaturer i området fra 60 til 80°C er gavnlige for at øge ekstraktudbyttet.
Overlegen proceseffektivitet: Ultralydsekstraktion udmærker sig som en bæredygtig teknik, der kun kræver en moderat investering i ultralydsudstyr. Ultralydsprocessen kan opskaleres lineært til industriel produktion. Omkostningerne til opløsningsmiddel og energi til ultralydsprocessen er meget lave. Yderligere væsentlige fordele er den nemme og sikre drift, de lave omkostninger og reproducerbarheden, som er afgørende for en standardiseret produktion.
Liposomal formulering med ultralyd
Curcumin er et hydrofobt, fedtopløseligt molekyle. Det betyder, at curcumin skal formuleres i et lægemiddelbærersystem såsom liposomer, nanoemulsioner, nanosfærer, polymere nanopartikler eller et fyto-fosfolipidkompleks. Vandige curcuminopløsninger kan fremstilles ved at tilsætte overfladeaktive stoffer, lipider, albuminer, cyclodextriner, biopolymerer osv. Fremstilling af nanoemulsioner og ensartede suspensioner med ultralyd er en meget effektiv teknik til at formulere curcumin i lægemiddelbærerkomplekser. Lægemiddelbærere forbedrer curcumins opløselighed, absorption, farmakokinetik og biotilgængelighed. Ved at formulere curcumin i nanokomplekser øges vandopløseligheden ca. 98.000 gange (sammenlignet med frit curcumin i vand). Nanokompleksdannelsen forbedrede curcumins biotilgængelighed og lagringsstabilitet betydeligt.
Klik her for at få mere at vide om indkapsling i liposomer med ultralyd!
Udstyr til ultralydsekstraktion
Hielscher Ultrasonics er din partner til ekstraktionsprocesser fra plantematerialer. Uanset om du vil ekstrahere små mængder til forskning og analyse eller behandle store volumener til kommerciel produktion, har vi den rette ultralydsekstraktor til dig. Vores ultralydshomogenisatorer til laboratorier samt vores ultralydsapparater til bordopstilling og industriel brug er robuste, nemme at bruge og bygget til drift 24/7 ved fuld belastning. Et bredt udvalg af tilbehør såsom sonotroder (ultralydssonder / horn) i forskellige størrelser og former, flowceller og reaktorer samt boostere muliggør den optimale opstilling til din specifikke ekstraktionsproces.
Alle digitale ultralydsapparater er udstyret med en berøringsskærm i farver, et integreret SD-kort til automatisk datalogning og fjernstyring via browser til omfattende procesovervågning. Med Hielschers avancerede ultralydssystemer bliver en høj grad af processtandardisering og kvalitetskontrol enkel.
Kontakt os i dag for at drøfte kravene til din ekstraktionsproces! Vi hjælper dig gerne med vores mangeårige erfaring inden for planteekstraktion!
Sonikeringsapparat UIP4000hdT til inline-produktion af curcuminekstrakter af høj kvalitet
Kontakt os! / Spørg os!
Industrielt sonikeringsapparat UIP16000hdT til inline-ekstraktion af fytokemikalier fra planter
Protokol: Nanoindkapsling af curcumin med ultralyd
Fremstilling af nanopartikler med curcumin
Nanopartikler med curcumin syntetiseres ved hjælp af miniemulgerings- og fordampningsteknikken. Fremgangsmåden varierer afhængigt af det anvendte indkapslingsmateriale som beskrevet nedenfor. Den anvendte formulering var 22,400g vand, 0,180g lecithin, 11,500g dichlormethan og 0,390g indkapslingsmateriale (Poly(L-lactic acid) PLLA, 4.000g/gmol eller poly(methacylic acid-co-methyl methacrylate Eudragit S100, 125.000 g/gmol eller en blanding af dem anvendes som indkapslingsmateriale). Der kræves ingen medstabilisator, da præformede polymerer er kendt for effektivt at forhindre nedbrydning af emulsionen ved diffusion.
Når PLLA anvendes som indkapslingsmateriale, blev PLLA og lecithin opløst i dichlormethan i 10 minutter, hvorefter curcumin tilsættes og blandes i 5 min (1, 3, 6, 18 wt% af indkapslingsmaterialets samlede masse). Denne opløsning blev tilsat det destillerede vand under forsigtig omrøring. Den dannede makroemulsion sonikeres med en ultralydshomogenisator såsom UP100H i 180 sekunder i pulscyklusser (30sec sonikering, 10sec pause). Derefter fordampes opløsningsmidlet i 18 timer ved 40°C. Når PLLA og Eudragit S100 blev anvendt sammen som indkapslingsmateriale, opløses Eudragit S100 i dichlormethan ved 60°C i 20 minutter. Derefter blev blandingen afkølet, og det fordampede opløsningsmiddel blev tilsat igen.
Litteratur / Referencer
- 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.
Fakta, der er værd at kende
Ultralyd og dens ekstraktionseffekter
Ultralydsassisteret ekstraktion er baseret på princippet om akustisk kavitation. Når ultralyd med høj effekt (lav frekvens, høj ultralydsintensitet) kobles ind i et flydende eller pastaagtigt medium, skaber bølgerne skiftevis højtrykscyklusser (kompression) og lavtrykscyklusser (fortynding). Under disse højtryks- / lavtrykscyklusser opstår der vakuumbobler, som vokser over flere cyklusser. Når boblerne ikke kan optage mere energi, imploderer de voldsomt. Denne bobleimplosion og dens virkninger er kendt som akustisk kavitation. Kavitation frembringer mikrostråler, forskydningskræfter, chokbølger / store trykforskelle, radikaldannelse, ekstreme temperaturer og akustisk strømning. Disse intense forhold bryder cellevæggene og fremmer en høj massetransport, så det intracellulære materiale overføres til opløsningsmidlet.
Milde, ikke-toksiske opløsningsmidler
Planteekstrakter, der anvendes til medicinske og ernæringsmæssige formål, tiltrækker sig hurtigt voksende interesse som farmakologiske midler og som kosttilskud (nutraceutika). For at frigøre de ønskede forbindelser fra plantematerialet skal dette opløses i et opløsningsmiddel. Når de ønskede ekstrakter fjernes fra hovedmassen af plantematerialet og overføres til opløsningsmidlet, kan ekstraktet koncentreres. Ultralydsekstraktion kan anvendes som en opløsningsmiddelfri metode med vand som opløsningsmiddel. Ekstraktioner med alkohol og glycerin er også både ikke-toksiske og effektive og anvendes ofte til ekstraktion af ingredienser til fødevarer, lægemidler og kosmetik.
Ved fremstilling af meget potente, sunde, ikke-toksiske ekstrakter er det vigtigt at anvende en effektiv ekstraktionsmetode, som muliggør brug af milde, ikke-toksiske opløsningsmidler såsom vand, triacylglyceroler eller alkohol.
Klik her for at læse mere om de opløsningsmidler, der anvendes i ultralydsekstraktionsprocesser!
Curcumin
Curcumin er en oleoresin fra gurkemeje og et naturligt pigment, der findes i gurkemejeplantens jordstængler. Andre vigtige curcuminoidforbindelser er demethoxycurcumin (DMC) og bisdemethoxycurcumin (BDMC).
Curcumin (kemisk formel C21H20O6) kan ekstraheres fra Curcuma longa, Curcuma amada, Curcuma ochrorhiza Val. eller syntetiseres kemisk.
Curcumin er bundet i et polysaccharid-lignin-netværk i gurkemeje. Derfor kræves der en kraftig ekstraktionsteknik såsom sonikering for at bryde cellevæggene, så det bioaktive fytokemikalie frigøres.
Undersøgelser har vist, at den aktive forbindelse piperin, som findes i sort peber, øger curcumins biotilgængelighed med over 2.000%.
Gurkemeje
Gurkemeje (Curcuma longa) er en urteagtig, flerårig plante i ingefærfamilien Zingiberaceae. Den er hjemmehørende i Indien og Sydøstasien. Gurkemejeplantens jordstængler høstes til brug som krydderi og medicin.
Gurkemeje er det krydderi, der giver karry dens intense gule farve, og har været anvendt i Indien i tusinder af år som både madkrydderi og ayurvedisk medicin. Gurkemejepulver er kendetegnet ved en varm, bitter, peberagtig smag og en jordagtig aroma.
Gurkemejepulver eller -pasta bruges til at tilberede en populær varm drik – den såkaldte “gurkemejelatte” eller “gyldne mælk” – som tilberedes med mælk eller plantebaserede mælkealternativer såsom soja-, mandel- eller kokosmælk.
Gurkemeje værdsættes for sine antioxidative, antiinflammatoriske og smertestillende virkninger.
Ud over anvendelse i madlavning og medicin bruges gurkemeje som naturligt farvestof.