Extracción ultrasónica de piperina de la pimienta

• La piperina es una sustancia bioactiva presente en los granos de pimienta y valorada por sus propiedades farmacológicas.
• La extracción ultrasónica es una técnica eficiente, sencilla y rápida para aislar piperina de alta calidad.
• La extracción ultrasónica es un método fiable y probado, ya ampliamente utilizado en las industrias farmacéutica y alimentaria.

Extracción de piperina mediante ultrasonidos de alto rendimiento

La piperina es un compuesto bioactivo valorado por su potencial para aumentar la absorción de curcumina, selenio, vitamina B12, betacaroteno y otros compuestos. Por ello, las industrias farmacéutica y de la nutrición muestran un gran interés en la extracción rápida y sencilla de piperina de alta calidad.
La extracción convencional de piperina y piperidina se realiza mediante un proceso prolongado de extracción con disolventes que utiliza DMC (diclorometano), una sustancia tóxica. La extracción ultrasónica supera a la extracción convencional con disolventes gracias a sus mayores rendimientos, al uso de disolventes no tóxicos (p. ej., etanol) y a un proceso de extracción rápido. Los ultrasonidos de alto rendimiento generan cavitación en los líquidos. La cavitación acústica o ultrasónica genera condiciones locales extremas, como temperaturas y diferencias de presión extremadamente elevadas, chorros de líquido y fuerzas de cizallamiento. Estas fuerzas ultrasónicas rompen las paredes celulares y aumentan la transferencia de masa entre el interior de las células y el disolvente circundante, de modo que se liberan las sustancias bioactivas. La extracción ultrasónica es una técnica probada para aislar compuestos de interés, como la piperina, de la pimienta molida (piper nigrum, piper longum).

Condiciones óptimas de extracción mediante sonicación

Una de las ventajas más importantes del aislamiento ultrasónico es el control preciso de todos los parámetros del proceso. La intensidad ultrasónica (amplitud, potencia, ciclo de trabajo), el tiempo de extracción, el disolvente, la relación sólido/disolvente y la temperatura pueden ajustarse a condiciones óptimas para obtener el máximo rendimiento de piperina de alta calidad.

Ejemplo de protocolo para la extracción ultrasónica de piperina

En un montaje a pequeña escala con un vaso de precipitados, el máximo rendimiento de piperina (5,8 mg/g) a partir de material molido de Piper longum se obtiene en condiciones optimizadas de extracción ultrasónica, que se han determinado como las siguientes:
Sonicador UP200St o UP200Ht (200 W, 26 kHz)
parámetros ultrasónicos: 100% de amplitud, 80% de ciclo de trabajo
tiempo de sonicación: aprox. 18 min.
disolvente: etanol
relación sólido/disolvente: 1:10
temperatura: 50 °C

Resultados superiores

La extracción ultrasónica presenta ventajas significativas frente a la extracción tradicional por lotes y con disolventes. Rathod (2014) demuestra que el tiempo de extracción se reduce de 8h para la extracción por lotes con disolventes y de 4h para la extracción Soxhlet a 18 min. para la extracción ultrasónica. Además, la extracción ultrasónica proporciona un mayor rendimiento de extracción de piperina. Los rendimientos de extracción de piperina obtenidos mediante extracción Soxhlet y extracción por lotes fueron de 1,67 mg/g y 0,98 mg/g, respectivamente, muy inferiores al rendimiento de 5,8 mg/g obtenido mediante ultrasonidos. Rathod (2014) concluye que la extracción asistida por ultrasonidos de fitoconstituyentes naturales, como la piperina, reduce los problemas de baja extractabilidad y tiempos de extracción prolongados asociados a los métodos tradicionales.

Los ultrasonidos también se utilizan con éxito para extraer aceites esenciales de la pimienta negra. ¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la hidrodestilación ultrasónica de aceites esenciales!

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Hielscher Ultrasonics es un fabricante con una amplia trayectoria en sistemas de extracción ultrasónica de alto rendimiento. Nuestra gama de productos abarca desde pequeños y potentes ultrasonicadores de laboratorio hasta robustos sistemas de sobremesa e industriales, que proporcionan ultrasonidos de alta intensidad para la extracción y el aislamiento eficientes de sustancias bioactivas (p. ej., piperina, curcumina etc.).
Todos los dispositivos ultrasónicos de 200 W a 16.000 W cuentan con una pantalla en color para el control digital, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos, control remoto mediante navegador y muchas otras funciones que facilitan su uso. Los sonotrodos y las celdas de flujo (las piezas que están en contacto con el medio) pueden esterilizarse en autoclave y son fáciles de limpiar.
Todos nuestros ultrasonicadores están diseñados para funcionar 24/7, requieren poco mantenimiento y son fáciles y seguros de utilizar.

La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonicadores:

Bibliografía/Referencias

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Antioxidant and anti-glycation potential of green pepper (Piper nigrum): Optimization of β-cyclodextrin-based extraction by response surface methodology. Food Chemistry, Volume 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Extracción de piperina de la pimienta blanca asistida por ultrasonidos y basada en líquidos iónicos. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extracción de piperina de Piper longum mediante ultrasonidos. Cultivos y productos industriales Vol. 58, 2014. 259-264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimización de la extracción de compuestos fenólicos del azufaifo (Ziziphus Jujube) mediante el método de extracción asistida por ultrasonidos.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extracción y caracterización de proteínas de la flor del plátano (Musa Sapientum L) y evaluación de sus actividades antimicrobianas. 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): Optimización de los parámetros de extracción del galato de epigalocatequina mediante métodos convencionales con agua caliente y asistidos por ultrasonidos a partir de té verde. Procesamiento de alimentos y bioproductos 111 (2018). 37-44.

Información de interés

Extracción ultrasónica

La extracción ultrasónica de sustancias bioactivas de materiales vegetales se basa en el principio de cavitación acústica. La cavitación acústica se produce cuando se acoplan a un líquido ondas ultrasónicas de alta intensidad (p. ej., amplitudes elevadas de 100 µm, generadas por ultrasonidos de 20-26 kHz). Las fuerzas de cizallamiento producidas por la cavitación perforan y rompen las paredes celulares del material vegetal, e impulsan el disolvente circundante hacia el interior de las células y lo extraen de ellas. Tras el proceso de extracción, el disolvente contiene las moléculas de interés, que posteriormente pueden separarse (p. ej., mediante centrifugación). La extracción ultrasónica es conocida por proporcionar altos rendimientos de extractos vegetales intactos.

Extracción ultrasónica de células: la sección transversal (TS) microscópica del tallo apical de menta (Mentha piperita) muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de células (aumento de 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]

Piperina

La piperina (1-piperyol-piperidine) es el principal compuesto responsable del sabor picante de la pimienta (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). El sabor de la pimienta, su carácter picante y, por tanto, su calidad están relacionados con la cantidad de piperina. Este atributo de calidad puede modificarse mediante la hidrólisis de la piperina, de modo que se escinde el anillo de piperidina.
La piperina es conocida por diversos efectos farmacológicos, como sus actividades antifúngica, antidiarreica, antiinflamatoria e inhibidora de la 5-lipoxigenasa y la ciclooxigenasa-1. Además, la piperina aumenta la biodisponibilidad de la curcumina en un 2000%. Por ello, la piperina es una sustancia de uso habitual en formulaciones de complementos alimenticios (p. ej., BioPerine®).
La piperina puede extraerse de Piper nigrum y Piper longum.
La piperidina es una amina secundaria cíclica, una estructura molecular presente en muchos alcaloides vegetales. La piperidina se obtiene por hidrólisis de la piperina. La piperidina y sus derivados son componentes estructurales ampliamente utilizados en la síntesis de productos farmacéuticos y productos de química fina.

Pimienta

Piper nigrum, la pimienta negra, es una planta trepadora con flores de la familia Piperaceae. Se cultiva por sus frutos, los granos de pimienta, que suelen secarse y utilizarse como especia y condimento. Los granos de pimienta negra, verde y blanca se obtienen de la planta de pimienta negra. Los distintos colores son el resultado del tratamiento y la preparación de los granos de pimienta. Los granos de pimienta negra se obtienen hirviendo las drupas inmaduras en agua caliente y secándolas posteriormente. La pimienta blanca se cosecha cuando las bayas de la planta de pimienta están completamente maduras; después se elimina la piel oscura del fruto maduro mediante maceración. Los granos de pimienta verde se obtienen de las drupas inmaduras mediante tratamiento con dióxido de azufre, enlatado o liofilización para conservar sus pigmentos verdes.

Piper longum Linn, también conocida como pimienta larga de la India (pipli), es una especie estrechamente emparentada con Piper nigrum y tiene un sabor similar, pero más picante que el de Piper nigrum.
Los frutos de Piper longum contienen aproximadamente un 1% de aceites volátiles, resina, los alcaloides piperina y piperlonguminina, un alcaloide ceroso denominado Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide y una sustancia terpenoide. El alcaloide piperidínico piperina es responsable del sabor intenso y picante de las bayas de pimienta. La piperlongumina es una sustancia farmacológicamente activa que muestra actividad frente a muchos tipos de cáncer, incluidos los de próstata, mama, pulmón y colon, el linfoma, la leucemia, los tumores cerebrales primarios y el cáncer gástrico.
Además, en las bayas de pimienta pueden encontrarse las siguientes cantidades de minerales: 1230 mg/100g de calcio, 190 mg/100g de fósforo y 62,1 mg/100g de hierro. Las raíces contienen piperina, piperlongumina o piplartina y dihidroestigmasterol.