Ultralydsekstraktion af piperin fra peber

• Piperin er et bioaktivt stof, der findes i peberkorn og værdsættes for dets farmakologiske egenskaber.
• Ultralyd er en effektiv, enkel og hurtig ekstraktionsteknik til at isolere piperin af høj kvalitet.
• Ultralydsekstraktion er en pålidelig og gennemprøvet metode, der allerede er meget udbredt i pharma- og fødevareindustrien.

Piperinekstraktion ved højtydende ultralyd

Piperin er en værdsat bioaktiv forbindelse, der er kendt for sit potentiale til at øge absorptionen af curcumin, selen, vitamin B12, beta-caroten og andre forbindelser. Derfor er medicinal- og ernæringsindustrien stærkt interesseret i hurtig og enkel udvinding af piperin af høj kvalitet.
Konventionel piperin og piperidin ekstraktion udføres ved tidskrævende opløsningsmiddelekstraktion ved hjælp af giftig DMC (dichlormethan). Ultralydsekstraktion udmærker sig ved konventionel opløsningsmiddelekstraktion ved højere udbytter, anvendelse af ikke-giftige opløsningsmidler (f.eks. Ethanol) og en hurtig ekstraktionsproces. Højtydende ultralyd skaber kavitation i væsker. Akustisk eller ultralydskavitation genererer lokalt ekstreme forhold såsom superhøje temperatur- og trykforskelle, væskestråler og forskydningskræfter. Disse ultralydskræfter bryder cellevægge og øger masseoverførslen mellem cellens indre og det omgivende opløsningsmiddel, så de bioaktive stoffer frigives. Ultralydsekstraktion er en gennemprøvet teknik til at isolere målrettede forbindelser såsom piperin fra malet peber (Piper nigrum, Piper Longum).

Optimale ekstraktionsbetingelser ved hjælp af sonikering

En af de vigtigste fordele ved ultralydsisoleringen er den præcise kontrol af alle procesparametre. Ultralydsintensitet (amplitude, effekt, driftscyklus), ekstraktionstid, opløsningsmiddel, fast til opløsningsmiddelforhold og temperatur kan indstilles til optimale forhold for at opnå det højeste udbytte af piperin af høj kvalitet.

Eksemplarisk protokol til ultralyd piperin ekstraktion

I en lille bægeropsætning er maksimalt udbytte af piperin (5,8 mg/g) fra jorden Piper Longum opnås ved optimerede ultralydsekstraktionsbetingelser, som har vist sig at være følgende:
Soniker UP200St eller UP200Ht (200W, 26kHz)
Ultralydsparametre: 100% amplitude, 80% driftscyklus
Sonikeringstid: ca. 18 min.
opløsningsmiddel: ethanol
Forholdet mellem fast og opløsningsmiddel: 1:10
temperatur: 50°C

Overlegne resultater

Ultralydsekstraktion har betydelige fordele i forhold til traditionel batch- og opløsningsmiddelekstraktion. Rathod (2014) viser, at ekstraktionstiden reduceres fra 8 timers batchopløsningsmiddelekstraktion og 4 timers Soxhlet-ekstraktion reduceres til 18 min. ultralydsekstraktion. Desuden giver ultralydsekstraktion et højere ekstraktionsudbytte af piperin. Ekstraktionsudbyttet af piperin opnået ved Soxhlet-ekstraktion og batchekstraktionsmetoder viste sig at være henholdsvis 1,67 mg/g og 0,98 mg/g, hvilket var meget lavere end det ultralydsopnåede udbytte på 5,8 mg/g. Rathod (2014) konkluderer, at ultralydsassisteret ekstraktion af naturlige fytobestanddele såsom piperin mindsker problemet med lav ekstraktionsevne og lange ekstraktionstider i forhold til traditionelle metoder.

Ultralyd bruges også med succes til udvinding af æteriske olier fra sort peber. Klik her for at lære mere om ultralydshydrodestillation af æteriske olier!

Find den bedste soniker til piperin ekstraktion

Hielscher Ultrasonics er en mangeårig producent af højtydende ultralydsekstraktionssystemer. Vores produktportefølje spænder fra små, kraftfulde Lab ultralydapparater til robust Bord- og industrisystemer, som leverer ultralyd med høj intensitet til effektiv ekstraktion og isolering af bioaktive stoffer (f.eks. piperin, Curcumin osv.).
Alle ultralydsenheder fra 200W til 16.000W har et farvet display til digital kontrol, et integreret SD-kort til automatisk dataoptagelse, browserfjernbetjening 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 ultralydapparater er bygget til 24/7 drift, kræver lav vedligeholdelse og er nemme og sikre at betjene.

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:

Litteratur/Referencer

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioxidant- og antiglykeringspotentiale af grøn peber (Piper nigrum): Optimering af β-cyclodextrin-baseret ekstraktion ved responsoverflademetodologi. Fødevarekemi, bind 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Ionisk væskebaseret ultralydsassisteret ekstraktion af piperin fra hvid peber. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Ekstraktion af piperin fra Piper longum ved hjælp af ultralyd. Industrielle afgrøder og produkter Vol. 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 phenolforbindelser af jujube (Ziziphus Jujube) ved hjælp af ultralydsassisteret ekstraktionsmetode.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Ekstraktion og karakterisering af proteiner fra bananblomst (Musa Sapientum L) og evaluering af antimikrobielle aktiviteter. J Food Sci Technol (februar 2018) 55(2):658-666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Os, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimering af ekstraktionsparametrene for epigallocatechin gallat ved hjælp af konventionelle varmtvands- og ultralydsassisterede metoder fra grøn te. Forarbejdning af fødevarer og bioprodukter 111 (2018). 37–44.

Fakta, der er værd at vide

ultralyd ekstraktion

Ultralydsekstraktion af bioaktive stoffer fra botaniske stoffer er baseret på princippet om akustisk kavitation. Akustisk kavitation opstår, når meget intense ultralydsbølger (f.eks. høje amplituder på 100 μm, genereret af 20-26kHz ultralyd) kobles til en væske. Kavitationsforskydningskræfterne perforerer og sprænger cellevæggene i plantematerialet og skubber og trækker det omgivende opløsningsmiddel ind og ud af cellens indre. Efter ekstraktionsprocessen bærer opløsningsmidlet de målmolekyler, som derefter kan adskilles (f.eks. ved centrifugering). Ultralydsekstraktion er velkendt for at give høje udbytter af intakte phytoekstrakter.

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

Piperin

Piperin (1-piperyol-piperidin) er den vigtigste skarpe forbindelse af peber (Piper nigrum / Piper Longum, Piperaceae). Pebersmag, dens skarphed og dermed dens kvalitet er korreleret med piperinmængden. Denne kvalitetsegenskab kan ændres ved hydrolysering af piperin, så piperidinringen spaltes.
Piperin er kendt for forskellige farmakologiske virkninger, f.eks. svampedræbende, antidiarré, antiinflammatoriske og 5-lipoxygenase- og cyclooxygenase-1-hæmmende aktiviteter. Desuden øger piperin biotilgængeligheden af Curcumin med 2000%. Derfor er piperin et populært stof, der bruges i kosttilskudsformuleringer (f.eks. BioPerine®).
Piperin kan udvindes fra Piper nigrum og Piper Longum.
Piperidin er en cyklisk sekundær amin, som er en molekylær struktur, der findes i mange plantealkaloider. Piperidin er resultatet af hydrolyse af piperin. Piperidin og dets derivater er allestedsnærværende byggesten i syntesen af lægemidler og finkemikalier.

peber

Piper nigrum, sort peber, er en blomstrende vinstok i familien Piperaceae. Den dyrkes for sine peberkornsfrugter, som normalt tørres og bruges som krydderi og krydderier. Sorte, grønne og hvide peberkorn fås alle fra sort peberplante. De forskellige farver er resultatet af behandlingen og tilberedningen af peberkornene. Sorte peberkorn opnås ved at koge de umodne stenfrugter i varmt vand og tørre dem bagefter. Hvid peber høstes som fuldt modne bær af peberplanten; derefter fjernes den mørke hud af den modne frugt (rødning). Grønne peberkorn fremstilles af de umodne stenfrugter ved at behandle dem med svovldioxid, konserves eller frysetørring for at bevare de grønne farvestoffer.

Piper longum Linn, også kendt som indisk lang peber (pipli), er en nær slægtning til Piper nigrum og har en smag, der ligner, men varmere smag end Piper nigrum.
Frugterne af Piper Longum indeholder ca. 1% flygtige olier, harpiks, alkaloider, piperin og piperlonguminin, et voksagtigt alkaloid Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamid og et terpenoidstof. Piperidinalkaloidpiperin er ansvarlig for den krydrede, skarpe smag af peberbær. Piperlongumin er et farmakologisk aktivt stof, der viser aktivitet mod mange kræftformer, herunder prostata, bryst, lunge, tyktarm, lymfom, leukæmi, primære hjernetumorer og mavekræft.
Desuden kan følgende mængder mineraler findes i peberbær: 1230mg/100g calcium, 190mg/100g fosfor og 62.1mg/100g jern. Rødderne indeholder piperin, piperlongumin eller piplartin og dihydrostigmasterol.