Extracción ultrasónica de curcumina
La curcumina es un compuesto fitoquímico con propiedades farmacológicas y nutricionales presente en los rizomas de Curcuma longa. Para obtener altos rendimientos de curcumina, se utilizan extractores ultrasónicos como la técnica de extracción más eficiente. La extracción ultrasónica permite obtener curcumina de calidad superior y rendimientos muy elevados. Al mismo tiempo, la sonicación solo requiere un breve tiempo de procesamiento del rizoma de cúrcuma.
Aislamiento ultrasónico de curcumina
La extracción ultrasónica es una alternativa muy eficiente a las técnicas de extracción convencionales, como la maceración, la extracción con disolventes calientes o la extracción Soxhlet.
El aislamiento ultrasónico de curcumina y curcuminoides de la planta de cúrcuma (p. ej. Curcuma longa, Curcuma amada) es un proceso eficiente, rápido y sencillo. En comparación con la extracción Soxhlet y la extracción convencional por lotes, la extracción asistida por ultrasonidos destaca por un rendimiento de curcumina significativamente mayor en un tiempo de extracción más corto.
Para la extracción ultrasónica de fitoconstituyentes, pueden utilizarse diversos disolventes, como agua, disolventes acuosos, etanol, metanol, glicerina, etc. Para la extracción de curcumina, el agua, el etanol y los triacilglicéridos son disolventes eficaces y seguros que permiten obtener un alto rendimiento de extracto.
- Alto rendimiento
- Extracción rápida
- Recuperación más completa
- Funcionamiento seguro
- Fácil implementación
Sonicador UIP1000hdT con celda de flujo para la extracción de curcumina
Proceso de extracción ultrasónica
Los sonicadores de última generación de Hielscher permiten controlar por completo los parámetros del proceso, como la amplitud, la temperatura, la presión y el aporte de energía.
Para la extracción ultrasónica, los parámetros complementarios, como el tamaño de partícula de la materia prima, el tipo de disolvente, la relación sólido-disolvente y el tiempo de extracción, pueden modificarse y optimizarse fácilmente para obtener los mejores resultados.
Dado que la extracción ultrasónica es un método de extracción no térmico, se evita la degradación térmica de los ingredientes bioactivos.
En conjunto, ventajas como el alto rendimiento, el breve tiempo de extracción, la baja temperatura de extracción y las pequeñas cantidades de disolvente hacen de la sonicación un método de extracción superior.
Extracción ultrasónica de curcumina con el UP400ST y posterior separación de los principios bioactivos del disolvente (recuperación del disolvente) mediante un evaporador rotatorio
Se ha observado que la extracción ultrasónica de curcumina de la cúrcuma alcanza su máxima eficiencia cuando la sonicación se aplica en una configuración continua en línea, utilizando una celda de flujo ultrasónica. Las temperaturas de proceso en el intervalo de 60 a 80 °C favorecen el aumento del rendimiento del extracto.
Eficiencia superior del proceso: La extracción ultrasónica destaca como una técnica sostenible que solo requiere una inversión moderada en equipos de ultrasonidos. El proceso ultrasónico puede escalarse linealmente hasta la producción industrial. Los costes de disolvente y energía del proceso ultrasónico son muy bajos. Otras ventajas importantes son el funcionamiento sencillo y seguro, los costes económicos y la reproducibilidad, que es fundamental para una producción estandarizada.
Formulación liposomal mediante ultrasonidos
La curcumina es una molécula hidrófoba y liposoluble. Esto significa que la curcumina debe formularse en un sistema de transporte de fármacos, como liposomas, nanoemulsiones, nanoesferas, nanopartículas poliméricas o un complejo fitoquímico-fosfolípido. Pueden prepararse soluciones acuosas de curcumina añadiendo tensioactivos, lípidos, albúminas, ciclodextrinas, biopolímeros, etc. La preparación ultrasónica de nanoemulsiones y suspensiones uniformes es una técnica muy eficaz para formular la curcumina en complejos de transporte de fármacos. Los sistemas de transporte de fármacos mejoran la solubilidad, la absorción, la farmacocinética y la biodisponibilidad de la curcumina. Al formular la curcumina en nanocomplejos, su solubilidad en agua aumenta aproximadamente 98.000 veces (en comparación con la curcumina libre en agua). La nanocomplejación mejoró considerablemente la biodisponibilidad y la estabilidad de la curcumina durante el almacenamiento.
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Equipos de extracción ultrasónica
Hielscher Ultrasonics es su socio para los procesos de extracción de materias vegetales. Tanto si desea extraer pequeñas cantidades para investigación y análisis como si necesita procesar grandes volúmenes para la producción comercial, tenemos el extractor ultrasónico adecuado para usted. Nuestros homogeneizadores ultrasónicos de laboratorio y nuestros sonicadores de sobremesa e industriales son robustos, fáciles de usar y están diseñados para funcionar 24/7 a plena carga. Una amplia gama de accesorios como sonotrodos (sondas / bocinas ultrasónicas) de distintos tamaños y formas, celdas de flujo, reactores y amplificadores de amplitud permite lograr la configuración óptima para su proceso de extracción específico.
Todos los equipos ultrasónicos digitales están equipados con una pantalla táctil a color, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos y control remoto mediante navegador para una supervisión completa del proceso. Los sofisticados sistemas ultrasónicos de Hielscher facilitan una elevada estandarización del proceso y el control de calidad.
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Protocolo: nanoencapsulación ultrasónica de curcumina
Preparación de nanopartículas cargadas con curcumina
Las nanopartículas cargadas con curcumina se sintetizan mediante la técnica de miniemulsificación-evaporación. El procedimiento varía según el encapsulante utilizado, tal como se describe a continuación. La formulación utilizada fue de 22,400 g de agua, 0,180 g de lecitina, 11,500 g de diclorometano y 0,390 g de encapsulante (poli(ácido L-láctico) PLLA, 4.000 g/gmol o poli(methacylic acid-co-metacrilato de metilo Eudragit S100, 125.000 g/gmol o una mezcla de ambos se utilizan como encapsulante). No se requiere ningún coestabilizante, ya que se sabe que los polímeros preformados son eficaces para evitar la degradación de la emulsión por difusión.
Cuando se utiliza PLLA como encapsulante, el PLLA y la lecitina se disuelven en diclorometano durante 10 minutos y, a continuación, se añade la curcumina y se mezcla durante 5 min (1, 3, 6, 18 wt% de la masa total del encapsulante). Esta solución se añade al agua destilada con agitación suave. La macroemulsión formada se somete a sonicación con un homogeneizador ultrasónico como el UP100H durante 180 segundos en ciclos de pulsos (30sec de sonicación, 10sec de pausa). Después, el disolvente se evapora durante 18 horas a 40 °C. Cuando se utilizan conjuntamente PLLA y Eudragit S100 como encapsulante, el Eudragit S100 se disuelve en diclorometano a 60 °C durante 20 minutos. A continuación, la mezcla se enfría y se vuelve a añadir el disolvente evaporado.
Bibliografía / Referencias
- M. V. Bagal; Aamir Deshmukh, Nihar Thakur, Anmol Valiyare (2020): Curcumin Extraction using Ultra sonication: A Review. JETIR Volume 7, Issue 6, June 2020.
- Dang, Le Hang; Vu, Minh Thanh; Chen, Jun; Nguyen, Cuu Khoa; Bach, Long Giang; Tran, Ngoc Quyen; Le, Van Thu (2019): Effect of Ultrasonication on Self-Assembled Nanostructures Formed by Amphiphilic Positive-Charged Copolymers and Negative-Charged Drug. ACS Omega 4, 2019. 4540-4552.
- Thorat, Alpana; Dalvi, Sameer (2014): Particle Formation Pathways and Polymorphism of Curcumin Induced by Ultrasound and Additives During Liquid Antisolvent Precipitation. CrystEngComm. 16, 2014.
- Chen, F.-P. et al. (2015): Nanocomplexation between Curcumin and Soy Protein Isolate: Influence on Curcumin Stability/Bioaccessibility and in Vitro Protein Digestibility. J. Agric. Food Chem. 63, 2015. 3559−3569.
- Kimthet, Ch. et al. (2017): Extraction of curcumin from Curcuma longa L. using ultrasound assisted supercritical carbon dioxide. AIP Conference Proceedings 184, 2017.
Información de interés
Los ultrasonidos y sus efectos extractivos
La extracción asistida por ultrasonidos se basa en el principio de cavitación acústica. Cuando los ultrasonidos de alta potencia (ultrasonidos de baja frecuencia y alta intensidad) se acoplan a un medio líquido o pastoso, las ondas generan ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción). Durante estos ciclos de alta presión / baja presión, se forman burbujas de vacío que crecen a lo largo de varios ciclos. Cuando las burbujas ya no pueden absorber más energía, implosionan violentamente. Esta implosión de las burbujas y sus efectos se conocen como cavitación acústica. La cavitación genera microchorros, fuerzas de cizallamiento, ondas de choque / grandes diferencias de presión, formación de radicales, temperaturas extremas y corrientes acústicas. Estas condiciones intensas rompen las paredes celulares y generan una elevada transferencia de masa, de modo que el material intracelular se transfiere al disolvente.
Disolventes suaves y no tóxicos
Los extractos vegetales utilizados con fines medicinales y nutricionales suscitan un interés que crece rápidamente como remedios farmacológicos y suplementos nutricionales (nutracéuticos). Para liberar los compuestos deseados del material vegetal, este debe disolverse en un disolvente. Cuando los extractos buscados se separan de la masa del material vegetal y se transfieren al disolvente, el extracto puede concentrarse. La extracción ultrasónica puede aplicarse como una metodología sin disolventes utilizando agua como disolvente. Las extracciones con alcohol y glicerina también son no tóxicas y eficaces, y se utilizan a menudo para extraer ingredientes alimentarios, farmacéuticos y cosméticos.
Para producir extractos de alta potencia, saludables y no tóxicos, es importante utilizar un método de extracción eficiente que permita emplear disolventes suaves y no tóxicos, como agua, triacilglicéridos o alcohol.
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Curcumina
La curcumina es una oleorresina de cúrcuma y un pigmento natural presente en los rizomas de la planta de cúrcuma. Otros compuestos curcuminoides importantes son la desmetoxicurcumina (DMC) y la bisdesmetoxicurcumina (BDMC).
La curcumina (fórmula química C21H20O6) puede extraerse de Curcuma longa, Curcuma amada, Curcuma ochrorhiza Val. o sintetizarse químicamente.
La curcumina está atrapada en una red de polisacáridos y lignina en la cúrcuma. Por ello, se necesita una técnica de extracción potente, como la sonicación, para romper las paredes celulares y liberar el compuesto fitoquímico bioactivo.
Los estudios han demostrado que el compuesto activo piperina, presente en la pimienta negra, aumenta la biodisponibilidad de la curcumina en más de un 2.000%.
Cúrcuma
La cúrcuma (Curcuma longa) es una planta herbácea perenne de la familia del jengibre Zingiberaceae. Es originaria de la India y del sudeste asiático. Los rizomas de la planta de cúrcuma se cosechan para utilizarlos como especia y como medicamento.
La cúrcuma es la especia que aporta al curry su intenso color amarillo y se utiliza en la India desde hace miles de años tanto como especia culinaria como en la medicina ayurvédica. La cúrcuma en polvo se caracteriza por un sabor cálido, amargo y similar al de la pimienta, y un aroma terroso.
La cúrcuma en polvo o en pasta se utiliza para preparar una popular bebida caliente – el llamado «latte de cúrcuma» o «leche dorada» – que se elabora con leche o alternativas vegetales, como bebidas de soja, almendra o coco.
La cúrcuma se valora por sus efectos antioxidantes, antiinflamatorios y analgésicos.
Además de sus usos culinarios y medicinales, la cúrcuma se utiliza como colorante natural.