Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Extracción ultrasónica de antocianina

  • Las antocianinas se utilizan ampliamente como colorante natural y como aditivo nutricional en los productos alimenticios.
  • La extracción por ultrasonidos promueve la liberación de antocianinas de alta calidad de las plantas, lo que resulta en un mayor rendimiento y un proceso rápido.
  • La sonicación es una técnica suave, ecológica y eficiente para la producción industrial de antocianinas de grado alimentario/farmacéutico.

Las antocianinas

Los antocianos son ampliamente utilizados como colorantes naturales en la industria alimentaria. Tienen un amplio espectro de tonos de color, que van desde el naranja hasta el rojo, pasando por el púrpura y el azul, dependiendo de la estructura molecular y del valor de pH. El interés por las antocianinas no sólo se basa en su efecto colorante, sino también en sus propiedades beneficiosas para la salud. Debido a las crecientes preocupaciones ambientales y de salud con respecto a los colorantes sintéticos, los colorantes naturales son una gran alternativa como colorantes respetuosos con el medio ambiente para la industria alimentaria y farmacéutica.

Extracción de Antocianina Ultrasónicamente Mejorada

Ventajas de extracción por ultrasonidos

  • mayor rendimiento
  • Proceso de extracción rápida – en cuestión de minutos
  • extractos de alta calidad – extracción suave, no térmica
  • Disolventes verdes (agua, etanol, glicerina, aceites vegetales, etc.)
  • operación fácil y segura
  • Bajos costos de inversión y operación
  • Robustez y bajo mantenimiento
  • Método ecológico y respetuoso con el medio ambiente
UP100H con sonotrodo MS14 para la extracción de productos botánicos

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extracción ultrasónica puede llevarse a cabo en operación por lotes y el modo de flujo a través continuo. (¡Click para agrandar!)

El tratamiento con ultrasonidos con configuración UIP1000hdT para la extracción de compuestos bioactivos de productos botánicos en un lote. [Petigny et al. 2013]

¿Cómo Extraer Antocianinas con Ultrasonido? – Casos de Estudio

Extracción ultrasónica antociánica de arroz morado Oryza Sativa L.

Extracción ultrasónica con UP200StEl arroz morado de la variedad Oryza Sativa (también conocido como Violet Nori o arroz morado) es extraordinariamente rico en fenoles como el grupo favonoide de antocianinas. Turrini y otros (2018) utilizaron la extracción ultrasónica para aislar polifenoles como las antocianinas y los antioxidantes de la cariópside (en forma entera, marrón y vaporizada) y las hojas del arroz morado. La extracción ultrasónica se realizó utilizando un Hielscher UP200St (200W, 26kHz, ) y etanol 60% como disolvente.
Para preservar la integridad antociánica, los extractos ultrasónicos se almacenaron a -20°C, lo que permitió almacenarlos durante al menos tres meses.
El glucósido de cianidina 3 (también conocido como crisantina) fue, con mucho, la principal antocianina detectada en los cultivares'Violet Nori','Artemide' y'Nerone' investigados en el estudio de Turrini et al., mientras que el glucósido de peonidina 3 y el rutinósido de cianidina 3 (también antirrinina) se hallaron en menores cantidades.
Las hojas de violeta de Oryza Sativa son una excelente fuente de antocianinas y contenido fenólico total (TPC). Con una cantidad aprox. 2-3 veces superior a la del arroz y la harina, las hojas de Oryza constituyen una materia prima barata para la extracción de antocianos. El rendimiento estimado de unos 4 kg de antocianina/t de hojas frescas es significativamente superior al de 1 kg de antocianina/t de arroz, calculado sobre la base de las cantidades medias de antocianina detectadas en el arroz "Violet Nori" (1300 µg/g de arroz, en forma de cianidina-3-glucósido) para un rendimiento de unos 68 kg de arroz procedente de un arroz con cáscara de 100 kg.

Extracción ultrasónica de antocianina de la col roja

Ravanfar et al (2015) han investigado la eficacia de la extracción ultrasónica de antocianinas de la col roja. Los experimentos de extracción por ultrasonidos se llevaron a cabo utilizando un sistema de ultrasonidos UP100H (Ultrasonido Hielscher, 30 kHz, 100 W). El sonotrodo MS10 (diámetro de la punta de 10 mm) se introdujo en el centro de un vaso de vidrio con camisa de temperatura controlada.
UP400St agitado 8L configuración de extracciónPara este experimento se utilizaron trozos de col lombarda recién cortada de 5 mm (forma cúbica) y 92.11 ± 0.45 % de humedad. Se llenó un vaso de vidrio encamisado (volumen: 200 ml) con 100 ml de agua destilada y 2 g de trozos de col roja. El vaso se cubrió con papel de aluminio para evitar la pérdida de disolvente (agua) por evaporación durante el proceso. En todos los experimentos, la temperatura en el vaso de precipitados se mantuvo utilizando un controlador termostático. Finalmente se tomaron muestras, se filtraron y centrifugaron a 4000rpm y se utilizaron sobrenadantes para determinar el rendimiento antociánico. La extracción en baño de agua se llevó a cabo como experimento de control.
El rendimiento óptimo de antocianina del repollo rojo se determinó a la potencia de 100 W, el tiempo de 30 minutos y la temperatura de 15°C, lo que dio como resultado un rendimiento de antocianina de aproximadamente 21 mg/L.
Debido a sus cambios de color en el valor de pH y su intensa coloración, el colorante de col roja ha sido utilizado como indicador de pH en formulaciones farmacéuticas o como antioxidante y colorante en sistemas alimentarios, respectivamente.

La extracción ultrasónica promueve la liberación de polifenoles como los antocianos de los productos botánicos.

El ultrasonido intensifica significativamente la extracción de antocianinas del material vegetal.
fuente: Ravanfar et al. 2015

Otros estudios demuestran el éxito de la extracción ultrasónica de antocianinas de arándanos, moras, uvas, cerezas, fresas y batatas moradas, entre otros.

Hielscher Ultrasonics fabrica ultrasonidos de alto rendimiento para aplicaciones ecoquímicas.

Procesadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio para pilotar y escala industrial.

Extractores ultrasónicos de alto rendimiento

Ultrasónica proceso de ensayos y análisisHielscher Ultrasonics está especializada en la fabricación de procesadores ultrasónicos de alto rendimiento para la producción de extractos de alta calidad de productos botánicos.
La amplia gama de productos de Hielscher abarca desde pequeños y potentes ultrasonidos de laboratorio hasta robustos sistemas de sobremesa y completamente industriales, que proporcionan ultrasonidos de alta intensidad para la extracción y aislamiento eficientes de sustancias bioactivas (por ejemplo, antocianinas), gingerol, Piperina, curcumina etc.). Todos los dispositivos ultrasónicos de 200W a 16,000W disponen de una pantalla a color para el control digital, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos, control remoto del navegador y muchas más funciones fáciles de usar. Los sonotrodos y las células de flujo (las partes que están en contacto con el medio) pueden ser esterilizadas en autoclave y son fáciles de limpiar.
Los robustos procesadores ultrasónicos de Hielscher están diseñados para funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana a plena carga, requieren poco mantenimiento y son fáciles y seguros de manejar. Una pantalla digital a color permite un control fácil del ultrasonido.
Nuestros sistemas son capaces de suministrar desde amplitudes bajas hasta muy altas. Para la extracción de cannabinoides y terpenos, ofrecemos sonotrodos ultrasónicos especiales (también conocidos como sondas ultrasónicas o cuernos) que están optimizados para el aislamiento sensible de sustancias activas de alta calidad. Todos nuestros sistemas pueden ser utilizados para la extracción y posterior emulsificación de cannabinoides. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento continuo (24 horas al día, 7 días a la semana) en entornos exigentes.

El control preciso de los parámetros ultrasónicos del proceso garantiza la reproducibilidad y la estandarización del proceso.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Sistema de extracción por ultrasonidos UIP4000hdT

Procesador ultrasónico UIP4000hdT (4kW) para extracción

Literatura/Referencias

  • Chemat, Farid; Rombaut, Natacha; Sicaire, Anne-Gaëlle; Meullemiestre, Alice; Fabiano-Tixier, Anne-Sylvie; Abert-Vian, Maryline (2017): Extracción asistida por ultrasonidos de alimentos y productos naturales. Mecanismos, técnicas, combinaciones, protocolos y aplicaciones. Una revisión. Ultrasonido Sonoquímica 34 (2017) 540-560.
  • Ravanfar, Raheleh; Tamadon, Ali Mohammad, Niakousari, Mehrdad (2015): Optimización de la extracción asistida por ultrasonidos de antocianinas de la col roja utilizando el método de diseño de Taguchi. J Food Sci Technol. 2015 Dic; 52(12): 8140-8147.
  • Turrini, Federica; Boggia, Raffaella; Leardi, Riccardo; Borriello, Matilde; Zunin, Paola (2018): Optimización de la Extracción Asistida por Ultrasonido de Compuestos Fenólicos de Oryza Sativa L. 'Violet Nori' y Determinación de las Propiedades Antioxidantes de sus Cariopes y Hojas. Moléculas 2018, 23, 844.


Información interesante

¿Cómo funciona la extracción asistida por ultrasonido?

La aplicación de ondas de ultrasonido intensas a un medio líquido resulta en cavitación. El fenómeno de cavitación conduce localmente a temperaturas extremas, presiones, velocidades de calentamiento/enfriamiento, diferencias de presión y altas fuerzas de cizallamiento en el medio. Cuando las burbujas de cavitación implosionan en la superficie de los sólidos (como partículas, células vegetales, tejidos, etc.), los microchorros y la colisión interparticlular generan efectos como el desprendimiento de la superficie, la erosión y la descomposición de las partículas. Además, la implosión de burbujas de cavitación en medios líquidos crea macro-turbulencias y micromezclas.
La irradiación ultrasónica del material vegetal fragmenta la matriz de las células vegetales y mejora la hidratación de las mismas. Chemat et al (2015) concluyen que la extracción ultrasónica de compuestos bioactivos a partir de productos botánicos es el resultado de diferentes mecanismos independientes o combinados, incluyendo la fragmentación, erosión, capilaridad, destexturación y sonoporación. Estos efectos alteran la pared celular, mejoran la transferencia de masa empujando el disolvente dentro de la célula y aspirando el disolvente fito-compuesto cargado, y aseguran el movimiento del líquido mediante la micromezcla.

La cavitación ultrasónica/acústica crea fuerzas muy intensas que abren las paredes celulares conocidas como lisis (Haga clic para ampliar!)

La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas.

La irradiación ultrasónica del material vegetal fragmenta la matriz de las células vegetales y mejora la hidratación de las mismas. Chemat y otros (2015) concluyen que la extracción ultrasónica de compuestos bioactivos de productos botánicos es el resultado de diferentes mecanismos independientes o combinados, incluyendo la fragmentación, erosión, capilaridad, destexturación y sonoporación. Estos efectos alteran la pared celular, mejoran la transferencia de masa empujando el disolvente dentro de la célula y aspirando el disolvente fito-compuesto cargado, y aseguran el movimiento del líquido mediante la micromezcla.
La extracción por ultrasonidos logra un aislamiento muy rápido de los compuestos, superando a los métodos de extracción convencionales en un tiempo de proceso más corto, mayor rendimiento y a temperaturas más bajas. Como tratamiento mecánico suave, la extracción asistida por ultrasonido evita la degradación térmica de los componentes bioactivos y destaca en comparación con otras técnicas como la extracción por solvente convencional, la hidrodestilación o la extracción Soxhlet, que se sabe que destruyen las moléculas sensibles al calor. Debido a estas ventajas, la extracción ultrasónica es la técnica preferida para la liberación de compuestos bioactivos sensibles a la temperatura de los productos botánicos.

Los disruptores ultrasónicos se utilizan para extracciones de fuentes fitotecnológicas (por ejemplo, plantas, algas, hongos).

Extracción ultrasónica de células vegetales: la sección transversal microscópica (TS) muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de células (aumento 2000x)[recurso: Vilkhu et al. 2011].

Antocianina – Un valioso pigmento vegetal

Los antocianos son pigmentos de plantas vacuolares, que pueden aparecer rojos, morados, azules o negros. La expresión cromática de los pigmentos antociánicos solubles en agua depende de su valor de pH. Las antocianinas se encuentran en la vacuola celular, principalmente en flores y frutos, pero también en hojas, tallos y raíces, donde se encuentran principalmente en capas celulares externas como la epidermis y las células mesófilas periféricas.
Los más frecuentes en la naturaleza son los glucósidos de cianidina, delfinidina, malvidina, pelargonidina, peonidina y petunidina.
Ejemplos prominentes de plantas ricas en antocianinas incluyen especies de vaccinium, como el arándano, el arándano y el arándano; bayas de Rubus, como la frambuesa negra, la frambuesa roja y la mora; grosella negra, la cereza, la berenjena, el arroz negro, el ube, la batata de Okinawa, la uva Concord, la uva moscadina, la col roja y los pétalos de violeta. Los melocotones y las manzanas de pulpa roja contienen antocianinas. Los antocianos son menos abundantes en el plátano, espárragos, guisantes, hinojo, pera y patata, y pueden estar totalmente ausentes en ciertos cultivares de grosellas espinosas verdes.

Antocianinas como cianidina, delfinidina, pelargonidina, peonidina, malvidina y petunidina pueden ser extraídas eficientemente usando ultrasonido de potencia.

Estructura de los principales antocianos

Las antocianinas son una gran alternativa para sustituir a los colorantes sintéticos en los productos alimenticios. Los antocianos están aprobados para su uso como colorantes alimentarios en la Unión Europea, Australia y Nueva Zelanda, con el código de colorante E163. Las antocianinas se encuentran en las frutas y verduras y pueden describirse como un tipo de pigmentos vegetales solubles en agua. Químicamente, las antocianinas son glucósidos de antocianidinas basadas en la estructura de 2-fenilbenzofilo (flavylium). Hay más de 200 fitoquímicos distintos que entran en la categoría de antocianinas. Como principal pigmento de color en frutos silvestres y bayas, existen muchas fuentes de las que se pueden extraer antocianinas. Una fuente importante de antocianinas es la piel de las uvas. Los pigmentos antociánicos en la piel de la uva consisten principalmente en di glucósidos, monoglucósidos, monoglucósidos acilados, así como di glucósidos acilados de peonidina, malvidina, cianidina, petunidina y delfinidina. El contenido de antocianina en las uvas varía de 30-750mg/100g.
Los antocianos más prominentes son cianidina, delfinidina, pelargonidina, peonidina, malvidina y petunidina.
Por ejemplo, las antocianinas peonidin-3-caffeoil-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6″-caffeoyl-6‴-feruloyl sophoroside)-5-glucoside, y cianidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside se encuentran en las batatas moradas.

Las antocianinas – Beneficios para la salud

Además de su gran capacidad para funcionar como colorante natural de alimentos, las antocianinas son muy apreciadas por sus efectos antioxidantes. Por lo tanto, las antocianinas muestran muchos efectos positivos para la salud. Las investigaciones han demostrado que las antocianinas pueden inhibir el daño del ADN en las células cancerosas, inhibir las enzimas digestivas, inducir la producción de insulina en células pancreáticas aisladas, reducir las respuestas inflamatorias, proteger contra la disminución de la función cerebral relacionada con la edad, mejorar la tensión de los vasos sanguíneos capilares y prevenir la agregación de trombocitos.