Εκχύλιση πιπερίνης από πιπέρι με υπερήχους

• Η πιπερίνη είναι μια βιοδραστική ουσία που βρίσκεται στους κόκκους πιπεριού και εκτιμάται για τις φαρμακολογικές της ιδιότητες.
• Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια αποτελεσματική, απλή και γρήγορη τεχνική εκχύλισης για την απομόνωση πιπερίνης υψηλής ποιότητας.
• Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια αξιόπιστη και δοκιμασμένη μέθοδος, η οποία χρησιμοποιείται ήδη ευρέως στη φαρμακοβιομηχανία και στη βιομηχανία τροφίμων.

Εκχύλιση πιπερίνης με υπερήχους υψηλής απόδοσης

Η πιπερίνη είναι μια πολύτιμη βιοδραστική ένωση, γνωστή για τη δυνατότητά της να αυξάνει την απορρόφηση της κουρκουμίνης, του σεληνίου, της βιταμίνης B12, του βήτα-καροτενίου και άλλων ενώσεων. Επομένως, η φαρμακοβιομηχανία και η βιομηχανία διατροφικών προϊόντων ενδιαφέρονται έντονα για τη γρήγορη και απλή εκχύλιση πιπερίνης υψηλής ποιότητας.
Η συμβατική εκχύλιση πιπερίνης και πιπεριδίνης πραγματοποιείται με χρονοβόρα εκχύλιση με διαλύτη, με χρήση τοξικού DMC (διχλωρομεθανίου). Η εκχύλιση με υπερήχους υπερτερεί της συμβατικής εκχύλισης με διαλύτη χάρη στις υψηλότερες αποδόσεις, στη χρήση μη τοξικών διαλυτών (π.χ. αιθανόλης) και στη γρήγορη διαδικασία εκχύλισης. Οι υπέρηχοι υψηλής απόδοσης δημιουργούν σπηλαίωση στα υγρά. Η ακουστική σπηλαίωση ή σπηλαίωση υπερήχων δημιουργεί τοπικά ακραίες συνθήκες, όπως εξαιρετικά υψηλές διαφορές θερμοκρασίας και πίεσης, πίδακες υγρού και δυνάμεις διάτμησης. Αυτές οι δυνάμεις των υπερήχων διαρρηγνύουν τα κυτταρικά τοιχώματα και αυξάνουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ του εσωτερικού των κυττάρων και του περιβάλλοντος διαλύτη, ώστε να απελευθερώνονται οι βιοδραστικές ουσίες. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια δοκιμασμένη τεχνική για την απομόνωση στοχευμένων ενώσεων, όπως η πιπερίνη, από αλεσμένο πιπέρι (piper nigrum, piper longum).

Βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης με κατεργασία με υπερήχους

Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της απομόνωσης με υπερήχους είναι ο ακριβής έλεγχος όλων των παραμέτρων της διεργασίας. Η ένταση των υπερήχων (πλάτος ταλάντωσης, ισχύς, κύκλος λειτουργίας), ο χρόνος εκχύλισης, ο διαλύτης, η αναλογία στερεού προς διαλύτη και η θερμοκρασία μπορούν να ρυθμιστούν στις βέλτιστες συνθήκες, ώστε να επιτευχθεί η υψηλότερη απόδοση πιπερίνης υψηλής ποιότητας.

Ενδεικτικό πρωτόκολλο εκχύλισης πιπερίνης με υπερήχους

Σε διάταξη μικρής κλίμακας με ποτήρι ζέσεως, η μέγιστη απόδοση πιπερίνης (5,8 mg/g) από αλεσμένο Piper longum επιτυγχάνεται υπό βελτιστοποιημένες συνθήκες εκχύλισης με υπερήχους, οι οποίες έχουν προσδιοριστεί ως εξής:
Συσκευή υπερήχων UP200St ή UP200Ht (200W, 26kHz)
παράμετροι υπερήχων: πλάτος ταλάντωσης 100%, κύκλος λειτουργίας 80%
χρόνος κατεργασίας με υπερήχους: περίπου 18 min.
διαλύτης: αιθανόλη
αναλογία στερεού προς διαλύτη: 1:10
θερμοκρασία: 50°C

Ανώτερα αποτελέσματα

Η εκχύλιση με υπερήχους έχει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της παραδοσιακής εκχύλισης κατά παρτίδες και της εκχύλισης με διαλύτη. Ο Rathod (2014) δείχνει ότι ο χρόνος εκχύλισης μειώνεται από 8h για την εκχύλιση με διαλύτη κατά παρτίδες και 4h για την εκχύλιση Soxhlet σε 18 min. για την εκχύλιση με υπερήχους. Επιπλέον, η εκχύλιση με υπερήχους παρέχει υψηλότερη απόδοση εκχύλισης πιπερίνης. Οι αποδόσεις εκχύλισης πιπερίνης που επιτεύχθηκαν με τις μεθόδους εκχύλισης Soxhlet και εκχύλισης κατά παρτίδες βρέθηκαν να είναι 1,67 mg/g και 0,98 mg/g, αντίστοιχα, πολύ χαμηλότερες από την απόδοση των 5,8mg/g που επιτεύχθηκε με υπερήχους. Ο Rathod (2014) καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση φυσικών φυτικών συστατικών, όπως η πιπερίνη, περιορίζει το πρόβλημα της χαμηλής εκχυλισιμότητας και των μεγάλων χρόνων εκχύλισης σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους.

Οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνται επίσης με επιτυχία για την εκχύλιση αιθέριων ελαίων από μαύρο πιπέρι. Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την υδροαπόσταξη αιθέριων ελαίων με υπερήχους!

Βρείτε την καλύτερη συσκευή υπερήχων για την εκχύλιση πιπερίνης

Η Hielscher Ultrasonics είναι κατασκευαστής συστημάτων εκχύλισης με υπερήχους υψηλής απόδοσης με μακρόχρονη εμπειρία. Η γκάμα των προϊόντων μας εκτείνεται από μικρές, ισχυρές εργαστηριακές συσκευές υπερήχων έως ανθεκτικά επιτραπέζια και βιομηχανικά συστήματα, τα οποία παρέχουν υπερήχους υψηλής έντασης για την αποτελεσματική εκχύλιση και απομόνωση βιοδραστικών ουσιών (π.χ. πιπερίνη, κουρκουμίνη κ.λπ.).
Όλες οι συσκευές υπερήχων από 200W έως 16.000W διαθέτουν έγχρωμη οθόνη για ψηφιακό έλεγχο, ενσωματωμένη κάρτα SD για αυτόματη καταγραφή δεδομένων, απομακρυσμένο έλεγχο μέσω προγράμματος περιήγησης και πολλές ακόμη εύχρηστες λειτουργίες. Τα ηχοτρόδια και οι κυψελίδες ροής (τα μέρη που έρχονται σε επαφή με το μέσο) μπορούν να αποστειρωθούν σε αυτόκαυστο και καθαρίζονται εύκολα.
Όλες οι συσκευές υπερήχων μας είναι κατασκευασμένες για λειτουργία 24/7, απαιτούν ελάχιστη συντήρηση και ο χειρισμός τους είναι εύκολος και ασφαλής.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:

Βιβλιογραφία/Αναφορές

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Αντιοξειδωτικό δυναμικό και δυναμικό αναστολής της γλυκίωσης του πράσινου πιπεριού (Piper nigrum): Βελτιστοποίηση της εκχύλισης με βάση τη β-κυκλοδεξτρίνη με τη μεθοδολογία επιφανειών απόκρισης. Food Chemistry, τόμος 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Εκχύλιση πιπερίνης από λευκό πιπέρι με υποβοήθηση υπερήχων και χρήση ιοντικού υγρού. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Εκχύλιση πιπερίνης από το Piper longum με χρήση υπερήχων. Industrial Crops and Products, τόμος 58, 2014. 259–264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Βελτιστοποίηση της εκχύλισης φαινολικών ενώσεων από τζίτζιφα (Ziziphus Jujube) με τη μέθοδο εκχύλισης με υποβοήθηση υπερήχων.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Εκχύλιση και χαρακτηρισμός πρωτεϊνών από το άνθος της μπανανιάς (Musa Sapientum L) και αξιολόγηση των αντιμικροβιακών δράσεων. 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): Βελτιστοποίηση των παραμέτρων εκχύλισης της γαλλικής επιγαλλοκατεχίνης από πράσινο τσάι με συμβατικές μεθόδους ζεστού νερού και μεθόδους με υποβοήθηση υπερήχων. Επεξεργασία τροφίμων και βιοπροϊόντων 111 (2018). 37–44.

Χρήσιμες πληροφορίες

Εκχύλιση με υπερήχους

Η εκχύλιση βιοδραστικών ουσιών από φυτικές ύλες με υπερήχους βασίζεται στην αρχή της ακουστικής σπηλαίωσης. Η ακουστική σπηλαίωση εμφανίζεται όταν υπερηχητικά κύματα πολύ υψηλής έντασης (π.χ. με υψηλά πλάτη 100µm, που παράγονται από υπερήχους 20–26kHz) συζεύγνυνται με ένα υγρό. Οι δυνάμεις διάτμησης που προκαλούνται από τη σπηλαίωση διατρυπούν και διαρρηγνύουν τα κυτταρικά τοιχώματα του φυτικού υλικού και ωθούν και αναρροφούν τον περιβάλλοντα διαλύτη προς και από το εσωτερικό των κυττάρων. Μετά τη διαδικασία εκχύλισης, ο διαλύτης περιέχει τα μόρια-στόχους, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να διαχωριστούν (π.χ. με φυγοκέντρηση). Η εκχύλιση με υπερήχους είναι ευρέως γνωστό ότι παρέχει υψηλές αποδόσεις άθικτων φυτικών εκχυλισμάτων.

Εκχύλιση από κύτταρα με υπερήχους: η μικροσκοπική εγκάρσια τομή (TS) του κορυφαίου βλαστού μέντας (Mentha piperita) δείχνει τον μηχανισμό δράσης κατά την εκχύλιση από κύτταρα με υπερήχους (μεγέθυνση 2000x) [πηγή: Vilkhu et al. 2011]

Πιπερίνη

Η πιπερίνη (1-piperyol-piperidine) είναι η κύρια ένωση που προσδίδει την καυστικότητα στο πιπέρι (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). Η γεύση του πιπεριού, η καυστικότητά του και, συνεπώς, η ποιότητά του συσχετίζονται με την ποσότητα πιπερίνης. Αυτό το ποιοτικό χαρακτηριστικό μπορεί να μεταβληθεί με υδρόλυση της πιπερίνης, ώστε να διασπαστεί ο δακτύλιος της πιπεριδίνης.
Η πιπερίνη είναι γνωστή για διάφορες φαρμακολογικές δράσεις, π.χ. αντιμυκητιακή, αντιδιαρροϊκή, αντιφλεγμονώδη και ανασταλτική δράση έναντι της 5-λιποξυγενάσης και της κυκλοοξυγενάσης-1. Επιπλέον, η πιπερίνη αυξάνει τη βιοδιαθεσιμότητα της κουρκουμίνης κατά 2000%. Επομένως, η πιπερίνη είναι μια δημοφιλής ουσία που χρησιμοποιείται σε σκευάσματα συμπληρωμάτων (π.χ. BioPerine®).
Η πιπερίνη μπορεί να εκχυλιστεί από τα Piper nigrum και Piper longum.
Η πιπεριδίνη είναι μια κυκλική δευτεροταγής αμίνη, μια μοριακή δομή που απαντά σε πολλά φυτικά αλκαλοειδή. Η πιπεριδίνη προκύπτει από την υδρόλυση της πιπερίνης. Η πιπεριδίνη και τα παράγωγά της αποτελούν ευρέως χρησιμοποιούμενες δομικές μονάδες στη σύνθεση φαρμακευτικών και λεπτών χημικών προϊόντων.

Πιπέρι

Piper nigrum, το μαύρο πιπέρι, είναι ένα ανθοφόρο αναρριχώμενο φυτό της οικογένειας Piperaceae. Καλλιεργείται για τους καρπούς του, τους κόκκους πιπεριού, οι οποίοι συνήθως αποξηραίνονται και χρησιμοποιούνται ως μπαχαρικό και καρύκευμα. Οι μαύροι, πράσινοι και λευκοί κόκκοι πιπεριού προέρχονται όλοι από το φυτό του μαύρου πιπεριού. Τα διαφορετικά χρώματα είναι αποτέλεσμα της επεξεργασίας και της προετοιμασίας των κόκκων πιπεριού. Οι μαύροι κόκκοι πιπεριού λαμβάνονται με βράσιμο των άγουρων δρυπών σε ζεστό νερό και επακόλουθη ξήρανσή τους. Το λευκό πιπέρι συλλέγεται ως πλήρως ώριμοι καρποί του φυτού του πιπεριού· στη συνέχεια αφαιρείται ο σκούρος φλοιός του ώριμου καρπού με διαβροχή. Οι πράσινοι κόκκοι πιπεριού παράγονται από τις άγουρες δρύπες με επεξεργασία με διοξείδιο του θείου, κονσερβοποίηση ή λυοφιλίωση, ώστε να διατηρηθούν οι πράσινες χρωστικές τους.

Piper longum Linn, γνωστό και ως ινδικό μακρύ πιπέρι (pipli), συγγενεύει στενά με το Piper nigrum και έχει παρόμοια, αλλά πιο καυτερή γεύση από το Piper nigrum.
Οι καρποί του Piper longum περιέχουν περίπου 1% πτητικά έλαια, ρητίνη, τα αλκαλοειδή πιπερίνη και πιπερλονγκουμινίνη, ένα κηρώδες αλκαλοειδές Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide και μια τερπενοειδή ουσία. Το πιπεριδινικό αλκαλοειδές πιπερίνη ευθύνεται για την πικάντικη, καυτερή γεύση των καρπών του πιπεριού. Η πιπερλονγκουμίνη είναι μια φαρμακολογικά δραστική ουσία που παρουσιάζει δράση κατά πολλών μορφών καρκίνου, συμπεριλαμβανομένων του καρκίνου του προστάτη, του μαστού, του πνεύμονα, του παχέος εντέρου, του λεμφώματος, της λευχαιμίας, των πρωτοπαθών όγκων του εγκεφάλου και του καρκίνου του στομάχου.
Επιπλέον, στους καρπούς του πιπεριού απαντούν οι ακόλουθες ποσότητες ανόργανων στοιχείων: 1230mg/100g ασβεστίου, 190mg/100g φωσφόρου και 62,1mg/100g σιδήρου. Οι ρίζες περιέχουν πιπερίνη, πιπερλονγκουμίνη ή πιπλαρτίνη και διυδροστιγμαστερόλη.