Υπερήχων ανθοκυανίνη εκχύλιση

Οι ανθοκυανίνες χρησιμοποιούνται ευρέως ως φυσική χρωστική ουσία και θρεπτικό πρόσθετο σε προϊόντα διατροφής. Υπερήχων εκχύλιση είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική και απλή τεχνική για την απόκτηση υψηλής ποιότητας ανθοκυανίνες. Η χρήση υπερήχων τύπου καθετήρα προάγει την απελευθέρωση ανθοκυανινών υψηλής ποιότητας από τα φυτά με αποτέλεσμα υψηλότερες αποδόσεις και ταχεία διαδικασία. Ταυτόχρονα, κατεργασία με υπερήχους είναι μια ήπια, πράσινη και αποτελεσματική τεχνική για τη βιομηχανική παραγωγή ανθοκυανινών τροφίμων και φαρμακευτικών προϊόντων.

ανθοκυανίνες – Πώς να εξαγάγετε υψηλής ποιότητας ανθοκυανίνες χρησιμοποιώντας έναν υπερήχων

Οι ανθοκυανίνες χρησιμοποιούνται ευρέως ως φυσικές χρωστικές ουσίες στη βιομηχανία τροφίμων. Έχουν ένα ευρύ φάσμα χρωματικών τόνων, που κυμαίνονται από πορτοκαλί έως κόκκινο, μοβ και μπλε, ανάλογα με τη μοριακή δομή και την τιμή του pH. Το ενδιαφέρον για τις ανθοκυανίνες δεν βασίζεται μόνο στη χρωστική τους δράση, αλλά και στις ευεργετικές για την υγεία ιδιότητές τους. Λόγω των αυξανόμενων ανησυχιών για το περιβάλλον και την υγεία όσον αφορά τις συνθετικές βαφές, οι φυσικές βαφές είναι μια εξαιρετική εναλλακτική λύση ως φιλική προς το περιβάλλον χρωστική ουσία για τη βιομηχανία τροφίμων και φαρμάκων.

Υπερήχων-βελτιωμένη εκχύλιση ανθοκυανίνης

Πώς να εξαγάγετε ανθοκυανίνες με υπερήχους; – Μελέτες περιπτώσεων

Υπερήχων ανθοκυανίνη εκχύλιση από μωβ ρύζι Oryza Sativa L.

Το μωβ ρύζι του στελέχους Oryza Sativa (επίσης γνωστό ως Violet Nori ή βιολετί ρύζι) είναι εξαιρετικά πλούσιο σε φαινολικές ουσίες όπως η φαβονοειδής ομάδα των ανθοκυανινών. Οι Turrini et al. (2018) χρησιμοποίησαν εκχύλιση με υπερήχους για να απομονώσουν πολυφαινολικά όπως ανθοκυανίνες και αντιοξειδωτικά από την καρυόψις (σε ολόκληρη, καφέ και parboiled μορφή) και τα φύλλα μοβ ρυζιού. Υπερήχων εκχύλιση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας Hielscher UP200St (200W, 26kHz, εικ. αριστερά) και αιθανόλη 60% ως διαλύτης.
Προκειμένου να διατηρηθεί η ακεραιότητα της ανθοκυανίνης, τα εκχυλίσματα υπερήχων αποθηκεύτηκαν στους -20 ° C, γεγονός που επέτρεψε την αποθήκευσή τους για τουλάχιστον έως και τρεις μήνες.
Ο γλυκοζίτης κυανιδίνης-3 (επίσης γνωστός ως χρυσανθεμίνη) ήταν μακράν η κύρια ανιχνευθείσα ανθοκυανίνη στις ποικιλίες «Violet Nori», «Artemide» και «Nerone» που διερευνήθηκαν στη μελέτη των Turrini et al., ενώ η παιονιδίνη-3-γλυκοζίτης και η κυανιδίνη-3-ρουτινοζίτη (επίσης αντιρρινίνη) βρέθηκαν σε χαμηλότερες ποσότητες.
Τα βιολετί φύλλα της Oryza Sativa αποτελούν εξαιρετική πηγή ανθοκυανινών και ολικής φαινολικής περιεκτικότητας (TPC). Με ποσότητα περίπου 2-3 φορές υψηλότερη από εκείνη του ρυζιού και του αλευριού, τα φύλλα Oryza παρουσιάζουν μια φθηνή πρώτη ύλη για την εκχύλιση ανθοκυανινών. Μια εκτιμώμενη απόδοση περίπου 4 kg ανθοκυανίνης/t νωπών φύλλων είναι σημαντικά υψηλότερη από εκείνη του 1 kg ανθοκυανίνης/t ρυζιού, υπολογιζόμενη με βάση τις μέσες ποσότητες ανθοκυανινών που ανιχνεύθηκαν στο ρύζι «Violet Nori» (1300 μg/g ρυζιού, ως κυανιδίνη-3-γλυκοζίτη) για απόδοση περίπου 68 kg ρυζιού από 100 kg αναποφλοίωτου.

Υπερήχων ανθοκυανίνη εκχύλιση από κόκκινο λάχανο

Ravanfar et al. (2015) έχουν διερευνήσει την αποτελεσματικότητα της εκχύλισης με υπερήχους ανθοκυανινών από κόκκινο λάχανο. Υπερήχων πειράματα εκχύλισης πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας υπερηχητικό σύστημα UP100H (Hielscher υπερήχων, 30 kHz, 100 W). Το sonotrode MS10 (διάμετρος άκρου 10mm) εισήχθη στο κέντρο ενός γυάλινου ποτηριού ζέσεως ελεγχόμενης θερμοκρασίας.

Φρεσκοκομμένα κομμάτια κόκκινου λάχανου διαστάσεων 5mm (κυβικό σχήμα) και 92,11 ± 0,45% υγρασίας χρησιμοποιήθηκαν για αυτό το πείραμα. Ένα γυάλινο ποτήρι ζέσεως με σακάκι (όγκος: 200ml) γέμισε με 100ml απεσταγμένο νερό και 2g κομμάτια κόκκινου λάχανου. Το ποτήρι ζέσεως καλύφθηκε με αλουμινόχαρτο για να αποφευχθεί η απώλεια διαλύτη (νερού) από την εξάτμιση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Σε όλα τα πειράματα η θερμοκρασία στο ποτήρι ζέσεως διατηρήθηκε χρησιμοποιώντας θερμοστατικό ελεγκτή. Τα δείγματα τελικά συλλέχθηκαν, φιλτραρίστηκαν και φυγοκεντρήθηκαν στις 4000rpm και χρησιμοποιήθηκαν υπερκείμενα για τον προσδιορισμό της απόδοσης ανθοκυανίνης. Η εκχύλιση σε υδατόλουτρο πραγματοποιήθηκε ως πείραμα ελέγχου.
Η βέλτιστη απόδοση ανθοκυανίνης από κόκκινο λάχανο προσδιορίστηκε σε ισχύ 100 W, χρόνο 30 λεπτών και θερμοκρασία 15 ° C που είχε ως αποτέλεσμα την απόδοση ανθοκυανίνης περίπου 21 mg / L.
Λόγω των χρωματικών αλλαγών στην τιμή του pH και του έντονου χρωματισμού της, η βαφή κόκκινου λάχανου έχει χρησιμοποιηθεί ως δείκτης pH σε φαρμακευτικά σκευάσματα ή ως αντιοξειδωτικά και χρωστικές ουσίες σε συστήματα τροφίμων, αντίστοιχα.

Υπερήχων εντείνει σημαντικά την εκχύλιση ανθοκυανινών από φυτικό υλικό.
πηγή: Ravanfar et al. 2015

 
Άλλες μελέτες αποδεικνύουν την επιτυχή υπερήχων εκχύλιση των ανθοκυανινών από βατόμουρα, βατόμουρα, σταφύλια, κεράσια, φράουλες, και μοβ γλυκοπατάτα μεταξύ άλλων.

Υψηλής απόδοσης υπερήχων απαγωγείς

Hielscher Υπέρηχοι ειδικεύεται στην κατασκευή υψηλής απόδοσης υπερήχων επεξεργαστές για την παραγωγή υψηλής ποιότητας εκχυλίσματα από βότανα.
Το ευρύ χαρτοφυλάκιο των υπερήχων Hielscher κυμαίνεται από μικρά, ισχυρά εργαστήρια υπερήχων σε ισχυρή πάγκο-top και πλήρως βιομηχανικά συστήματα, τα οποία παρέχουν υπερήχους υψηλής έντασης για την αποτελεσματική εκχύλιση και απομόνωση των βιοδραστικών ουσιών (π.χ. ανθοκυανίνες, τζιντζερόλη, Πιπερίνη, κουρκουμίνη κ.λπ.).
Όλοι οι υπερήχων από 200W προς 16.000 W διαθέτουν έγχρωμη οθόνη αφής για ψηφιακό έλεγχο, ενσωματωμένη κάρτα SD για αυτόματη καταγραφή δεδομένων, τηλεχειριστήριο προγράμματος περιήγησης και πολλές άλλες φιλικές προς το χρήστη λειτουργίες. Τα sonotrodes και τα κύτταρα ροής (τα μέρη, τα οποία έρχονται σε επαφή με το μέσο) μπορούν να είναι αυτόκλειστα και είναι εύκολο να καθαριστούν.
Οι υπερήχων Hielscher είναι πολύ ανθεκτικοί και κατασκευασμένοι για 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία υπό πλήρες φορτίο, ενώ απαιτούν χαμηλή συντήρηση και είναι εύκολο και ασφαλές στη λειτουργία. Μια ψηφιακή έγχρωμη οθόνη επιτρέπει έναν φιλικό προς το χρήστη έλεγχο του υπερήχων.
Τα συστήματά μας είναι ικανά να παρέχουν από χαμηλά έως πολύ υψηλά πλάτη. Για την εκχύλιση κανναβινοειδών και τερπενίων, προσφέρουμε ειδικά υπερηχητικά sonotrodes (επίσης γνωστά ως υπερηχητικοί ανιχνευτές ή κέρατα) που βελτιστοποιούνται για τη λογική απομόνωση δραστικών ουσιών υψηλής ποιότητας. Όλα τα συστήματά μας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκχύλιση και τη γαλακτωματοποίηση κανναβινοειδών. Η ευρωστία των υπερήχων Hielscher επιτρέπει τη συνεχή λειτουργία (24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα) σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.

Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων διαδικασίας υπερήχων εξασφαλίζει αναπαραγωγιμότητα και τυποποίηση της διαδικασίας.
 

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:

Βιβλιογραφία / Αναφορές

• 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.

Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε

Πώς λειτουργεί η εκχύλιση με υπερήχους;

Η εφαρμογή έντονων κυμάτων υπερήχων σε υγρό μέσο έχει ως αποτέλεσμα τη σπηλαίωση. Το φαινόμενο της σπηλαίωση οδηγεί τοπικά σε ακραίες θερμοκρασίες, πιέσεις, ρυθμούς θέρμανσης/ψύξης, διαφορές πίεσης και υψηλές δυνάμεις διάτμησης στο μέσο. Όταν φυσαλίδες σπηλαίωσης εκρήγνυνται στην επιφάνεια των στερεών (όπως σωματίδια, φυτικά κύτταρα, ιστοί κ.λπ.), οι μικροπίδακες και η διατμηματική σύγκρουση δημιουργούν αποτελέσματα όπως επιφανειακό ξεφλούδισμα, διάβρωση και διάσπαση σωματιδίων. Επιπλέον, η κατάρρευση φυσαλίδων σπηλαίωσης σε υγρά μέσα δημιουργεί μακρο-αναταράξεις και μικρο-ανάμιξη.
Υπερήχων irraditation του φυτικού υλικού θραύσματα τη μήτρα των φυτικών κυττάρων και ενισχύει την ενυδάτωση του ίδιου. Chemat et al (2015) καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η εκχύλιση με υπερήχους βιοδραστικών ενώσεων από βότανα είναι το αποτέλεσμα διαφορετικών ανεξάρτητων ή συνδυασμένων μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένου του κατακερματισμού, της διάβρωσης, της τριχοειδούς αγγείας, της αποδόμησης και της sonoporation. Αυτές οι επιδράσεις διαταράσσουν το κυτταρικό τοίχωμα, βελτιώνουν τη μεταφορά μάζας πιέζοντας τον διαλύτη μέσα στο κύτταρο και απορροφώντας τον φορτωμένο διαλύτη φυτο-ένωσης και εξασφαλίζουν την κίνηση του υγρού με μικρο-ανάμειξη.

Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στην ακουστική σπηλαίωση και τις υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης

Υπερήχων irraditation του φυτικού υλικού θραύσματα τη μήτρα των φυτικών κυττάρων και ενισχύει την ενυδάτωση του ίδιου. Chemat et al. (2015) καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η εκχύλιση με υπερήχους βιοδραστικών ενώσεων από βότανα είναι το αποτέλεσμα διαφορετικών ανεξάρτητων ή συνδυασμένων μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένου του κατακερματισμού, της διάβρωσης, της τριχοειδούς αγγείας, της αποδόμησης και της sonoporation. Αυτές οι επιδράσεις διαταράσσουν το κυτταρικό τοίχωμα, βελτιώνουν τη μεταφορά μάζας πιέζοντας τον διαλύτη μέσα στο κύτταρο και απορροφώντας τον φορτωμένο διαλύτη φυτο-ένωσης και εξασφαλίζουν την κίνηση του υγρού με μικρο-ανάμειξη.
Υπερήχων εκχύλιση επιτυγχάνει μια πολύ γρήγορη απομόνωση των ενώσεων – ξεπερνώντας τις συμβατικές μεθόδους εκχύλισης σε μικρότερο χρόνο διαδικασίας, υψηλότερη απόδοση, και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Ως ήπια μηχανική επεξεργασία, η εκχύλιση με υπερήχους αποφεύγει τη θερμική υποβάθμιση των βιοδραστικών συστατικών και υπερέχει σε σύγκριση με άλλες τεχνικές όπως η συμβατική εκχύλιση με διαλύτη, η υδροαπόσταξη ή η εκχύλιση Soxhlet, οι οποίες είναι γνωστό ότι καταστρέφουν θερμοευαίσθητα μόρια. Λόγω αυτών των πλεονεκτημάτων, η εκχύλιση με υπερήχους είναι η προτιμώμενη τεχνική για την απελευθέρωση ευαίσθητων στη θερμοκρασία βιοδραστικών ενώσεων από βότανα.

Υπερήχων εκχύλιση από φυτικά κύτταρα: το μικροσκοπικό εγκάρσιο τμήμα (TS) δείχνει τον μηχανισμό των δράσεων κατά τη διάρκεια της εκχύλισης με υπερήχους από κύτταρα (μεγέθυνση 2000x) [πόρος: Vilkhu et al. 2011]

ανθοκυανίνη – Μια πολύτιμη φυτική χρωστική ουσία

Οι ανθοκυανίνες είναι κενοτοπιώδεις φυτικές χρωστικές ουσίες, οι οποίες μπορεί να εμφανίζονται κόκκινες, μοβ, μπλε ή μαύρες. Η χρωματική έκφραση των υδατοδιαλυτών χρωστικών ανθοκυανίνης εξαρτάται από την τιμή pH τους. Οι ανθοκυανίνες βρίσκονται στο κυτταρικό κενοτόπιο, κυρίως σε άνθη και φρούτα, αλλά και σε φύλλα, μίσχους και ρίζες, όπου βρίσκονται κυρίως σε εξωτερικά κυτταρικά στρώματα όπως η επιδερμίδα και τα περιφερικά μεσοφυλλικά κύτταρα.
Οι πιο συχνά εμφανιζόμενες στη φύση είναι οι γλυκοσίδες κυανιδίνης, δελφινιδίνης, μαλβιδίνης, πελαργονιδίνης, παιονιδίνης και πετουνιδίνης.
Εξέχοντα παραδείγματα φυτών πλούσιων σε ανθοκυανίνες περιλαμβάνουν είδη εμβολίου, όπως βατόμουρο, βακκίνιο και μύρτιλλο. Rubus μούρα, συμπεριλαμβανομένου του μαύρου βατόμουρου, του κόκκινου βατόμουρου και του βατόμουρου. φραγκοστάφυλο, κεράσι, μελιτζάνα, μαύρο ρύζι, ube, γλυκοπατάτα Okinawa, σταφύλι Concord, σταφύλι muscadine, κόκκινο λάχανο και πέταλα βιολέτας. Τα κόκκινα ροδάκινα και τα μήλα περιέχουν ανθοκυανίνες. Οι ανθοκυανίνες είναι λιγότερο άφθονες στην μπανάνα, τα σπαράγγια, το μπιζέλι, το μάραθο, το αχλάδι και την πατάτα και μπορεί να απουσιάζουν εντελώς σε ορισμένες ποικιλίες πράσινων φραγκοστάφυλων.

Δομή των κύριων ανθοκυανινών

Οι ανθοκυανίνες είναι μια εξαιρετική εναλλακτική λύση για την αντικατάσταση των συνθετικών χρωστικών ουσιών στα τρόφιμα. Οι ανθοκυανίνες έχουν εγκριθεί για χρήση ως χρωστικές τροφίμων στην Ευρωπαϊκή Ένωση, την Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία, με κωδικό χρωστικής E163. Οι ανθοκυανίνες βρίσκονται στα φρούτα και τα λαχανικά και μπορούν να περιγραφούν ως ένας τύπος υδατοδιαλυτών φυτικών χρωστικών. Χημικά, οι ανθοκυανίνες είναι γλυκοσίδες ανθοκυανιδινών με βάση τη δομή 2-φαινυλοβενζοφυυλίου (φλαβύλιο). Υπάρχουν περισσότερα από 200 διακριτά φυτοχημικά που εμπίπτουν στην κατηγορία των ανθοκυανινών. Ως κύρια χρωστική ουσία στα άγρια φρούτα και μούρα, υπάρχουν πολλές πηγές από τις οποίες μπορούν να εξαχθούν ανθοκυανίνες. Μια εξέχουσα πηγή ανθοκυανινών είναι η φλούδα των σταφυλιών. Οι χρωστικές ανθοκυανίνης στη φλούδα σταφυλιών αποτελούνται κυρίως από δι-γλυκοσίδες, μονο-γλυκοζίτες, ακυλιωμένες μονογλυκοσίδες καθώς και ακυλιωμένες δι-γλυκοσίδες παιονιδίνης, μαλβιδίνης, κυανιδίνης, πεσουνιδίνης και δελφινιδίνης. Η περιεκτικότητα των σταφυλιών σε ανθοκυανίνες κυμαίνεται από 30-750mg/100g.
Οι πιο σημαντικές ανθοκυανίνες είναι η κυανιδίνη, η δελφινιδίνη, η πελαργονιδίνη, η παιονιδίνη, η μαλβιδίνη και η πετουνιδίνη.
Για παράδειγμα, οι ανθοκυανίνες, η παιονιδίνη-3-καφεοϋλο-p-υδροξυβενζοϋλο-σοφοροζίτη-5-γλυκοζίτης, η παιονιδίνη-3-(6"-καφεοϋλο-6'''-φερουλοζίτης)-5-γλυκοζίτης, και η κυανιδίνη-3-καφεοϋλο-p-υδροξυβενζοϋλοσίδη-5-γλυκοζίτης βρίσκονται στις μωβ γλυκοπατάτες.

ανθοκυανίνες – Οφέλη για την υγεία

Εκτός από τη μεγάλη ικανότητά τους να λειτουργούν ως φυσική χρωστική τροφίμων, οι ανθοκυανίνες εκτιμώνται ιδιαίτερα για τις αντιοξειδωτικές τους επιδράσεις. Ως εκ τούτου, οι ανθοκυανίνες παρουσιάζουν πολλές θετικές επιπτώσεις στην υγεία. Έρευνες έχουν δείξει ότι οι ανθοκυανίνες μπορούν να αναστείλουν τη βλάβη του DNA στα καρκινικά κύτταρα, να αναστείλουν τα πεπτικά ένζυμα, να προκαλέσουν την παραγωγή ινσουλίνης σε απομονωμένα παγκρεατικά κύτταρα, να μειώσουν τις φλεγμονώδεις αποκρίσεις, να προστατεύσουν από τη μείωση της εγκεφαλικής λειτουργίας που σχετίζεται με την ηλικία, να βελτιώσουν τη στεγανότητα των τριχοειδών αιμοφόρων αγγείων και να αποτρέψουν τη συσσώρευση θρομβοκυττάρων.