Ultralydsekstraktion af piperin fra peber

• Piperin er et bioaktivt stof, der findes i peberkorn og værdsættes for sine farmakologiske egenskaber.
• Ultralyd er en effektiv, enkel og hurtig ekstraktionsteknik til isolering af piperin af høj kvalitet.
• Ultralydsekstraktion er en pålidelig og gennemprøvet metode, der allerede anvendes i vid udstrækning i lægemiddel- og fødevareindustrien.

Ekstraktion af piperin med højtydende ultralyd

Piperin er en værdsat bioaktiv forbindelse, der er kendt for sit potentiale til at øge optagelsen af curcumin, selen, vitamin B12, betacaroten og andre forbindelser. Derfor er lægemiddel- og ernæringsindustrien meget interesseret i hurtig og enkel ekstraktion af piperin af høj kvalitet.
Konventionel ekstraktion af piperin og piperidin udføres ved tidskrævende ekstraktion med det giftige opløsningsmiddel DMC (dichlormethan). Ultralydsekstraktion overgår konventionel ekstraktion med opløsningsmidler gennem højere udbytter, anvendelse af ugiftige opløsningsmidler (f.eks. ethanol) og en hurtig ekstraktionsproces. Højtydende ultralyd skaber kavitation i væsker. Akustisk kavitation eller ultralydskavitation frembringer lokalt ekstreme forhold såsom ekstremt høje temperatur- og trykforskelle, væskestråler og forskydningskræfter. Disse ultralydskræfter nedbryder cellevægge og øger masseoverførslen mellem cellens indre og det omgivende opløsningsmiddel, så de bioaktive stoffer frigives. Ultralydsekstraktion er en gennemprøvet teknik til isolering af specifikke forbindelser såsom piperin fra formalet peber (piper nigrum, piper longum).

Optimale ekstraktionsbetingelser ved brug af sonikering

En af de vigtigste fordele ved isolering med ultralyd er den præcise styring af alle procesparametre. Ultralydsintensitet (amplitude, effekt, driftscyklus), ekstraktionstid, opløsningsmiddel, forhold mellem fast stof og opløsningsmiddel samt temperatur kan indstilles til optimale betingelser for at opnå det højeste udbytte af piperin af høj kvalitet.

Eksempel på en protokol til ultralydsekstraktion af piperin

I en bægerglasopstilling i lille skala opnås det maksimale udbytte af piperin (5,8 mg/g) fra formalet Piper longum under optimerede betingelser for ultralydsekstraktion, som har vist sig at være følgende:
Sonikator UP200St eller UP200Ht (200W, 26kHz)
ultralydsparametre: 100% amplitude, 80% driftscyklus
sonikeringstid: ca. 18 min.
opløsningsmiddel: ethanol
forhold mellem fast stof og opløsningsmiddel: 1:10
temperatur: 50°C

Overlegne resultater

Ultralydsekstraktion har betydelige fordele i forhold til traditionel batchekstraktion og ekstraktion med opløsningsmidler. Rathod (2014) viser, at ekstraktionstiden reduceres fra 8h ved batchekstraktion med opløsningsmiddel og 4h ved Soxhlet-ekstraktion til 18 min. ved ultralydsekstraktion. Desuden giver ultralydsekstraktion et højere ekstraktionsudbytte af piperin. Ekstraktionsudbytterne af piperin ved henholdsvis Soxhlet-ekstraktion og batchekstraktion blev bestemt til 1,67 mg/g og 0,98 mg/g, hvilket var meget lavere end det ultralydsbaserede udbytte på 5,8mg/g. Rathod (2014) konkluderer, at ultralydsassisteret ekstraktion af naturlige plantebestanddele såsom piperin mindsker problemerne med lav ekstraherbarhed og lange ekstraktionstider sammenlignet med traditionelle metoder.

Ultralyd anvendes også med succes til ekstraktion af æteriske olier fra sort peber. Klik her for at få mere at vide om ultralydsbaseret hydrodestillation af æteriske olier!

Find den bedste sonikator til ekstraktion af piperin

Hielscher Ultrasonics er en producent med mange års erfaring inden for højtydende ultralydsekstraktionssystemer. Vores produktportefølje spænder fra små, kraftige ultralydsapparater til laboratorier til robuste bord- og industrisystemer, som leverer ultralyd med høj intensitet til effektiv ekstraktion og isolering af bioaktive stoffer (f.eks. piperin, curcumin osv.).
Alle ultralydsapparater fra 200W til 16.000W har et farvedisplay til digital styring, et integreret SD-kort til automatisk dataregistrering, fjernstyring via browser og mange flere brugervenlige funktioner. Sonotroderne og flowcellerne (de dele, der er i kontakt med mediet) kan autoklaveres og er nemme at rengøre.
Alle vores ultralydsapparater er konstrueret til drift 24/7, kræver kun lidt vedligeholdelse og er nemme og sikre at betjene.

Tabellen nedenfor giver et overblik over vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet:

Litteratur/referencer

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Grøn pebers (Piper nigrum) antioxidative potentiale og antiglykationspotentiale: Optimering af β-cyclodextrinbaseret ekstraktion ved hjælp af responsoverflademetoden. Food Chemistry, bind 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ultralydsassisteret ekstraktion af piperin fra hvid peber baseret på ioniske væsker. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Ekstraktion af piperin fra Piper longum ved hjælp af ultralyd. Industrial Crops and Products, bind 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimer ekstraktionen af fenolforbindelser fra jujube (Ziziphus Jujube) ved hjælp af en ultralydsassisteret ekstraktionsmetode.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Ekstraktion og karakterisering af proteiner fra bananblomster (Musa Sapientum L) og evaluering af antimikrobielle aktiviteter. 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): Optimering af ekstraktionsparametrene for epigallocatechingallat fra grøn te ved hjælp af konventionelle metoder med varmt vand og ultralydsassisterede metoder. Forarbejdning af fødevarer og bioprodukter 111 (2018). 37–44.

Værd at vide

Ultralydsekstraktion

Ultralydsekstraktion af bioaktive stoffer fra plantemateriale er baseret på princippet om akustisk kavitation. Akustisk kavitation opstår, når ultralydsbølger med meget høj intensitet (f.eks. høje amplituder på 100µm, genereret af ultralyd ved 20–26kHz) kobles ind i en væske. Forskydningskræfterne fra kavitationen perforerer og bryder plantematerialets cellevægge og presser og trækker det omgivende opløsningsmiddel ind i og ud af cellernes indre. Efter ekstraktionsprocessen indeholder opløsningsmidlet de ønskede molekyler, som derefter kan separeres (f.eks. ved centrifugering). Ultralydsekstraktion er velkendt for at give høje udbytter af intakte planteekstrakter.

Ultralydsekstraktion fra celler: Det mikroskopiske tværsnit (TS) af en apikal stængel af mynte (Mentha piperita) viser virkningsmekanismen under ultralydsekstraktion fra celler (forstørrelse 2000x) [kilde: Vilkhu et al. 2011]

Piperin

Piperin (1-piperyol-piperidine) er den vigtigste forbindelse, der giver peber sin skarpe smag (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Pebers smag, dens skarphed og dermed dens kvalitet er korreleret med mængden af piperin. Denne kvalitetsegenskab kan ændres ved at hydrolysere piperin, så piperidinringen spaltes.
Piperin er kendt for forskellige farmakologiske virkninger, f.eks. svampehæmmende, diarréhæmmende og antiinflammatoriske virkninger samt hæmning af 5-lipoxygenase og cyclooxygenase-1. Desuden øger piperin biotilgængeligheden af curcumin med 2000%. Derfor er piperin et populært stof, der anvendes i formuleringer af kosttilskud (f.eks. BioPerine®).
Piperin kan ekstraheres fra Piper nigrum og Piper longum.
Piperidin er en cyklisk sekundær amin, hvis molekylære struktur findes i mange plantealkaloider. Piperidin dannes ved hydrolyse af piperin. Piperidin og dets derivater er udbredte byggesten i syntesen af lægemidler og finkemikalier.

Peber

Piper nigrum, sort peber, er en blomstrende klatreplante i familien Piperaceae. Den dyrkes for sine peberkorn, som normalt tørres og anvendes som krydderi og smagsgiver. Sorte, grønne og hvide peberkorn kommer alle fra den sorte peberplante. De forskellige farver skyldes behandlingen og tilberedningen af peberkornene. Sorte peberkorn fremstilles ved at koge de umodne stenfrugter i varmt vand og derefter tørre dem. Hvid peber høstes som fuldt modne bær fra peberplanten; derefter fjernes den modne frugts mørke skal ved udblødning. Grønne peberkorn fremstilles af de umodne stenfrugter ved behandling med svovldioxid, konservering på dåse eller frysetørring for at bevare deres grønne farvestoffer.

Piper longum Linn, også kendt som indisk lang peber (pipli), er nært beslægtet med Piper nigrum og har en lignende, men stærkere smag end Piper nigrum.
Frugterne af Piper longum indeholder ca. 1% flygtige olier, harpiks, alkaloiderne piperin og piperlonguminin, et voksagtigt alkaloid Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide og et terpenoidstof. Piperidinalkaloidet piperin er ansvarligt for peberbærrenes krydrede, skarpe smag. Piperlongumin er et farmakologisk aktivt stof, som viser aktivitet mod mange kræftformer, herunder prostata-, bryst-, lunge- og tyktarmskræft, lymfom, leukæmi, primære hjernetumorer og mavekræft.
Desuden findes følgende mængder af mineraler i peberbær: 1230mg/100g calcium, 190mg/100g fosfor og 62,1mg/100g jern. Rødderne indeholder piperin, piperlongumin eller piplartin og dihydrostigmasterol.